Положение чего определяют с помощью астролябии

Астролябия. Инструкция по эксплуатации, часть 1.

Описание операций с астролябией я буду давать с использованием фотографий моих астролябий. Во-первых, надписи на них на английском или латинском языках, не многие из читателей, я думаю, поймут надписи на персидском или арабском на музейных астролябиях. А во-вторых для иллюстрации различных ситуаций я могу вращать их составные части без магии фотошопа.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

А вот так выглядит астролябия в сборе.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Что касается содержания статьи, я мог бы написать сухие инструкции по каждому из типов операций с астролябией ( в классическом трактате об астролябии великого персидского ученого Абу Рейхан Муххамед ибн Ахмед аль-Бируни, жившего в конце 10 века нашей эры “О том, что переводит потенцию астролябии в действительность” приводится 68 типов таких операций), однако широкому кругу читателей они могут показаться скучноватыми, поэтому я лучше смоделирую ситуации, в которых требуются те или иные действия с астролябией.

Операция 1. Определение положения Солнца на эклиптике для заданной даты.

Положение чего определяют с помощью астролябии

А теперь взглянем на оборотную сторону астролябии:

Положение чего определяют с помощью астролябии

Центральная часть нас пока не интересует. Обратим внимание на кольца календаря (1) и Зодиакальную шкалу (2). И рассмотрим их поближе:

Положение чего определяют с помощью астролябии

Находим нужную нам дату на кольце календаря. Вращая алидаду, подводим ее к этой дате и читаем на зодиакальном кольце в каком созвездии и на каком положении в градусах находится Солнце в этот день.

Из примера на фото: 14-му января соответствует положение Солнца на эклиптике на 24 градусе созвездия Козерога. Отмечены на картинке красными кружками.

Существуют и обратные задачи, когда по данным наблюдений за Солнцем или звездами мы можем вычислить положение Солнца на эклиптике, однако такие задачи немного сложнее и их я опишу в будущих статьях.

Операция 2. Определение высоты Солнца/звезды над горизонтом.

Необходимо подвесить астролябию за кольцо, так чтобы она ни за что не цеплялась. Теперь обращаем внимание на оборотную сторону астролябии и вращаем алидаду так, чтобы искомый объект был виден в щель между визирами.

ОСТОРОЖНО! Ни в коем случае не смотрите прямо сквозь визиры на Солнце! При самом неблагоприятном исходе вы сможете это сделать только два раза в жизни!) Для определения высоты Солнца лучше смотреть на то, как изменяется луч света при прохождении между визирами.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Из примера на фото: высота Солнца составляет 22 градуса.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Постарайтесь не глядеть через визиры на яркие или быстро приближающиеся объекты.

Какие еще задачи связаны с определением высоты, я расскажу в будущих статьях.

Операция 3. Определение времени восхода Солнца и точки на горизонте, в которой Солнце пересечет линию горизонта.

Первое упражнение с астролябией для тех, кто еще не совсем разобрался с устройством тимпана, но совершенно уверенно определяет положение Солнца на эклиптике.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Для данной операции нам необходимо найти линию горизонта на тимпане и кольцо эклиптики на рете. Линия горизонта это жирная линия (1) в которую упираются азимутальные дуги. Нас будет интересовать восточная половина неба (2).

Положение чего определяют с помощью астролябии

Крупный план: вращением рете мы совмещаем точку на эклиптике, соответствующую 27 градусам в Близнецах с линией горизонта на восточной стороне тимпана. Кольцо эклиптики на прозрачном рете не имеет цифровых отметок и размечено с шагом в два градуса. Отсчет углов на кольце эклиптики рете идет против часовой стрелки.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Далее поворачиваем линейку таким образом, чтобы ее край проходил через точку пересечения кольца эклиптики с горизонтом и читаем значение времени на лимбе, куда указывает линейка: 3 часа 44 минуты

Положение чего определяют с помощью астролябии

поправка на зимнее/летнее время. К примеру в Саратове, для которого сделана эта астролябия и который географически лежит в часовом поясе UTC+3, круглогодично используется зимнее время. Для зимнего времени (“на час позже вставать, ура. ”) поправка составляет +1 час.

