астролябия что это такое принцип работы
Астролябия – что собой представляет этот прибор, как сделать своими руками
Можно сразу понять назначение древнейшего астрономического приспособления, если обратить внимание на его современных потомков:
Астролябия и ее назначение
Издревле людям стали требоваться устройства, помогающие ориентироваться в пространстве. Они были необходимы мореплавателям, путешественникам, священнослужителям, торговцам, чтобы возвращаться домой из дальних странствий, астрономам для изучения небесных светил, координат объектов.
Древние астрономы назвали астролябией прибор для измерения широты и долготы точки нахождения объектов, небесных светил. Он давал возможность определить высоту расположения звезд, Солнца над поверхностью планеты Земля, а также, благодаря полученным данным, рассчитать местоположение. В путешествиях такое изделие служило единственным ориентиром для определения координат, времени суток. Говоря кратко, астролябия стала одним из старейших средств измерения, придуманных людьми еще в античные времена.
В разные века она использовалась как:
Видео обзор астролябии
Ей посвящались трактаты на разных языках мира, слагались стихи, рисовались картины. Такой астрономический инструмент был ценным подарком для царей, королей, султанов, аристократов.
История происхождения
Удивительно, что началом конструирования приспособления были времена геоцентрического видения картины, когда считалось, что все небесные объекты вращаются вокруг Земли. Но это не помешало ученым сконструировать для измерений модель такого точного прибора.
Основа названия астрономического инструмента слово «астра». Если перевести с греческого языка — «звезда». Вторая часть переводится, как «захват». У многих элементов арабские термины. Причина – длительная эволюция приспособления для измерений.
Родом из античности
Развитие астрономии вместе с другими науками тесно связано с историей Древней Греции. Считается, что почти за два века до начала нашей эры здесь пользовались прообразом изделия, созданного Гиппархом. Во втором веке схожий угломерный инструмент описан Клавдием Птолемеем. Им же изготовлено устройство, способное определять местонахождение звезд на небе.
Кто придумал
Обычно астролябии изготавливали из дерева, сплава меди с цинком. Неизвестно, кем изобретена астролябия из металла. Достоверно лишь то, что первый такой прибор существовал уже в IV веке. Сделан он, вероятнее всего, последним управителем знаменитой Александрийской библиотеки Теоном Александрийским.
Усовершенствование
Арабы быстро оценили все достоинства конструкции, расширили область применения астролябии. Ее стали использовать для математических вычислений, предсказаний астрологов. Западноевропейцы стали пользоваться прибором с XII века. Но пик его популярности пришелся на эпоху Возрождения, когда астрономические знания считались базой образования, а умение пользоваться астрономическим инструментом – престижным.
Художественное оформление превратило прибор в предмет коллекционирования при королевских дворах. Модели украшались инкрустацией из драгоценных камней, декорировались золотом и серебром. Указатели изготавливались как листья, причудливые завитки.
Стереографическая проекция – разворот сферы на плоскости
В основу работы астрономического устройства положена стереографическая проекция. Любой круглый объект небесной сферы при планисферном проецировании остается круглым на плоскости, причем величина углов сохраняется. Этот принцип изображения сферы на плоской поверхности – изобретение древнегреческого математика Аполлония Пергского.
Как устроена астролябия
С помощью прибора фиксируется разница показаний между горизонтом и направлением на небесный объект. С учетом местного времени, специальных таблиц определяется широта расположения точки. Древние изделия подвешивали вертикально с помощью кольца. Через алидаду, снабженную диоптрами, велось наблюдение за звездами, чья высота отсчитывалась по шкале. Позже прибор превратился стал геодезическим приспособлением для измерения величины углов горизонтальной плоскости, съемки планов местности.
Из каких деталей состоит
Астролябия Теона Александрийского, как все последующие модели, включала:
На что похожа Астолябия
Конструкция похожа на «тарелку» с разными пазами, мелкими элементами, шестеренкой, градусной разметкой. В основе классической астролябии диск круглой формы с высоким бортом, кольцом для точной нивелировки. С внешней стороны на лимбе расположена шкала, оцифрованная в градусах, часах, минутах. Чаще астролябии изготавливали небольших размеров, чтобы удобно было, взяв в руки, использовать для навигации.
Где применялась
Функции прибора настолько разнообразны, что его вполне можно считать компьютером звездочетов. Еще в Х столетии ас-Суфи в трактате 386 глав описал почти 1000 вариантов области применения астролябии.
