Юный техник, 2015 № 09

СВОИМИ РУКАМИ Строим астролябию

Название «астролябия» в переводе с греческого означает «берущий звезды». Точнее, это астрономический прибор для определения географической широты. Как можно догадаться по названию, астролябия была изобретена в Древней Греции. И сделала это женщина-ученый, философ, астроном и математик Гипатия Александрийская в 370 году до н. э.

Правда, позднее древний мудрец Витрувий в своем сочинении «Десять книг об архитектуре», описывая астрономический инструмент, сообщает, что его «изобрел астроном Евдокс, а иные говорят — Аполлоний». Далее в истории изобретения инструмента упоминаются астроном Клавдий Птолемей, мудрец Востока Аль-Бируни, философы Минезий, Иоанн Филопон, Север Себохт и некоторые другие. В том, вообще-то, нет ничего удивительного, поскольку со временем было изобретено несколько разновидностей астролябий.

Ее использовали мореплаватели, астрономы, астрологи не только для вычисления географической широты, но и для определения времени, продолжительности дня и ночи, осуществления некоторых математических вычислений и астрологических предсказаний.

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV–XVI столетиях. Знание астрономии тогда считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа, знаком соответствующей образованности. Этим инструментом интересовались даже короли, а царь Петр Первый научился пользоваться астролябией еще в 16-летнем возрасте.

Основой классической астролябии служит «тарелка». Это круг 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 точки и линии небесной сферы, сохраняющиеся при ее суточном вращении. Это прежде всего находящийся в центре тимпана полюс мира и концентрические с ним окружности небесного экватора, северного и южного тропиков; затем — вертикальная линия небесного меридиана и наконец — линия горизонта, точка зенита и проходящие через нее азимутальные круги. Положение горизонта и зенита будет неодинаково для разных широт места наблюдения. Поэтому для измерений, производимых в разных точках земного шара, должны быть изготовлены разные тимпаны, то есть осуществлена «привязка к месту».

На тимпан накладывается «паук» — фигурная решетка, на которой с помощью изогнутых стрелок указано местонахождение самых ярких звезд, расположенных севернее южного тропика. На «пауке» обозначен также зодиакальный круг со шкалой, показывающей годовое движение Солнца по эклиптике.

Все детали скрепляет ось, проходящая через их центральные отверстия. На этой же оси с тыльной стороны тарелки крепится алидада — визирная линейка с диоптрами. На тыльной стороне нанесена круговая градусная шкала, по которой производятся визирные отсчеты. Здесь также могут находиться разнообразные номографические шкалы — такие как шкала тангенсов и котангенсов и еще некоторые вспомогательные шкалы.

Различные конструкции средневековых астролябий.

В общем, как видите, устроена астролябия достаточно сложно. Не случайно некоторые исследователи называют ее механическим компьютером древности. Но вот какую историю по поводу астролябии рассказывал в свое время К. Э. Циолковский. Однажды, просматривая учебник по землемерному делу, обнаруженный среди книг отца, Константин заинтересовался определением расстояния до недоступных предметов.

«А что, если самому сделать астролябию? — вспоминал много позднее Константин Эдуардович. — Я вычертил схему прибора. Достал хорошо просушенный тес. Труднее оказалось с металлическими частями. Пришлось пойти к знакомому слесарю. Трудился я несколько дней. Точно по чертежу выпилил все детали, соединил их, сличил с рисунком. Похоже! Меня смутило только то, что мое создание было не так красиво, как на картинке».

Тем не менее, астролябия работала! С ее помощью Циолковский определил расстояние до расположенной невдалеке пожарной каланчи. Астролябия показала, что от дома купца Шуравина до каланчи — 400 аршин. Проверка дистанции шагами показала приблизительно 392 аршина. «Но мне нужна была точность, — пишет Циолковский. — Я взял железный аршин с делениями на вершки и начал проверку. Результат проверки поразил меня. Ровно 400 аршин!

Астролябия действовала!»

По углу расположения звезды над горизонтом определяют широту места.

Основные части астролябии.

Подобным образом можно было определить и высоту каланчи, даже не приближаясь к ней. Для этого, кроме расстояния до нее, нужно знать угол возвышения до вершины.

В наши дни по стопам Циолковского пробовали следовать ученики разных школ. Например, Анастасия Белова из Симферополя пишет: «Еще в Х веке арабский ученый ас-Суфи написал подробный трактат, состоящий из 386 глав, в которых он перечислил 1 000 способов применения астролябии. Пусть он преувеличил, но не намного».

