Древнейшие астрономические инструменты

 

ДРЕВНЕЙШИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ  ИНСТРУМЕНТЫ

 

Вся история астрономии связана с созданием инструментов, позволяющих повысить точность астрономических наблюдений. Первыми появились угломерные инструменты.

Самый древний угломерный инструмент - это гномон. Он использовался для определения высоты Солнца над горизонтом и представлял собой вертикальный столб на горизонтальной площадке. С помощью такого простейшего приспособления можно было отмечать дни солнцестояний, а значит, фиксировать продолжительность года. Чем гномон выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, тем точнее измерения.

Астрономический посох использовался для определения положения светил над горизонтом. Он представлял собой две скрещенные линейки с укрепленными на концах одной из них стержнями - визирами. Эта линейка перемещалась вдоль делений относительно глаза наблюдателя, и по ее положению можно было судить о высоте светила и угле между направлениями на две звезды.

 

Армилла - древний астрономический инструмент для измерения углов на небесной сфере, состоявший из подвижных колец, изображавших различные круги небесной сферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольшую точность измерений  давал квадрант - четверть градуированного круга с подвижной линейкой. Если вместо четверти использовали шестую часть круга, то инструмент назывался секстант, а если восьмую - октант. Чем крупнее был инструмент, чем точнее была его градуировка и установка в вертикальной плоскости, тем более точные измерения можно было с ним выполнить.

Астролябия относится к тому же типу инструментов. Моделью небесной сферы с ее важнеишими точками и кругами, меридианом, горизонтом, полюсами и осью мира, эклиптикой служила армиллярная сфера, или попросту армилла. Ее как наглядное пособие используют до сих пор на учебных занятиях по астрономии.

Древние астрономы умели  измерять не только координаты светил, но и время их нахождения в той  или иной точке небесной сферы.

Самые древние  часы - солнечные. Они состоят из стержня, направленного к Полярной звезде, и циферблата, разделенного на часы и минуты. Тень от стержня выполняла роль стрелки. С помощью таких часов можно было определять время с точностью до минуты, но, к сожалению, в пасмурную погоду они "не работали". Поэтому употребляли песочные и водяные часы, где время измерялось равномерным движением песка или воды.

 

ПЕРВЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ

Телескопы - это астрономические оптические приборы, предназначенные для наблюдения небесных тел. Первые из них были двух видов - линзовые, или рефракторы, и зеркальные, или рефлекторы. У рефракторов объектив, собирающий световые лучи, изготовлен из стеклянных линз, а у рефлекторов объективом служит вогнутое зеркало.

К настоящему времени имя  первого изобретателя телескопа  доподлинно не установлено. На этот счет существует две версии. Некоторые  исследователи отдают пальму первенства голландскому оптику и торговцу стеклянными линзами для очков Захарию Янсену, правда, с оговоркой, что тот, создавая в начале XVII века прибор-дальновидец (так с греческого переводится слово "телескоп"), всего лишь воспользовался идеей неизвестного итальянского изобретателя, сняв с оригинала копию. Другие считают, что первые упоминания о приборе, позднее названном телескопом, встречаются у английского мыслителя, доктора богословия Парижского университета РоЭ-жера Бэкона (1214-1292), и что именно он является его первооткрывателем.

Первым ученым, который  провел астрономические исследования с помощью телескопа-рефрактора, был итальянский ученый Галилео  Галилей (1564-1642). Узнав в 1609 году об изобретенном в Голландии приборе-дальновидце, он самостоятельно сконструировал зрительную трубу из свинца с двумя стеклянными линзами - плоско-выпуклым объективом и плоско-вогнутым окуляром. Она давала прямое мнимое изображение. Увеличение трубы (первоначально в 3 раза) ученый довел до 32-х раз и в том же году впервые применил этот инструмент для наблюдения неба.

Первые телескопы-рефракторы, имевшие линзовые объективы, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом. В их совершенствовании большая заслуга принадлежит немецкому астроному и математику Иоганну Кеплеру (1571 - 1630). В своем сочинении "Диоптрика" (1611) он разработал схему астрономической трубы с двояковыпуклым объективом и окуляром (труба Кеплера, дающая действительное обратное изображение предмета). Эта схема лежит в основе современных рефракторов.

Первый телескоп-рефлектор появился в 1668 году. Его конструкцию разработал английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727), до этого делавший неоднократные попытки усовершенствовать объективы для телескопов-рефракторов. Рефлектор Ньютона (длина - 15 см, диаметр гладкого зеркала - 2,5 см) был свободен от многих оптических недостатков, свойственных рефракторам; с его помощью можно было видеть спутники Юпитера. За свое изобретение ученый был избран членом Лондонского королевского общества (1672).

Совершенствованием телескопов-рефлекторов  занимался русский ученый-энциклопедист  Михаил Васильевич Ломоносов (1711 - 1765). Он изобрел отражательный телескоп-рефлектор  с наклонным (на 4°) зеркалом, дававшим яркое изображение объекта. Наряду с этим, Ломоносов был первым астрономом, который сконструировал и создал прообраз современного горизонтального  телескопа с сидеростатом (подвижным  зеркалом, с помощью которого свет от небесных объектов направляется в  неподвижную астрономическую трубу). Изобретательность помогала русскому ученому создавать приборы для ориентации по звездам при точном измерении времени. Он сам обучал моряков и штурманов. Изобрел даже "ночезрительную трубу" для наблюдения за кораблями ночью и различными небесными явлениями.