Возможно, арабский ученый несколько преувеличил возможности изделий, но с их помощью:
Другие виды астролябий
Конструкции астрономических изделий изготавливались соответственно целям измерений.
Мастера изготавливали также универсальные конструкции.
Как пользоваться
В формулировке определения, что такое астролябия, нет описания, как правильно проводятся измерения, потому что процесс не требует специальной сноровки.
Где можно увидеть и приобрести старинный инструмент
Увидеть уникальные изделия можно в музеях, частных коллекциях, обсерваториях. История каждого из них удивительна. Сохранилась деревянная модель, изготовленная незадолго до свержения сефевидского правителя Солтана Хусейна I. Эрмитаж хранит такие уникальные устройства, как трофейная астролябия, привезенная после русско-турецкой войны XVIII — XIX века. Надписи на ней сделаны персидской и арабской вязью, числовые значения написаны не цифрами, а прописью.
Такой же инструмент — экспонат Лондонского музея, а модель XVI века — собственность Германии. Ее автор Иоганн Преториус украсил изделие гравюрами, деталями завораживающей красоты. Сегодня разные модели можно купить онлайн, через лавки сувениров, музеи, у ремесленников, на виртуальных аукционах.
Как сделать астролябию своими руками
Самостоятельно точное средство измерений сделать нелегко, потому что необходимы математические знания, навыки черчения и расчетов. Ведь достоверность результата зависит от точности заданных параметров.
Простейшую модель астролябии своими руками можно сделать из картона. Для изготовления надо запастись:
Астролябия. Что это такое?
Но все это достижения современной науки. Мы принимаем их как данность и не задумываемся, какой путь развития прошло человечество.
А как обстояли дела с измерением времени сто, двести, тысячу лет назад?
Астролябия состоит из множества составных частей и для их обозначения я буду использовать полюбившуюся мне смесь русских, латинских, английских и арабских названий.
Вот “взрывная” диаграмма устройства любой астролябии.
Основными ее частями являются:
Вот так выглядят эти элементы на астролябии 1660года, выполненной иранским мастером Muhammad Mehdi Al-Yazdi. Кстати, эта астролябия была продана на аукционе Cristie’s в 2017 года за 37500 GBP. Удивительно мало в сравнении, к примеру, с образчиками живописи аналогичного исторического периода.
В нижней половине оборотной стороны хорошо видная теневая шкала и шкала котангенсов.
Ээм, синусов, алидадусов, шта? Где это все?— наверняка подумали вы. А потому давайте рассмотрим отдельные части астролябии и шкалы на ней чуть поближе. И для этого возьмем более поздний инструмент, изготовленный в 1705 году все в том же Иране. Благодаря прекрасной сохранности и богатому оформлению эта астролябия была продана на том же аукционе уже за 170000 GBP.
Вложив в углубление в корпусе астролябии тимпан, а поверх него рете и закрепив их осью со шплинтом, мы подготовили астролябию к работе.
В нижней части расположены так называемый квадрат “теней” (6), используемый для определения высот и расстояний на местности, шкала лунных домов (7), используемая в астрологии, и шкала, используемая для тригонометрических задач, требующих вычисления котангенса (8).
И вот где-то в процессе изысканий я для себя решил, что обязан не только разобраться как астролябия устроена и что с ее помощью можно сделать, но и изготовить себе одну. Или несколько 🙂
Об этом в следующий раз.
Если вам нравится тематика древней и не очень астрономии — вы можете присоединяйтесь к моему сообществу в ВК. Будет много интересного!
Это мой первый пост на Пикабу, прошу сильно не пинать, а указать на недостатки.
Краткая информация и назначение
Астролябия представляет собой прибор для определения горизонтальных углов. С ее помощью происходит измерение долготы и широты небесных тел. Это старейший астрономический инструмент, который мог только придумать человек.
Принцип работы устройства выстроен по стереографической проекции. Из современных приборов прототипом измерительного агрегата является планисфера. Это своеобразная карта звездного неба, которая находит применение в учебных заведениях.