поправка на долготу. Рассчитывается для каждой астролябии отдельно при изготовлении и связана с удаленность по долготе от границы часового пояса города, в котором вы планируете использовать астролябию. Для того же Саратова составляет +4 минуты. Для Москвы и окрестностей поправка составит уже 28 минут.

поправка на уравнение времени. Вследствие орбитального движения Земли и наличия эксцентриситета наблюдается следующая зависимость данной поправки от времени года:

Положение чего определяют с помощью астролябии

Таким образом, для Саратова, для которого изготовлена астролябия, получим:

3 часа 44 мин. (намерили астролябией) + 1 час (поправка на зимнее время) + 4мин. (поправка на долготу) – 2мин (поправка на уравнение времени) = 4 часа 46 минут.

Операция 4. Определение времени по высоте Солнца над горизонтом.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

Данное фото иллюстрирует, как изменяется тень от гномона в течение дня.

В нашем случае азимут Солнца, определялся с помощью компаса, входящего в стандартный набор снаряжения космодесантника и составил 130 градусов, стало быть Солнце не пересекало меридиан в ходе суточного движения и дело происходит до полудня. Вращать рете необходимо так, чтобы точка на эклиптике 12 градусов в созвездии Весов была на восточной стороне неба.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

Поздравляю, вы определили время по положению Солнца. Во славу Императора!

Применяем поправки на зимнее/летнее время, поправку на долготу и поправку на уравнение времени и получаем (для Саратова):

9 часов 4 мин.+ 1 час. + 4 мин. + 11мин. = 10 часов 19 минут.

Внимание! Упоминание Императора из вселенной Warhammer 40000 и праздников, отмечаемых в России, не имеет политического подтекста и использованы лишь для создания атмосферы, связанной с космическим пространством и астрономией.

Операция 5. Определение времени по звездам.

Самая сложная операция в этой статье. Но оно того стоит!

Положение чего определяют с помощью астролябии

Измерим высоту этих двух звезд над горизонтом уже известным нам способом (см. операцию 2) и получим для Ригеля 26 градусов и 43 градуса для Бетельгейзе.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

Положение чего определяют с помощью астролябии

Однако эти устройства предназначены лишь для иллюстрации расположения объектов на небе для известной даты и времени и не позволяют решать обратную задачу. А нам нужен сырок “Глаша”!

Положение чего определяют с помощью астролябии

Применяем поправки (для Саратова, см. операцию 3):

Увы, магазин уже закрыт. Но это даже к лучшему, потому как есть такие калорийные штуки на ночь не стоит.

Еще раз спасибо за внимание, надеюсь вам понравилось.

В следующей статье мы продолжим погружаться в мир древней астрономии и рассмотрим продвинутые операции с астролябией: измерение времени в системе неравных часов и операции с тригонометрическими функциями.

Источник

Естествознание.ру

Астролябия

Одним из старейших астрономических инструментов является астролябия. В переводе с древнегреческого слово «астролабон» переводится как «берущий звезды». В основе астролябии лежит принцип стереографической проекции — это когда объекты с объемной формы переносятся на плоскость. В случае с астролябией объекты шарообразной сферы окружающего космоса (звезды, планеты) переносятся на плоский круг.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Основой астролябии служит «тарелка» с круговой шкалой, размеченной градусами либо часами (как вариант— и градусами, и часами). Астролябия оснащена подвесным кольцом. Можно подвесить ее на палец (если прибор небольшой) или на крюк, и тогда астролябия уравновесится в строго вертикальном положении собственной силой тяжести.

Шкала и прицельная планка

Кроме шкалы (1) главной механической составляющей астролябии является вращающаяся прицельная планка (2). На самых сложных астролябиях она оснащалась двумя диоптрами (3) — пластинками с отверстиями, похожими на прицел винтовки. При помощи диоптра достигалась большая точность измерений.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Тимпан и «паук»

Основание астролябии — тимпан (4). Это круглый плоский диск со стереографической проекцией космических объектов, наблюдаемых с Земли. Поскольку из различных точек земного шара мы видим космос по-разному, то для них должны быть изготовлены разные тимпаны. На тимпан накладывается «паук» (5) — фигурная решетка, стрелки которой указывают на самые яркие звезды.