Мы все способы перечислять не будем. А расскажем лишь, как изготовить самому простейшую астролябию типа секстант. Для начала запаситесь компасом и двумя транспортирами. Остальные детали, чтобы не искажать показания компаса, нужно изготавливать из подручных немагнитных материалов.

Вырежьте диск, например, из фанеры. Диаметр его должен быть таким, чтобы на нем разместилась круговая шкала (лимб) из транспортиров и за ней оставалось бы свободное поле шириной 2–3 см. Если у вас есть, скажем, транспортиры с дугой диаметром 7,5 см, то понадобится диск поперечником 14–15 см.

Другая важная деталь будущей астролябии — визирная планка, или алидада. Ее можно изготовить из полоски латуни или дюралюминия шириной 2–3 см и длиной, превышающей поперечник диска на 5–6 см. Выступающие за край диска концы полоски изогните под прямым углом вверх и проделайте в них продолговатые или круглые визирные отверстия. На горизонтальной части планки симметрично центру проделайте две более широкие прорези, чтобы через них можно было видеть показания лимба.

Готовую визирную планку крепят посередине с помощью болта, шайб и гаек к центру диска так, чтобы она могла вращаться в горизонтальной плоскости. На визирную планку по центру укрепите компас.

Теперь давайте попробуем, например, определить широту вашей местности по Полярной звезде. Для этого диск вашей самодельной астролябии-секстанта, надо подвесить, скажем, к ветке дерева на прочном шпагате, продетом в отверстие на одном краю диска. Симметрично, через отверстие в нижней части круга, на таком же шпагате подвешиваем груз. Высота подвешивания должна быть такой, чтобы через прорези алидады вам было удобно наблюдать Полярную звезду.

Теперь посмотрите, под каким углом к горизонту Полярная звезда видна в вашей местности. Широта будет равна разности между 90 градусами и величиной замеренного угла. Скажем, 90–45 = 45. Значит, широта местности 45 градусов.

Что же касается определения расстояния по методу Циолковского от того места, где вы стоите, до пожарной каланчи или иного строения, то, зная расстояние между двумя точками замера и углы на каланчу, вы вполне можете определить расстояние до нее по формулам геометрии, даже если каланча стоит на другом берегу широкой реки.

Если вы большой любитель астрономии, то можете изготовить и подвижную карту звездного неба. С ее помощью можно выяснить времена восхода, кульминации и захода светил небесной сферы. К тому же ее можно использовать для навигации и в качестве звездных часов, но для этого уже придется приложить несколько больше старания.

Современная простейшая астролябия и схема ее использования.

Самодельная астролябия и ее детали

Имея подвижную и неподвижную карты звездного неба, можно многое выяснить.

Сама планисфера — так называется это устройство за рубежом — состоит из двух частей: неподвижной карты и подвижного накладного круга. Карта обычно выпускается со звездным рисунком либо для Северного полушария, либо для Южного. А вот накладной круг, по идее, индивидуален — в его вырез должен попадать только тот участок неба, который виден на вашей широте. Соответственно, для разных широт накладной круг должен быть различным.

Именно поэтому серийно выпускают подвижные карты с разными накладными кругами — если будете приобретать такой прибор, то обратите на это внимание. Правда, найти такой круг в продаже — большая удача. Наша промышленность попросту их не производит. Зато выпускают практичные китайцы по заказу Евросоюза и США.

Еще вариант — попытаться найти выкройку накладного круга именно для вашей широты в Интернете. Для этого нужно знать точные географические координаты вашего населенного пункта.

Неподвижную карту лучше наклеить на прочное основание из тонкой фанеры, плотного картона или листа пластика. Далее в точке Полюса мира тонким сверлом или шилом проделываем отверстие. По выкройке накладного круга сначала делаем бумажную вырезку, потом берем лист оргстекла и по этой бумажной вырезке наносим на него отметки внешнего края круга, направление север — юг, точки востока и запада и овал выреза.

Далее аккуратно, например, при помощи лобзика, выпиливаем накладной круг по внешней разметке. Просверливаем в его центре отверстие и скрепляем круг с неподвижной картой болтом, 2 гайками и 3 шайбами так, чтобы он мог быть подвижным!

И последнее. Когда-то руководство по использованию подвижной карты звездного неба на русском языке можно было найти в школьных учебниках астрономии, в частности в знаменитом учебнике В. А. Вельяминова-Воронцова и в «Школьном астрономическом календаре».