Устройство, принцип действия и применение астролябии

Астрономия тесно связана с физикой и другими науками естественного цикла (химия, биология, география). Астрономия использует физические знания для объяснения явлений и процессов, происходящих во Вселенной, для создания астрономических приборов.

Тысячи лет назад были изобретены угломерные приборы (квадрант, астролябия) - первые астрономические приборы (рис. 5, [5 в списке иллюстраций]), с помощью которых определяли положение светил на небе и время наступления небесных явлений.

Триста лет назад итальянским учёным Галилеем для астрономических исследований был впервые использован телескоп - прибор, позволяющий наблюдать слабые, невидимые вооружённым глазом объекты и увеличивать их видимые размеры (рис. 5, [5 в списке иллюстраций]).

Рисунок 5. Древние астрономические инструменты.

Современная же астрономия использует более точные аппараты для исследования небесных тел, такие как космический аппарат «Вега», радиотелескоп (рис. 6, [6 в списке иллюстраций]).

Рис. 6. Современные аппараты для исследования небесных тел.

Из перечисленных устройств и аппаратов подробней остановимся на астролябии, о которой мы упоминали во введении. Астролябия - это старинный прибор для определения положения Солнца и ярких звезд в разное время суток в течение всего года. Изобретение астролябии приписывается греческим астрономам, работавшим во II веке до нашей эры. Обычно астролябии изготовлялись из меди. Различные гравировки шкал давали возможность определять положение звезд и Солнца в разное время суток на протяжении всего года. Иногда имелись и дополнительные шкалы, дающие разнообразную информацию. Чаще всего астролябии изготовлялись в виде ручного инструмента, чтобы его можно было использовать для определения угла возвышения звезд, (например, в целях навигации). Зная высоту и точное время, с помощью астролябии можно было определить широту, на которой находится судно.

На протяжении двух тысячелетий этот научный инструмент оставался практически неизменным. Мореплаватели, начиная с 1480 года, и вплоть до середины 18 века использовали астролябию и специальные таблицы, по которым определялась широта местоположения корабля. Для уменьшения погрешности измерения диаметр астролябии составлял 13-15 см, но многие английские мореплаватели использовали более точные астролябии диаметром до 20 см.

Кстати астролябии этого периода (18 век) содержаться и в нашем Тобольском историко-архитектурном музее заповеднике в этом мы убедились на виртуальной экскурсии «Из истории изобретений» на уроке физики.

Для проведения измерений в древности с помощью астролябии необходимо её навести на солнце или звезду. Зафиксировав разницу в показаниях между направлением на небесное тело и горизонт, а, также зная местное время, можно с помощью специальных таблиц определить широту места. Круг этот подвешивался на кольце в вертикальной плоскости, и посредством алидады, снабженной диоптрами, наблюдались звезды, высота которых отсчитывалась на лимбе, к которому впоследствии приделывался нониус. Если широта была известна, то по тем же таблицам можно было с высокой точностью определить местное время.

Рисунок 7. Схематическое устройство астролябии.

Схематическое устройство астролябии показано на рисунке 7 [7 в списке иллюстраций].

Роль паука здесь выполняет прозрачная пластина с картой звёздного неба.

Астролябия – классический угломерный инструмент. Известен со времен астрономов Гиппарха (II в. до н.э.) и Птолемея (II в. н.э.). Слово «астролябия» происходит от греческих слов astron (звезда, по лат. astrum) и lambanw (брать, схватывать, по лат. labium – губа). Это показывает, что в древности астролябия применялась для определения углов на небосводе. Позднее астролябия превратилась в основной геодезический инструмент для измерения углов, расположенных в горизонтальной плоскости, проведения параллельных и перпендикулярных линий, для съемки плана местности и другие. До XVIII в. он служил также для определения широт и долгот.

Астролябиями пользовались астрономы и математики, мореплаватели и путешественники, архитекторы и строители. Впоследствии инструмент был усовершенствован арабами и стали применять для определения времени, продолжительности дня и ночи, измерения горизонтальных углов на поверхности Земли, для осуществления некоторых математических вычислений и даже для астрологических предсказаний. Для их создания требовались достаточно развитые знания в области математики (тригонометрии, расчёта сферических небесных координат) и астрономии (определение небесных координат постоянных звёзд, расчёта движения Солнца и Луны), и именно эти науки интенсивно развивались в арабском мире. В период расцвета арабского халифата в IX — XI веках астролябии получили широкое распространение. В известном нам виде астролябия сформировалась на Востоке к IX — XI вв. и тогда же получила там самое широкое распространение. В XI в. приборы появляются в Испании, а затем и в других странах Западной Европы. Поначалу здесь использовали арабские инструменты; позднее их стали изготовлять по арабским образцам в европейских мастерских. Если на Востоке инструменты содержались в маленьких футлярах и были частью дорожного костюма обычных людей, то в Европе астролябии с самого начала считались дорогими инструментами, производимыми только для элиты. Требующаяся точность нанесения линий сложной конфигурации, трудность изготовления и своеобразная красота этих инструментов стали причиной их дороговизны и привлекательности для европейских государей. Производство их было начато при королевских дворах. Став предметом моды, приборы покупались наравне с драгоценностями. Одним из лучших инструментальщиков того времени был фламандский мастер Гуалтерус Арсениус (1530—1580). Его астролябии отличались точностью нанесённых проекций на плоскость небесных координат, шкал и изяществом форм, поэтому испанский король Филипп II именно ему заказывали их изготовление. Для многих из них астролябии требовались, прежде всего, как астрологические инструменты, но позднее, благодаря красоте и дороговизне, их ценили наравне с драгоценностями. Поэтому одна из них, изготовленная Г. Арсениусом в 1568 г. и принадлежавшая в своё время австрийскому полководцу времён Тридцатилетней войны (1618—1648) Альбрехту Валленштейну, появилась в XIX у великой княгини Елены Павловны. Она преподнесла эту астролябию в дар Публичной библиотеке. Сейчас известна только 21 созданная Г. Арсениусом астролябия. Единственный в России экземпляр хранится в Музее М. В. Ломоносова.
Астролябия состоит из нескольких изготовленных из латуни частей. Основной является круглая деталь с высоким бортом (её называли «основой», «матерью» или «тарелкой») с круглым небольшого диаметра отверстием в центре и подвесным кольцом для точной ориентировки прибора относительно горизонта. В эту «тарелку» укладывают три плоских круглых диска — тимпаны, также с отверстиями в их центре, причём верхним укладывается тот, который соответствует широте места наблюдения. Дело в том, что на поверхности каждого из тимпанов нанесены проекции на плоскость линий небесной координатной сетки (стереографическая проекция); небесных меридианов, экватора, полюса мира, ограниченных линией горизонта. Положение проекций полюса мира и небесной координатной сетки будет разным для разных широт места наблюдения, поэтому каждый из тимпанов имеет проекцию сетки небесных координат для одной из широт — 51°, 51°15’ и 52°. На верхний тимпан накладывается круглая фигурная решётка, имеющая 45 изогнутых стрелок, концы которых указывают расположение 45 наиболее ярких звёзд Северного полушария в проекции на плоскость земного экватора. На решётке обозначен также и зодиакальный круг. Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси крепится визирная линейка, которую по традиции называют арабским термином «алидада». Верхняя часть основного диска по обе стороны от кольца украшена фигурами Фавна и Фавны, которых в античной мифологии связывали с даром предсказания. Астролябия использовалась до начала XVIII века, пока не была вытеснена более точным прибором - секстантом (секстаном) [1 из списка сайтов].