Особенно больших успехов  в сооружении телескопов-рефлекторов  добился великий английский астроном и конструктор Вильям Гершелъ (1738 - 1822). Постепенно увеличивая диаметры изготавливаемых зеркал, он в 1789 году отшлифовал для своего телескопа самое большое зеркало с рабочим диаметром 122 см (полный диаметр зеркала был равен 147 см, а вес - 2 т). В то время это был величайший в мире рефлектор. Конструкция рефлектора Гершеля, сооруженного на открытой площадке, была также весьма внушительной: гигантская труба длиной 12 м приводилась в движение с помощью системы канатов и блоков. Наблюдатель поднимался по приставной лестнице к верхнему концу трубы и, стоя на маленькой площадке, терпеливо ловил слабые лучи, прилетавшие из далекой Вселенной. Уникальный рефлектор Гершеля оставался непревзойденным почти до середины XIX века, когда появился еще более крупный зеркальный телескоп (с фокусным расстоянием более 18 м и диаметром зеркала 183 см) английского астронома Вильяма Пар-сонса (1800-1867).

 

ПЕРВЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ  ОБСЕРВАТОРИИ

 

Создание первых астрономических  обсерваторий (т. е. учреждений, в которых  ведутся систематические наблюдения за небесными светилами и явлениями) теряется в глубокой древности. Они  существовали в Египте, Вавилоне, Ассирии, Персии, Индии и некоторых других государствах еще за несколько тысячелетий  до нашей эры.

 Древнейшая обсерватория обнаружена на территории Республики Армения у холма Мецамор близ Еревана. По мнению археологов, обсерватория эта была построена более пяти тысяч лет назад, задолго до образования Урарту - мощного государства древнего мира.

 

К числу древнейших обсерваторий в мире специалисты относят комплекс сооружений, расположенный на территории американского штата Луизиана в  средней части реки Миссисипи (II тыс. до н. э.). Он состоит из шести  восьмигранников правильной формы, разделенных четырьмя радиальными  проходами, причем две постройки  расположены на местах, соответствующих  направлениям заката Солнца в дни  зимнего и летнего солнцестояния.

 По мнению многих специалистов, к числу самых древних обсерваторий относятся и знаменитые на весь мир развалины Стоунхенджа. Это сооружение было построено примерно во II - III тысячелетии до нашей эры в местечке, расположенном посередине Солсберийского плоскогорья в 128 км от Лондона. По внешней окружности Стоунхенджа (что в буквальном смысле слова означает "висящие камни") возвышаются 30 каменных столбов голубоватого цвета высотой около 5,5 м каждый, верхние грани которых связаны между собой мощной каменной цепью. Внутри этой древней крепости находится огромная глыба, выстроенная из еще более гигантских столбов (высота их - 8,5 м, а масса - 50 т). По форме она напоминает подкову. Кроме внешнего "кольца" и главной "подковы" во внутренней части сооружения выложены еще несколько более мелких, расположенных в строгой последовательности одна внутри другой. Принято считать, что в Стоунхендже древние наблюдатели могли определять дни весеннего и осеннего равноденствия, а также зимнего и летнего солнцестояния.

Одна из самых первых постоянно  действующих обсерваторий была построена  в Китае (XII век до н. э.). Она представляла собой башню с площадкой наверху, предназначенной для размещения переносных угломерных инструментов. Астрономы Древнего Китая ввели  в употребление солнечные и лунные календари, составляли звездные каталоги, изготовили звездный глобус, аккуратно  регистрировали появление комет, вспышки  ярких звезд. Эти наблюдения, сведения о которых пришли из глубины веков, ценны и для современной астрономии. Кроме того, древние китайские  астрономы первыми открыли пятна  на Солнце, о чем сделана запись в одной из китайских летописей.

 Грандиозное сооружение представляла собой великолепная обсерватория, построенная на окраине древнего Самарканда султаном Улуг-беком (1394-1449). Это было цилиндрическое трехэтажное здание с множеством окон и помещений. В центре здания находился широкий проем, расположенный по меридиану, в котором располагался главный угломерный инструмент обсерватории - исполинский секстант. Размеры его огромны - радиус дуги больше 40 м. Визиры инструмента передвигались по специальным рельсам, и с их помощью фиксировалось направление на небесное светило. Наряду с основным измерительным инструментом Улугбек и его помощники использовали при астрономических наблюдениях и переносные угломерные приборы. В обсерватории Улугбека впервые была измерена важнейшая астрономическая величина - наклон эклиптики к экватору, составлен знаменитый звездный каталог, содержащий положения на небе 1018 звезд (в течение долгого времени он считался лучшим в мире), определены географические координаты различных мест в Средней Азии. Улугбеком написана теория затмений. Про него Алишер Навои говорил, что он "протянул руку к наукам и добился много. Перед его глазами небо стало близким и опустилось вниз". Просветительская и научная деятельность столь необычного для средневекового Востока правителя вызывала ненависть мусульманских фанатиков. Улугбек был убит, погибла и его прекрасная обсерватория. В настоящее время она частично восстановлена и превращена в музей.

Астрономические обсерватории современного типа появились в XVII веке после изобретения телескопа. Самыми первыми среди них были Парижская (1667) и Гринвичская (1675), до сих пор считающаяся одной из самых крупных обсерваторий мира. Наряду с угломерными инструментами в этих обсерваториях использовались большие телескопы-рефракторы. К концу XVIII века государственные обсерватории функционировали по всему миру и их число достигло 100, а к концу XIX века таких обсерваторий было уже около 400.