История появления
Первая астролябия была найдена на территории Древней Греции. О ней рассказал Витрувий в работе «Десять книг об архитектуре», называя неопознанным пауком. Ученый называл устройство необычным. Люди, видевшие его своими глазами, отзывались о нем как о божественном артефакте. Первыми авторами, которые создали трактаты про устройство прибора, были известные философы:
Из утверждений Витрувия следует, что морскую астролябию впервые придумал астроном Евдокс. Существует и другая версия, согласно которой труды принадлежат Аполлонию. Есть также мнение, что прибор для работы с небесными телами изготовила Марьям аль Астроляби.
Конструктивно прибор очень сложный и непонятный и в настоящее время вызывает массу вопросов у специалистов. Первые его вариации имели круглую форму и складывались из множества пазов с шестеренками и мелкими деталями. В центральной части располагался большой барабан, на нем подробно расписывался весь зодиакальный круг. Из альтернативной версии Клавдия Птолемея следует, что изделие имело сходство с армиллярной сферой.
После значительного периода существования модель подверглась преобразованию, над ней поработал математик из Греции Теон Александрийский. Это событие произошло примерно в IV веке н. э. В то время инструмент назывался «малый астролабон».
Усовершенствование устройства
На протяжении многих веков над измерительным устройством трудились выдающиеся математики Востока. В результате примененных на практике нововведений оно смогло точно устанавливать время суток, продолжительность дня и ночи. Возможным стало решение простых вычислений при сложении астрологического прогноза. О приборе оставили свои описания ал-Хорезми и Насир ад-Дина ат-Туси.
С течением времени интерес к компасу только повысился. О нем стало известно на просторах Западной Европы. На этих землях активно применялись арабские инструменты, астролябия не стала исключением. Европейские умельцы стремились воссоздать подобные устройства, для чего использовали чертежи, полученные у арабских мастеров. Постепенно они начали конструировать собственные модели на основе тех же документов. Их действия детально изложены в научных трудах Джеффи Чосера и Никифора Григоры.
Смена дизайна и модернизация
В эпоху Возрождения отмечается максимальная популярность астролябии. Она активно применялась во время преподавания астрономии в университетах, а получить образование в области этой науки было престижно в те времена. Студенты детально изучали инструмент, обязаны были знать все тонкости его использования на практике, делать необходимые замеры.
Европейские мастера много времени проводили над художественным оформлением прибора. Вскоре он стал приравниваться к дорогостоящему антиквариату, талисману. Преуспевающие и богатые люди стремились заполучить устройства в личные коллекции, изготавливали их по индивидуальным заказам. Так они демонстрировали высокое положение в обществе и прекрасный вкус.
С наступлением XVI века астролябия претерпела очередные изменения. Как позже объяснили специалисты, прибор на протяжении веков не полностью дорабатывался, не был приспособлен к эксплуатации в европейских широтах. Он скорее был похож на дорогостоящую игрушку или сувенир и не выполнял функции измерительного устройства или компаса.
Из известных ученых, дорабатывавших астролябию, выделяется фламандский умелец Гуалтерус Арсениус. Изделия, которые он создавал своими руками, поражали максимальной точностью, изящным внешним видом. Клиентам мастера не было счета, среди них был и Альбрехт фон Валленштейн. Его коллекционная уникальная астролябия сегодня выставлена в музее им. Ломоносова.
Структурные элементы
Основная округлая деталь дополнена кольцами, с помощью которых обозначаются линии горизонта, имеется также высокий один борт. Простое название элемента звучит как «тарелка». Внутри круга присутствует шкала, оцифрованная по градусам и часам. Подобные пометки находятся по всей окружности.
Внутрь тарелки помещается плоский диск, отличающийся меньшим диаметром, он называется тимпан. На нем присутствуют следующие пометки:
Они все хорошо просматриваются в стереографической проекции. В центральной части диска изображены полюса мира, по краям обозначена небесная сфера, вернее, ее большой круг. Присутствуют точки, определяющие северные и южные тропики, которые выступают условными границами ко второму диску.
Сверху на тимпане размещается ажурная небольшая сетка под названием «паук». Она дополняется точками, которые совпадают с самыми яркими небесными телами. При желании их можно также увидеть в стереографической проекции. Решетка оснащается зодиакальным кругом и специальной шкалой.
Инструмент дополняется несколькими функциональными дисками, визирной линейкой (алидадой). Обязательно присутствуют стрелки с поворотным ключом, который приводит устройство в действие. Все элементы крепятся на основном диске посредством центральной тонкой оси.