Шарообразная астролябия

Сферическая астролябия использовалась намного реже, чем плоская. Она сложнее в изготовлении, больше по габаритам и тяжелее, однако точнее. Дело в том, что при стереографической проекции космических объектов на плоскость обязательно возникают погрешности.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Как работает астролябия?

Подвесим астролябию на пальце над головой. Установив центральную линию прибора (6) на уровне горизонта и «прицелившись» через прицельную планку (7) на выбранный объект неба (8), можно определить собственные координаты.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Звездная GPS

Такие приборы, как астролябия или поперечный жезл, полезны не только для астрономов. По расположению звезд можно узнать координаты той местности, в которой ты находишься. В те времена, когда не существовало системы глобального позиционирования (CPS), астролябия была очень полезна в дальних плаваниях. По-сути, звездное небо и играло роль CPS для древних мореплавателей.

Источник

Небесный Свод

Часть 3.
Астролябии и как ими астроляпить пользоваться.

Астролябия – самое красивое и загадочное устройство, которое иногда называют первым компьютером на земле.
Астролябия – произошло от греческих слов: άστρον — светило, звезда и λαμβάνω — беру.
Как понятно из названия, прибор связан с изучением небесных тел.
Астролябия — это инструмент, позволяющий рассчитать, на какой высоте относительно поверхности нашей планеты находятся звезды и Солнце. На основе полученных данных можно было определить местоположение того или иного земного объекта. В длительных путешествиях по суше и по морю астролябия помогала определять координаты и время.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Глядя на эти прекрасные вещицы, невольно задаешься вопросом – что это?
Украшения из золота и серебра, порой инкрустированные драгоценными камнями или приспособления для наблюдений, исследований, устройства для вычислений?

Положение чего определяют с помощью астролябии

Немного истории официальной.

История развития астрономии, как и многих других наук, неразрывно связана с Древней Грецией. Здесь примерно за два столетия до начала нашей эры появился прообраз астролябии. Создателем его стал Гиппарх. Уже во втором веке после Рождества Христова описание схожего с астролябией угломерного прибора сделал Клавдий Птолемей. Он же соорудил инструмент, способный определять расположение звезд на небе.
Первые приборы несколько отличались от астролябий, какими их себе представляет современный человек и какие выставлены во многих музеях мира. Первым инструментом привычного строения считается изобретение греческого математика Теона Александрийского (якобы IV в. н. э.). В комментарии к «Альмагесту» именно он предложил объяснение предварения равноденствий.

Арабы усовершенствовали прибор, стали применять его не только для определения местоположения звезд и ориентации на местности, но и как измеритель времени, инструмент для некоторых математических вычислений, источник астрологических предсказаний. Известно немало сочинений средневековых исламских авторов о различных конструкциях и применении астролябии: книги аз-Заркали, ас-Сиджизи, ас-Суфи, ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси и др.

И вот результатом слияния воедино мудрости Востока и Запада, стал прибор астролябия, объединивший в себе европейское наследие с арабской мыслью.

Однако, астролябии становятся известны в Западной Европе официально только с XII века, где вначале использовали арабские инструменты, а позднее стали изготовлять свои по арабским образцам. И это после тысячелетия «тишины».
Краткий экскурс в историю астрономии в свете Новой Хронологии можно почитать ЗДЕСЬ.

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV—XVI столетиях, она наряду с армиллярной сферой была одним из основных инструментальных средств астрономического образования.
Знание астрономии считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа и знаком соответствующей образованности.

Европейские мастера, подобно своим предшественникам арабам, уделяли большое внимание художественному оформлению, так что астролябии стали предметом моды и коллекционирования при королевских дворах.

В данной работе не ставится цель рассмотреть огромное количество этих ярчайших, шикарных устройств.

Есть интерес донести до читателя устройство и общий принцип работы подобных механизмов, используемых в астрономических исследованиях.

Положение чего определяют с помощью астролябии
Рис.1. Карта поверхности Земли в полярной стереографической проекции

Считается, что Клавдий Птолемей во II веке н. э. в сочинении «Планисферий» описал Стереографическую проекцию.

Стереографическая проекция используется для отображения сферических панорам. Это приводит к интересным результатам: области, удалённые от центра проекции, сильно растягиваются, производя так называемые «эффекты маленькой планеты» (см Рис.1).

