Прибор астролябия в географии: определение, принцип измерений

Современная цивилизация является источником постоянного прогресса, и впереди еще масса интересных открытий. Огромным вкладом в науку стали труды ученых древности, которые дали начало развитию многих ее разделов. В отсутствии высокоточных инструментов им удавалось создавать поразительные механизмы и приборы. Одним из них является астролябия. В географии это устройство для измерения координат и времени.

Оглавление:

• История создания
• Устройство и принцип работы
• Виды прибора

История создания

Впервые этот инструмент стал использоваться в Древней Греции. Математик Аполлоний Пергский открыл принцип стереографической проекции. Его суть заключалась в возможности переводить или «разворачивать» сферу на плоскость. Известный римский механик и поэт Витрувий в одной из своих литературных работ описал астрономический прибор, дав ему определение «паук». По словам автора, на устройстве имелся барабан, на котором находились изображения знаков зодиака.

Ученые Востока смогли внести в механизм астролябии улучшения и научились с ее помощью определять время. Кроме этого, прибор использовался ими для выполнения определенных математических расчетов. Астролябия описывалась во многих древних трактатах. Ее преподносили в подарок царям и султанам.

В Европе устройство появилось примерно в XII столетии. Пик популярности астролябии приходится на эпоху Возрождения. В этот период она стала одним из главных астрономических приборов, вместе с армиллярной сферой. Инструментальщики из Европы также уделяли много внимания красивому оформлению своих устройств. Одним из лучших европейских мастеров был Арсениус из Фландрии. Все созданные им приборы отличались изяществом форм и высокой точностью измерений.

Сегодня сложно сказать, когда точно теория стереоскопической проекции была воплощена в металле. Однако известно, что в IV столетии нашей эры астролябия уже определенно существовала. Исследователи считают, что изготовил ее известный греческий астроном и математик Теон Александрийский.

Одной из самых интересных загадок прошлого является антикитерский механизм. Это устройство было обнаружено на дне Эгейского моря еще в 1901 году. Сначала ученые решили, что это один из видов астролябии. Однако обнаруженное устройство оказалось значительно сложнее. Инструмент содержал 32 шестерни и позволял рассчитывать около 40 астрономических явлений. Наиболее интересным является то, что он был создан за пять сотен лет до изготовления Теоном Александрийским астролябии.

Устройство и принцип работы

Астролябия является одним из самых древних астрономических приборов, с помощью которого измеряли горизонтальные углы, а также долготу и широту небесных тел. Благодаря принципу стереографической проекции, любой круг небесной сферы можно перенести на плоскость. Вторым важнейшим свойством этого принципа является возможность сохранения углов не только на сфере, но и на плоскости. Познакомиться с устройством прибора можно с помощью рисунка.

Эта картинка дает общее представление об устройстве инструмента. Однако стоит рассказать более подробно о его основных элементах:

• Корпус с подвесом и углублением. Является каркасом для инструмента.
• Тимпан. Это диск, представляющий собой горизонтальную систему координат наблюдателя, которая могла содержать меридианы, азимуты, линии горизонта и т. д. На одном приборе находилось 1−10 тимпанов, и каждая их сторона использовалась на конкретной широте.
• Паук. Элемент представляет собой систему небесных координат, например, полюс мира или тропик Козерога. Однако наиболее важным для путешественников был набор звезд, положение которых можно было зафиксировать с помощью специального указателя.
• Алидада с визирами. Этот элемент использовался для наблюдений за Солнцем в дневное время и за звездами ночью. Результаты наблюдений затем использовались для вычисления точного времени и решения определенных задач в астрономии.

Вся конструкция соединялась с помощью оси, зафиксированной шплинтом. Последняя деталь на востоке называли «лошадкой», а в западных приборах — винтом. В соответствии с птолемеевой системой мироустройства, тимпаны, символизирующие Землю, были неподвижны, а паук (небеса) вращался.

Для использования инструмента сначала требовалось отыскать на небе одну из самых ярких звезд, символы которых были нанесены на паук прибора. Затем можно было измерить высоту небесного тела, используя для этого алидаду. После этого паук нужно повернуть и совместить указатель этого элемента конструкции с линией измеренной высоты. Так наблюдатель устанавливал текущий вид звездного неба, что служило основой для всех последующих расчетов.

Виды прибора

Кроме классической астролябии существовали и другие типы этого инструмента. Арабский ученый Аль-Бируни в своих произведениях описывал челнообразный прибор, созданного его соотечественником, астрономом и математиком ас-Сиджизи. В основе устройства этого инструмента лежит предположение, что во Вселенной упорядоченное движение выполняет Земля, а не небесная сфера. Таким образом, на тимпан нанесены звезды с эклиптикой, а на подвижном элементе — альмукантары и горизонт.

Также известны и другие виды прибора:

• Совершенная астролябия. Она также была изобретена инженерами Востока. На ней центром проецирования является произвольная точка небесной сферы, а не северный полюс. В результате основные элементы сферы на тимпане изображены в виде конических сечений и кругов.
• Универсальная. Центром проекции в этом инструменте является одна и точек равноденствия. Благодаря этому эклиптика и небесный экватор на тимпане изображены в виде прямых линий. Кроме этого в таком приборе тимпан может использоваться в любых широтах, что и делает инструмент универсальным.
• Сферическая. Уже из названия прибора можно предположить, что паук и небесная сфера в нем имеют вид сферы.
• Наблюдательная. Устройство является комбинацией классической астролябии и армиллярной сферы, встроенной в кольцо, на котором изображен меридиан.
• Линейная. Основным элементом конструкции является стержень, на который нанесено несколько шкал. К нему также крепятся визирные нити.
• Морская. Инструмент был создан инженерами из Португалии в XV столетии. Морская астролябия использовалась для выполнения аналоговых расчетов.

Даже при современном развитии науки и техники конструкция астролябии вызывает восхищение. Причем это касается не только ученых, но и простых людей, некоторые из которых даже создают специализированные сайты, посвященные прибору. В далекие времена с помощью этого прибора ученые производили различные расчеты, а путешественники находили дорогу домой. Учащимся 5 класса стоит потратить время, чтобы подготовить презентацию по этому инструменту. Для этого достаточно кратко изучить историю создания инструмента и выяснить, как он работает.