Особенности применения
Информация, полученная с помощью астролябии, использовалась в физике, математике и астрономии, а также при создании точных гороскопов. Отдельные вариации в результате модернизации и преобразования стали точным компасом для моряков. Астролябия — удобное ориентирование во времени и пространстве.
Про стереографическую проекцию впервые упомянул Клавдий Птолемей. Подобный процесс был им описан в труде «Планисферий». Это объемное изображение с выколотой точкой, переносимое на сферу, которой выступает наиболее подходящая плоскость.
При желании можно достать измерительный прибор в сувенирных магазинах или на аукционах, увидеть на музейных выставках. Самостоятельно его сложно соорудить, поскольку нужны глубокие знания и навыки в математике. Не обойтись и без умений черчения, поскольку придется выполнять замеры. Правильность результата напрямую зависит от изначально заданных точных параметров.
Перед работой прибор берется в руки. Он помогает определять высоту любой яркой звезды и Солнца. Стандартно результат обозначается линейкой (алидадой). Далее следует провернуть сетку «паук». После этого должны совпасть эклиптические точки на приборе с изображением альмукантарата (наименьшего круга в небесной сфере).
Если все манипуляции проведены правильно, на лицевой части инструмента появится стереографическая картинка неба. Затем несложно найти настоящее время и получить данные для создания актуального гороскопа.
Основные виды
Астролябия представлена несколькими вариациями, которые пользовались популярностью в тот или иной период. Принято выделять наиболее распространенные типы инструментов:
Отличительная черта челнообразного прибора заключается в наличии среднего и центрального диска. На круге, идущем вторым по размеру, присутствуют звездные значения и эклиптические отметки. В подвижной зоне имеется точка горизонта с альмукантаратом.
Совершенным является предмет, изобретенный ас-Сагани. В сравнении с аналогичными инструментами при его создании бралась произвольная отметка на небесной сфере. В кругах присутствовали прямые линии и сечения конического типа.
Интересным оказалось устройство, созданное ал-Ходжанди. За точку отсчета была взята центральная зона равновесия. Сферическая гарнитура напоминала сферу. Линейная астролябия стала результатом трудов Шарафа ад-Дин ат-Туси. Внешне такой инструмент похож на стержень, на котором присутствуют визирные нити и шкала. В XV веке появилось морское приспособление, приравнивающееся к наблюдательному прибору и помогающее ориентироваться на местности.
Астролябия является сложным и замысловатым прибором. Над его созданием и совершенствованием на протяжении веков трудились самые умелые мастера. В настоящее время он используется на практике. Об этом необходимо кратко написать в презентации или докладе по геометрии в средних классах, а также при необходимости приложить рисунок.
Устройство, принцип действия и применение астролябии
МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ
«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»
Устройство, принцип действия и применение астролябии
Исследовательская работа
7 класса МБОУ «СОШ №12 с УИОП»
г. Старый Оскол, Белгородской области
Зыряновым Виталием Андреевичем
Брызгунова Ирина Николаевна
Сотникова Валентина Анатольевна
Старый Оскол, 2017 г.
4. Применение модели астролябии
Список использованной литературы
«Солнце, небо, звёзд сиянье,
Море в блеске голубом, –
Всю природу и созданья
Мы лишь в свете познаём!»
Из оперы «Иоланта» П. И. Чайковского
Величественна картина звездного неба! Звёзды, сверкая и переливаясь, манят к себе любознательные умы и взгляды. Человек всегда пытался и пытается понять, какое место он занимает во Вселенной, как устроен этот мир, всегда ли он существовал? Основным методом исследования за небом является наблюдение. Десятки тысяч лет назад люди проводили наблюдения за небесными телами невооружённым глазом. Тысячи лет назад были изобретены угломерные приборы, с помощью которых определяли положение небесных светил на небе и время наступления небесных явлений. Лишь физика объясняла природу небесных тел, и явилась основой в изобретении астрономических приборов.
Объект: процесс измерения высоты светила.
Предмет: модель астролябии как прибор для измерения высоты светил.
Цель: экспериментальное измерение высоты светил.
Описать приборы, с помощью которых можно определить положение светил на небе.
Создать модель астролябии.
Практически применить прибора для определения высоты светил в различных условиях.
Гипотеза: если использовать шкалу транспортира для градуирования, то можно создать классический угломерный инструмент, а именно модель астролябии для измерения высоты светил.