Стереографическая проекция — центральная проекция, отображающая двумерную сферу (с одной выколотой точкой) на плоскость. То есть это изображение трехмерного объекта (сферы) на двухмерной проекционной плоскости.

Положение чего определяют с помощью астролябии
Рис.2. Стереографической проекция

Для того, чтобы получить взаимно однозначное отображение целой сферы, нужно дополнить плоскость элементом, являющимся образом выколотой точки N. Этот элемент — так называемая бесконечно удалённая точка. Плоскость, дополненная элементом «бесконечность», называется расширенной плоскостью. Стереографическая проекция целой сферы на расширенную плоскость является гомеоморфным отображением, при стремлении прообраза х à N его образ Х à «бесконечность».

Метод проекции изображения базируется на зрительном восприятии. Если все точки предмета связать прямыми лучами с константной точкой центра проекции, в которой якобы расположен глаз наблюдающего, то в месте пересечения этих прямых с определенной плоскостью образуется проекция всех точек объекта. При объединении этих точек прямыми в порядке соединения их в предмете, можно получить на двухмерной плоскости изображение данного объекта или центральную его проекцию.

Вернемся к истории создания инструментов.

Нам говорят, что Астролябия впервые появилась в Древней Греции. А принцип стереографической проекции, переводящей окружности на сфере в окружности на плоскости открыл Витрувий в своём сочинении «Десять книг об архитектуре» еще в I веке до н. э., где описывается астрономический инструмент, называемый «пауком».
Одной из составных частей этого инструмента служил барабан, на котором, по словам Витрувия, «нарисовано небо с зодиакальным кругом». Окончательный вид астролябии был разработан Теоном Александрийским, который называл это устройство «малый астролабон».

В комментариях к Части 4. Датировки Звездных каталогов
описана работа первоначального Астролабона, который в последствии стал основой для создания Астролябий и Армиллярной сферы.
«Астролабоном» Птолемей как раз и называл армиллярную сферу. Ее строение и принцип работы разберем позже.

Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звёздного неба, используемая в учебных целях.

Планисфера (от лат. planum — плоскость и др.-греч. σφαῖρα — ша р) — изображение небесной сферы на плоскости в полярной стереографической проекции (Рис.1)либо в азимутальной проекции (Рис.3).

Положение чего определяют с помощью астролябии
Рис.3. Карта поверхности Земли в азимутальной проекции

Планисферы употреблялись вплоть до XVII века для определения моментов восхода и захода небесных светил. Обычно представляли собой координатную сетку, нанесённую на металлический диск, около центра которого вращалась облегчавшая отсчёты алидада. С введением специальных таблиц и номограмм планисферы вышли из употребления в качестве научного инструмента, однако сохранили функцию учебной подвижной карты звёздного неба.

Как устроена Астролябия – планисфера?

Положение чего определяют с помощью астролябии
Рис.4. Астролябия.

Основой классической астролябии служит «тарелка» — круглая деталь с высоким бортом и подвесным кольцом для точной нивелировки прибора относительно горизонта. Внешний лимб тарелки имеет шкалу, оцифрованную в градусах и в часах.

В эту тарелку вложен «тимпан» — круглый плоский диск, на поверхности которого нанесены в стереографической проекции точки и линии небесной сферы, сохраняющиеся при её суточном вращении:
— находящийся в центре тимпана полюс мира и концентрические с ним окружности небесного экватора, северного тропика и южного тропика (который обычно служил границей тимпана);
— прямая вертикальная линия небесного меридиана;
горизонт, его параллели «альмукантараты» (араб. «круг равных высот»), точка зенита и проходящие через неё азимутальные круги. Альмукантараты образуют на тимпане гиперболический пучок окружностей, азимутальные линии — сопряжённый с ним эллиптический пучок окружностей. Положение горизонта и зенита будет разным для разных широт места наблюдения.

Поэтому для наблюдений, производимых в разных широтах, должны быть изготовлены разные тимпаны.

На тимпан накладывается «паук» — круглая фигурная решётка, на которой в этой же стереографической проекции с помощью изогнутых стрелок указано расположение самых ярких звёзд, расположенных севернее южного тропика.
На пауке обозначен также зодиакальный круг со шкалой, показывающей годовое движения Солнца по эклиптике. Шкала некоторых астролябий отражает даже неравномерность этого годового движения.

