История астрономических измерений

История естественно-научных знаний в культуре и практической деятельности

Семинар 2:

Измерения в астрономии

Звездное небо


Точки небесной сферы, остающиеся неподвижными при суточном движении звезд, называются северным и южным полюсом мира. Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира и проходящую через наблюдателя, называют осью мира. Плоскость, проходящая через центр сферы перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора. Плоскость небесного меридиана проходит через полюсы мира, точки севера и юга, зенит и надир.


Прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. Нижней кульминацией называется прохождение светил через северную половину небесного меридиана. Явление прохождения светилом южной половины небесного меридиана называется верхней кульминацией. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации —истинной полночью.

Движение Солнца


Путь видимого годичного перемещения Солнца на фоне звёзд называется эклиптикой. Эклиптика – большой круг небесной сферы. Точки пересечения эклиптики с небесным экватором являются точками весеннего и осеннего равноденствия.


Аналемма – кривая, которую описывает Солнце на небе в течение года, если фиксировать его положение ежедневно в одно и тоже время суток. Аналемма похожа на неправильную цифру восемь, причем в северном полушарии Земли верхняя часть этой восьмерки меньше, чем нижняя. Ее форма обусловлена тем, что орбита Земли эллиптична, а ее движение по орбите неравномерно.

Измерение времени

Наиболее распространенный в древности способ измерения времени использует направление солнечной тени. Когда тень направлена строго на север – это полдень. День считается от восхода Солнца до заката и делится на равные доли.

Солнечные часы

Скафис

Гномон

Солнечные часы

Солнечные часыСистемы отсчета часов

Богемская или вавилонская система: за начало отсчета суточного хода берется момент восхода Солнца. Период от восхода до восхода делится на 24 равных часа.Итатльянская: началом суток считается заход Солнца.Астрономическая: за начало отсчета берется полдень. Европейская: Сутки делятся на две части: от полуночи до полудня и от полудня до следующей полуночи. Каждый период делится на 12 равных часов.

Солнечные часыСистемы с переменным часом

Планетарные часы: Период от восхода Солнца до заката делится на 12 равных часов. Это «дневные часы». Ночное время также делится на 12 часов. Летом длительность дневного часа больше длительности ночного. Зимой – наоборот.

Канонические (литургические) часы: Ночь, от заката до восхода, делится на 4 ночные стражи. День делится на 12 часов, по которым определяются литургические моменты монашеского молитвенного правила.

Задача 1

Часы на фасаде церкви Санта Мария Новелла во Флоренции показывают следующее время:

«Богемские» часы: II«Итальянские» часы: XII Астрономические часы: XVIIIIЕвропейские часы: 7

Определить:Длительность светового дня и ночи.Время восхода Солнца и захода.Длительность дневного планетарного (канонического) часа.Длительность ночного часа.

Решение

От восхода солнца прошло 2 часа (по показаниям «богемских» часов). От заката прошло 12 часов («итальянские» часы). Следовательно, до следующего заката осталось 12 часов.Длительность светового дня: 12 + 2 = 14 часов.От восхода до полудня проходит 14/2 = 7 часов.Следовательно, от полуночи до восхода проходит 12 – 7 = 5 часов.Аналогично определяем время захода Солнца: 12 + 7 = 19 часов.

Длительность «дневного» часа: 14/12 = 1 час 10 минут.Длительность «ночного» часа: 10/12 = 50 минут.

Определение широты

При движении на север или на юг меняется вид звездного неба: это позволяет понять, что земля имеет форму шара.Свое положение на этом шаре можно определить по направлению на Полярную звезду: угловая высота Полярной над горизонтом будет равна широте наблюдателя, с точность до 1 минуты дуги (ок. двух километров на поверхности Земли).

Задача 2

В некоторой местности высота Солнца над горизонтом в день зимнего солнцестояния составляет 30°22’, а в день летнего солнцестояния – 79°06’. Определить широту местности.

Задача 3

В полдень в день летнего солнцестояния в г. Сиене Солнце находится в зените и предметы не отбрасывают тени. В тот же день и в то же время в г. Александрии, который находится в 5000 стадиях на север от Сиены, Солнце отклоняется от зенита примерно на 1/50 полного круга. Определить радиус земли в стадиях.

Решение

D = 5 000 стадий => R = D * 50 = 250 000 стадий

Определение долготы

Определение долготы связано с определением точного времени. Точнее, разности между астрономическим временем двух разных точек на земном шаре.

Если я знаю, что в некотором месте сейчас некоторая звезда находится в верхней кульминации, а у меня она пересекает небесный меридиан через час, то моя долгота отличается от долготы исходного пункта на 15°.

Астрономические приборы

Квадрант


Обсерватория Улугбека. Главным инструментом обсерватории был квадрант, укрепленный в центральном проеме здания, строго в плоскости небесного меридиана. Его радиус был 40,2 м. Наблюдатель передвигал визирные инструменты, направленные на светило, по бронзовым рельсам, уложенным в дуге квадранта.


Тихо Браге. Наблюдения с квадрантом. Стенной квадрант Тихо Браге имел радиус 2 м.

Задача 4

Оценить угловую точность квадранта Улугбека, считая, что точность измерения по дуге квадранта может достигать 1 см.

Задача 4

Оценить угловую точность квадранта Улугбека, считая, что точность измерения по дуге квадранта может достигать 1 см.

Решение: 1 см / 40,2 м = 0,00025 радиан = 0,85’


Армилярная сфера


Астролябия

История астрономических измерений

Education