Актуальность: в результате выполнения работы создается возможность наблюдать за хронологией изобретений угломеров с широким диапазоном в применении. Данная работа способствует освоению современных способов измерения высоты светила, то есть с помощью секстанта (секстана).
Методы исследования: анализ, синтез, сравнение, обобщение; экспериментальное измерение высоты различных светил с помощью модели астролябии.
Практическая значимость исследования: изготовленная модель астролябии позволяет измерить высоты различных светил, что может быть использовано во время внеклассного мероприятия по физике для проведения экспериментального исследования звёздного неба на территории нашей школы.
1. Наблюдения звёздного неба
Постижение звёздного мира бесконечно, но начало познания неба просто, так как большинство небесных явлений повторяются совершенно одинаково, несчётное количество раз.
Каждая звезда представляет собой огромный шар из раскаленных газов. Как правило, водород составляет примерно 90%, гелий чуть меньше 10%, а остальное приходится на примеси других газов. В центре звезды температура достигает порядка 6 000 000°С.
Наблюдая за месячным движением Луны среди звёзд, учёные открыли, что она движется в сравнительно узкой области (полосе) небесной сферы, которую ныне называют поясом зодиака (зодиакальные созвездия). Это были небольшие группы звёзд, удалённые друг от друга примерно на 13 градусов, так, что Луна при движении по небосводу каждую ночь оказывалась в следующей группе (созвездии).
Чтобы легче было находить звезды, их объединили в созвездия.
Источниками названий созвездий, как правило, служили мифы о богах, сказания о легендарных героях и связанных с ними событиях, различные животные и, наконец, орудия производства, используемые пародами в повседневной жизни.
Так, известную группу из семи ярких звезд, напоминающую очертание ковша, древние греки назвали Большой Медведицей. Если к этой группе звезд присоединить неяркие звезды, расположенные вблизи ковша, то при достаточной фантазии можно провести границы этого созвездия так, что они будут напоминать очертания какого-то большого зверя.
Начинать наблюдения за звездами лучше с одного из самых заметных созвездий – созвездия Большой Медведицы. Разглядев его, надо сосредоточить свое внимание на двух крайних звездах ковша. Затем перевести взгляд дальше, на расстояние, приблизительно равное пятикратному расстоянию между этими звездами. В этом месте расположена неподвижная Полярная звезда, на которую нацелена невидимая ось вращения Земли. Полярная звезда указывает направление на север. Зная это, в любой ясный вечер можно определить стороны света.
Созвездие Большой Медведицы изображено на флаге Аляски.
Флаг Аляски (англ. Flag of Alaska ) — один из символов американского штата Аляска.
Флаг был разработан в 1926 году 13-летним коренным уроженцем Аляски Бенни Бенсоном, а в 1927 году принят в качестве официального символа Территории Аляска, ставшей 3 января 1959 года штатом.
На синем фоне изображены восемь золотых (жёлтых) пятиконечных звёзд: семь на изображении Большой Медведицы и Полярная звезда в правом верхнем углу.
Большая Медведица символизирует мощь, а Полярная звезда — север (Аляска — самая северная территория США).
Астрономические познания с древности использовались очень широко. Опишем некоторые из них. Так, например, в сельском хозяйстве: для определения сроков пахоты, сева, уборки урожая, в скотоводстве, в мореплавании и торговле, при строительстве дорог, дворцов, храмов и пирамид.
Таким образом, наблюдения астрономов сегодня позволяют:
2. 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.
Современная же астрономия использует более точные аппараты для исследования небесных тел, такие как космический аппарат «Вега», радиотелескоп.
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.
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.
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.
3. Создание модели астролябии
П
ростая самодельная астролябия показана на рисунке 5. Её круг диаметром 10 – 15 см вырезанный из картона и проградуирован с помощью транспортира. Оба конца стрелок отогнуты, в центре отогнутых частей проделаны отверстия 3 – 4 мм. Стрелка укреплена на круге таким образом, чтобы она могла свободно вращаться. К оси стрелки подвешен отвес: нить с небольшим грузом. Стрелка, указывающая направление вниз, должна совпадать с нитью отвеса [2].
4. Применение модели астролябии
Направление на светила определяется азимутом и высотой. Дадим определения этим понятиям.
Рис. 6. Наблюдение за светилом
Описание модели астролябии нашего исследования представлены в таблице 1.