Положение чего определяют с помощью астролябии

Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси с тыльной стороны тарелки крепится алидада — визирная линейка с диоптрами.
Алидада (от араб. عضادة‎ — сторона, боковая часть, подстенок, опора) — приспособление для измерения углов (вращающаяся часть) в астрономических, геодезических и физических угломерных инструментах — таких, как астролябия, секстант и теодолит.
В простейшем случае, в астролябии, алидада — вращаемая ручка, на концах которой прикреплено визирное устройство. У теодолита вся вращаемая средняя часть называется алидадой.

На тыльной стороне нанесена круговая градусная шкала, по которой производятся визирные отсчёты. Здесь также могут находиться разнообразные номографические шкалы, такие как шкала тангенсов («прямая тень», umbra recta) и котангенсов («обратная тень», umbra versa), шкала для пересчёта равных часов, возникающих при делении суток на 24 части, в так называемые «неравные часы», шкала для определения киблы и т. д.

Угломерный астрономический инструмент, как правило обладал тремя дисками – тимпанами, каждый из них подходил для определенной широты. Порядок, в котором вкладывались тимпаны, зависел от местности: верхний диск должен был содержать проекцию неба, соответствующего данному участку Земли.

Положение чего определяют с помощью астролябииПоложение чего определяют с помощью астролябии
Поверх тимпанов располагалась специальная решетка «паук», снабженная большим количеством стрелок, указывающих на ярчайшие звезды, обозначенные на проекции. Сквозь отверстия в центре тимпанов, решетки и основы проходила ось, скреплявшая детали. К ней была присоединена алидада — специальная линейка для вычислений.

Как изображалось звездное небо на тимпане?

Положение чего определяют с помощью астролябии
Рис.5. Звездное небо в Проекции на Землю.

Проведем исследование небосвода. Каковы особенности звездного неба на тимпане (Рис.5)?

Центр небесной сферы, где скрепляются все детали Астролябии есть Земная ось, указывающая на Северный Полюс. Для человека опытного, наблюдательного не составит труда определить, что ось находится в районе хвоста Малой Медведицы. На пластине голубым цветом нанесен круг Экватора.

Выше показан Центр Эклиптики в созвездии Дракона, от которого расходится эклептическая координатная сетка. Меридианы, расходящиеся от центра, соответствуют неравномерным делениям долготы на эклиптическом круге паука со знаками Зодиака.

Полный круг астролябии это границы Южного тропика в стереографической проекции.

Тимпан – пластина имеет вид звездного неба предположительно в день зимнего солнцестояния 21.12 в полночь 0.00 (либо ЛС 22.06 в солнечный полдень 12.00).

Положение чего определяют с помощью астролябии
Скрин 1. Отмечены созвездия и звезды для сравнения с Астролябией.

Созвездие Ориона расположено в Южной части небосвода. Созвездие Лебедя ближе к Северу. Созвездие Большой Медведицы рядом с северным Полюсом.

Различия в этих двух видах карт небосвода заключается в зеркальном их отображении.
Если к карте, указанной на Скрин 1 применить «эффект перевернутого листа», то мы получим похожую искомую карту звездного неба Астролябии.

В очередной раз надо сказать, что Звездная карта неба (в азимутальной проекции) Астрокалькулятора исполнена для Наблюдателя с Земли, стоящего лицом к югу (Скрин 1). Подняв взгляд на небо, мы увидим такой же рисунок небосвода с созвездиями, расположенными таким же образом, как указано на карте.
Именно для наблюдателя с Земли исполнены исследованные в предыдущих работах Карты из Celestial Atlas Джеймисона 1822 г., Зеркала Урании 1824 г. и Звездного Атласа Джона Флемстида позднего французского издания 1776 г.

Небосвод на пластине Астралябии (Рис.5) исполнен видом НАД Землей или как Проекция на Землю, т.е. в зеркальном отражении с вышеперечисленными Картами.
Именно в Проекции на Землю выполнены Карты Звездного Атласа Джона Флемстида 1729 и 1753 гг. издания.

Значит до конца 18 века Звездные Карты рисовались Проекцией на Землю и имели вид стереографической проекции.
Именно по данному критерию можно определить рубеж датировки той или иной Астролябии или Звездной карты.

Применение астролябии будет далее.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *