Небесные светила интересовали людей с незапамятных времён. Ещё до революционных открытий Галилея и Коперника астрономы предпринимали неоднократные попытки выяснить закономерности и законы движения планет и звёзд и использовали для этого специальные инструменты.
Инструментарий древних астрономов был настолько сложен, что современным учёным потребовались годы, чтобы разобраться в их устройстве.

1. Календарь из Уоррен Филда
Хотя странные углубления на поле Уоррен обнаружили с воздуха еще в 1976 году, только в 2004 году было определено, что это древний лунный календарь. Как полагают ученые, найденному календарю порядка 10 000 лет.
Он выглядит как 12 углублений, расположенных по дуге в 54 метра. Каждая лунка синхронизирована с лунным месяцем в календаре, причем с поправкой на лунную фазу.
Удивительно также то, что календарь в Уоррен Филд, который был построен за 6000 лет до Стоунхенджа, ориентирован на точку солнечного восхода в день зимнего солнцестояния.

2. Секстант Аль-Худжанди в росписи
Сохранилось очень мало сведений о Абу Махмуд Хамид ибн аль-Хидр Аль-Худжанди, кроме того, что он был математиком и астрономом, который жил на территории современных Афганистана, Туркменистана и Узбекистана. Также известно, что он создал один из крупнейших астрономических инструментов в 9-10 веках.
Его секстант был сделан в виде фрески, расположенной на 60-градусной дуге между двумя внутренними стенами здания. Эта огромная 43-метровая дуга была поделена на градусы. Мало того, каждый градус был с ювелирной точностью разделен на 360 частей, что сделало фреску потрясающе точным солнечным календарем.
Над дугой Аль-Худжанди располагался куполообразный потолок с отверстием посередине, сквозь которое солнечные лучи падали на древний секстант.

3. Вольвеллы и зодиакальный человек
В Европе на рубеже 14-го века учеными и врачами использовалась довольно странная разновидность астрономических инструментов – вольвеллы. Они выглядели, как несколько круглых листов пергамента с дыркой в центре, наложенные друг на друга.
Это позволяло перемещать круги, чтобы рассчитать все необходимые данные - от фаз Луны до положения Солнца в Зодиаке. Архаичный гаджет помимо своей основной функции также являлся символом статуса – только самые богатые люди могли обзавестись вольвеллой.
Также средневековые врачи верили, что каждая часть человеческого тела управляется своим созвездием. К примеру, за голову отвечал Овен, а за гениталии – Скорпион. Поэтому для диагностировки врачи использовали вольвеллы, чтобы рассчитать текущее положение Луны и Солнца.
К сожалению, вольвеллы были довольно хрупкими, поэтому сохранились лишь очень немногие из этих древних астрономических инструментов.

4. Древние солнечные часы
Сегодня солнечные часы служат разве что для украшения садовых лужаек. Но когда-то они были необходимы для отслеживания времени и движения Солнца по небу. Одни из старейших солнечных часов были найдены в Долине царей в Египте.
Они датируются 1550 - 1070 годами до н.э. и представляют собой круглый кусок известняка с нарисованным на нем полукругом (разделенным на 12 секторов) и отверстием в середине, в который вставлялся стержень, отбрасывающий тень.
Вскоре после обнаружения египетских солнечных часов, подобные были найдены в Украине. Они были захоронены с человеком, который умер 3200 - 3300 лет назад. Благодаря украинским часам ученые узнали, что цивилизация Зрубна обладала знаниями геометрии и умела высчитывать широту и долготу.

5. Небесный диск из Небры
Названный по имени немецкого города, где он был обнаружен в 1999 году, «небесный диск из Небры» является старейшим изображением космоса, когда-либо найденным человеком. Диск был захоронен рядом с долотом, двумя топорами, двумя мечами, и двумя кольчужными наручами около 3600 лет назад.
На бронзовом диске, покрытом слоем патины, были золотые вставки, изображающие Солнце, Луну и звезды из созвездий Орион, Андромеда и Кассиопея. Никто не знает, кто сделал диск, но расположение звезд говорит о том, что создатели были расположены на той же широте, что и Небра

6. Астрономический комплекс Чанкильо
Древняя астрономическая обсерватория Чанкильо в Перу является настолько сложной, что ее истинное предназначение было обнаружено только в 2007 году с помощью компьютерной программы, предназначенной для выравнивания панелей солнечных батарей.
13 башен комплекса выстроены по прямой линии протяженностью 300 метров вдоль холма. Изначально ученые думали, что Чанкильо - фортификационные сооружения, но для форта это было невероятно плохое место, поскольку в нем не было ни оборонительных преимуществ, ни проточной воды, ни источников пропитания.
Но потом археологи поняли, что одна из башен смотрит на точку восхода солнца при летнем солнцестоянии, а другая – на точку восхода солнца при зимнем солнцестоянии. Построенные около 2300 лет назад башни являются старейшей солнечной обсерваторией в Америке. По этому древнему календарю до сих пор можно определить день года с максимум двухдневной погрешностью.
К сожалению, огромный солнечный календарь из Чанкильо - это единственный след цивилизации строителей этого комплекса, которые предшествовали инкам более чем на 1000 лет.

7. Звездный атлас Гигина
Звездный атлас Гигина, также известный как «Poetica Astronomica» был одним из первых сочинений с изображениями созвездий. Хотя авторство атласа спорно, он иногда приписывается Гаю Юлию Гигину (римскому писателю, 64 г. до н.э. - 17 г. н.э.). Другие утверждают, что работа имеет сходство с трудами Птолемея.
В любом случае, когда Poetica Astronomica была переиздана в 1482 году, она стала первым печатным произведением, в котором были показаны созвездия, а также мифы, связные с ними.
В то время как другие атласы предоставляли более конкретную математическую информацию, которая могла быть использована для навигации, Poetica Astronomica представляла собой более причудливую, литературную интерпретацию звезд и их историю.

8. Небесный глобус
Небесный глобус появился еще тогда, когда астрономы считали, что звезды перемещаются по небу вокруг Земли. Небесные глобусы, которые были созданы, чтобы отобразить эту небесную сферу, начали создавать еще древние греки, а первый глобус в форме, аналогичной современным глобусам, был создан немецким ученым Йоханнесом Шёнером.
На данный момент сохранились только два небесных глобуса Шёнера, которые являются настоящими произведениями искусства, изображающими созвездия в ночном небе. Старейший сохранившийся пример небесного глобуса датируется около 370 г. до н.э.

9. Армиллярная сфера
Армиллярная сфера - астрономический инструмент, в котором несколько колец окружают центральную точку - была далеким родственником небесного глобуса.
Существовали два разных типа сфер - наблюдательная и демонстрационная. Первым из ученых, кто использовал подобные сферы, был Птолемей.
С помощью этого инструмента можно было определить экваториальные или эклиптические координаты небесных тел. Наряду с астролябией, армиллярная сфера использовалась моряками для навигации на протяжении многих веков.

10. Эль-Караколь, Чичен-Ица
Обсерватория Эль-Караколь в Чичен-Ице была построена между 415 и 455 г. н.э. Обсерватория была очень необычной - в то время как большинство астрономических инструментов были настроены на наблюдение за движением звезд или Солнца, Эль-Караколь (в переводе «улитка») была построена для наблюдения за движением Венеры.
Для майя Венера была священна – буквально все в их религии основывалось на культе этой планеты. Эль-Караколь помимо того, что был обсерваторией, также являлась храмом бога Кетцалькоатля.

Астролябия.

Зеркальный телескоп (рефлектор) И. Ньютона.

Телескоп И. Кеплера.

Гигантский телескоп Я. Гевелия.

Квадрант для определения высот небесных светил.

40‑футовый телескоп-рефлектор В. Гершеля.

Телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 2,6 м Крымской астрофизической обсерватории.

Вся история астрономии связана с созданием новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах электромагнитного излучения (см. Электромагнитное излучение небесных тел), недоступных невооруженному человеческому глазу.

Первыми еще в далекой древности появились угломерные инструменты. Самый древний из них - это гномон, вертикальный стержень, отбрасывающий солнечную тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона и тени, можно определить высоту Солнца над горизонтом.

К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант - плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Вокруг его центра вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы - модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге . Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил.

Коренной переворот в методах астрономических наблюдений произошел в 1609 г., когда итальянский ученый Г. Галилей применил для обозрения неба зрительную трубу и сделал первые телескопические наблюдения. В совершенствовании конструкций телескопов-рефракторов , имеющих линзовые объективы, большие заслуги принадлежат И. Кеплеру .

Первые телескопы были еще крайне несовершенны, давали нечеткое изображение, окрашенное радужным ореолом.

Избавиться от недостатков пытались, увеличивая длину телескопов. Однако наиболее эффективными и удобными оказались ахроматические телескопы-рефракторы, которые начали изготовляться с 1758 г. Д. Доллондом в Англии.

Для фотографических наблюдений используются астрографы .

Для астрофизических исследований нужны телескопы со специальными приспособлениями, предназначенными для спектральных (объективная призма , астроспектрограф), фотометрических (астрофотометр), поляриметрических и других наблюдений.

Созданы инструменты, позволяющие вести наблюдения небесных тел в различных диапазонах электромагнитного излучения, в том числе и в невидимом диапазоне. Это радиотелескопы и радиоинтерферометры , а также инструменты, применяемые в рентгеновской астрономии , гамма-астрономии , инфракрасной астрономии.

Для наблюдений некоторых астрономических объектов разработаны специальные конструкции инструментов. Таковы солнечный телескоп , коронограф (для наблюдений солнечной короны), кометоискатель, метеорный патруль , спутниковая фотографическая камера (для фотографических наблюдений спутников) и многие другие.

Важный прибор, необходимый для наблюдений, - астрономические часы .

При обработке результатов астрономических наблюдений используются суперкомпьютеры.

Существенно обогатила наши представления о Вселенной радиоастрономия , зародившаяся в начале 30‑х гг. нашего столетия. В 1943 г. советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны. Радиоволны, посланные человеком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю. 50‑е гг. XX в. - период необыкновенно быстрого развития радиоастрономии. Ежегодно радиоволны приносили из космоса новые удивительные сведения о природе небесных тел.

Сегодня радиоастрономия использует самые чувствительные приемные устройства и самые большие антенны. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягаемыми для обычных оптических телескопов. Перед человеком раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.

Астрономические инструменты для наблюдений устанавливают на астрономических обсерваториях . Для строительства обсерваторий выбирают места с хорошим астрономическим климатом, где достаточно велико количество ночей с ясным небом, где атмосферные условия благоприятствуют получению хороших изображений небесных светил в телескопах.

Атмосфера Земли создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображение небесных тел, поэтому в наземных условиях приходится применять телескопы с ограниченным увеличением (как правило, не более чем в несколько сотен раз). Из‑за поглощения земной атмосферой ультрафиолетовых и большей части длин волн инфракрасного излучения теряется огромное количество информации об объектах, являющихся источниками этих излучений.

В горах воздух чище, спокойнее, и поэтому условия для изучения Вселенной там более благоприятные. По этой причине еще с конца XIX в. все крупные астрономические обсерватории сооружались на вершинах гор или высоких плоскогорьях. В 1870 г. французский исследователь П. Жансен использовал для наблюдений Солнца воздушный шар. Такие наблюдения проводятся и в наше время. В 1946 г. группа американских ученых установила спектрограф на ракету и отправила ее в верхние слои атмосферы на высоту около 200 км. Следующим этапом заатмосферных наблюдений было создание орбитальных астрономических обсерваторий (ОАО) на искусственных спутниках Земли. Такими обсерваториями, в частности, являлись советские орбитальные станции «Салют». В настоящее время успешно эксплуатируется космический телескоп «Хаббл».

Орбитальные астрономические обсерватории разных типов и назначений прочно вошли в практику современных исследований космического пространства.

Попробуйте представить себя в роли древнего наблюдателя Вселенной, полностью лишенного каких-либо инструментов. Много ли в таком случае можно увидеть на небе?

Днем обратит на себя внимание движение Солнца, его восход, подъем до максимальной высоты и медленное нисхождение к горизонту. Если такие наблюдения повторять ото дня ко дню, можно легко заметить, что точки восхода и захода, а также наибольшая угловая высота Солнца над горизонтом непрерывно меняются. При длительных наблюдениях во всех этих переменах можно подметить годовой цикл - основу календарного летосчисления.

Ночью небо гораздо богаче и объектами и событиями. Глаз легко различит узоры созвездий, неодинаковые яркость и окраску звезд, постепенное в течение года изменение вида звездного неба. Особое внимание привлечет Луна с ее изменчивостью внешней формы, сероватыми постоянными пятнами на поверхности и очень сложным движением на фоне звезд. Менее заметны, но, несомненно, привлекательны планеты - эти блуждающие немерцающие яркие «звезды», порой описывающие на фоне звезд загадочные петли.

Спокойная, привычная картина ночного неба может быть нарушена вспышкой «новой» яркой незнакомой звезды, появлением хвостатой кометы или яркого болида, или, наконец, «падением звезд». Все эти события, несомненно, возбуждали интерес древних наблюдателей, но о действительных их причинах они не имели ни малейшего представления. На первых порах предстояло решить более простую задачу - подметить цикличность в небесных явлениях и по этим небесным циклам создать первые календари.

По-видимому, первыми это сделали египетские жрецы, когда примерно за 6000 лет до наших дней они подметили, что предутреннее появление Сириуса в лучах зари совпадает с разливом Нила. Для этого не нужны были какие-либо астрономические инструменты - требовалась лишь большая наблюдательность. Зато и ошибка в оценке продолжительности года была велика - первый египетский солнечный календарь содержал в году 360 суток.

Рис. 1. Простейший гномон.

Нужды практики заставляли древних астрономов совершенствовать календарь, уточнять продолжительность года. Предстояло разобраться и в сложном движении Луны - без этого счет времени по Луне был бы невозможен. Надо было уточнить особенности движения планет и составить первые звездные каталоги. Все перечисленные задачи предполагают угловые измерения на небе, числовые характеристики того, что до сих пор описывалось лишь словами. Так возникла нужда в угломерных астрономических инструментах.

Самый древний из них гномон (рис. 1). В простейшем варианте он представляет собой вертикальный стержень, отбрасывающий тень на горизонтальную плоскость. Зная длину гномона L и измерив длину I отбрасываемой им тени, можно найти угловую высоту h Солнца над горизонтом по современной формуле:

Древние использовали гномоны для измерения полуденной высоты Солнца в различные дни года, а главное в дни солнцестояний, когда эта высота достигает экстремальных значений. Пусть полуденная высота Солнца в день летнего солнцестояния равна Н, а в день зимнего солнцестояния h. Тогда угол? между небесным экватором и эклиптикой равен

а наклон плоскости небесного экватора к горизонту, равный 90°-?, где? - широта места наблюдения, вычисляется по формуле

С другой стороны, внимательно следя за длиной полуденной тени, можно достаточно точно подметить, когда она становится самой длинной или самой короткой, то есть иначе говоря, зафиксировать дни солнцестояний, а значит, и продолжительность года. Отсюда легко вычислить и даты солнцестояний.

Таким образом, несмотря на простоту, гномон позволяет измерять очень важные в астрономии величины. Эти измерения будут тем точнее, чем крупнее гномон и чем, следовательно, длиннее (при прочих равных условиях) отбрасываемая им тень. Так как конец тени, отбрасываемой гномоном, не бывает резко очерчен (из-за полутени), то на некоторых древних гномонах сверху укрепляли вертикальную пластинку с маленьким круглым отверстием. Солнечные лучи, пройдя сквозь это отверстие, создавали четкий солнечный блик на горизонтальной плоскости, от которого измеряли расстояние до основания гномона.

Еще за тысячу лет до нашей эры в Египте был построен гномон в виде обелиска высотой в 117 римских футов. В царствование императора Августа гномон перевезли в Рим, установили на Марсовом поле и определяли с его помощью момент полдня. На Пекинской обсерватории в XIII веке н. э. был установлен гномон высотой 13 м, а знаменитый узбекский астроном Улугбек (XV век) пользовался гномоном, по некоторым сведениям, высотой 55 м. Самый же высокий гномон работал в XV веке на куполе Флорентийского собора. Вместе со зданием собора его высота достигала 90 м.

К числу древнейших угломерных инструментов принадлежит также астрономический посох (рис. 2).

Рис. 2. Астрономический посох (слева вверху) и трикветр (справа). Слева внизу чертеж, поясняющий принцип действия астрономического посоха.

Вдоль градуированной линейки АВ перемещалась подвижная рейка CD, на концах которой иногда укрепляли небольшие стержни - визиры. В некоторых случаях визир с отверстием был и на том конце линейки АВ, к которому наблюдатель прикладывал свой глаз (точка А). По положению подвижной рейки относительно глаза наблюдателя можно было судить о высоте светила над горизонтом, или об угле между направлениями на две звезды.

Древние греческие астрономы пользовались так называемым трикветром, состоящим из трех соединенных вместе линеек (рис. 2). К вертикальной неподвижной линейке АВ на шарнирах прикреплены линейки ВС и АС. На первой из них укреплены два визира или диоптра m и п. Наблюдатель направляет линейку ВС на звезду так, чтобы звезда одновременно была видна сквозь оба диоптра. Затем, удерживая линейку ВС в этом положении, к ней прикладывают линейку АС таким образом, чтобы расстояния ВА и ВС были равны между собой. Это было легко сделать, так как на всех трех линейках, составляющий трикветр, имелись деления одинаковой шкалы. Измерив по этой шкале длину хорды АС, наблюдатель затем по специальным таблицам находил угол ABC, то есть зенитное расстояние звезды.

Рис. 3. Древний квадрант.

И астрономический посох и трикветр не могли обеспечить высокую точность измерений, и потому им нередко предпочитали квадранты - угломерные инструменты, достигшие к концу средневековья высокой степени совершенства. В простейшем варианте (рис. 3) квадрант представляет собой плоскую доску в форме четверти градуированного круга. Около центра с этого круга вращается подвижная линейка с двумя диоптрами (иногда линейку заменяли трубкой). Если плоскость квадранта вертикальна, то по положению трубы или визирной линейки, направленных на светило, легко измерить высоту светила над горизонтом. В тех случаях, когда вместо четверти круга использовали его шестую часть, инструмент назывался секстантом, а если восьмую часть - октантом. Как и в других случаях, чем крупнее был квадрант или секстант, чем точнее была его градуировка и установка в вертикальной плоскости, тем более точные измерения с ним можно было выполнять. Для обеспечения устойчивости и прочности крупные квадранты укрепляли на вертикальных стенах. Такие стенные квадранты еще в XVIII веке считались лучшими угломерными инструментами.

К тому же типу инструментов, что и квадрант, относится астролябия или астрономическое кольцо (рис. 4). Разделенный на градусы металлический круг подвешивается к какой-нибудь опоре за кольцо А. В центре астролябии укреплена алидада - вращающаяся линейка с двумя диоптрами. По положению алидады, направленной на светило, легко отсчитывается его угловая высота.

Рис. 4. Древняя (справа) и самодельная астролябия.

Часто древним астрономам приходилось измерять не высоты светил, а углы между направлениями на два светила, например, на планету и какую-нибудь из звезд). Для этой цели весьма удобен был универсальный квадрант (рис. 5а). Этот инструмент был снабжен двумя трубками - диоптрами, из которых одна (АС ) неподвижно скреплялась с дугой квадранта, а вторая (ВС) вращалась вокруг его центра. Главная же особенность универсального квадранта - его штатив, с помощью которого квадрант можно было фиксировать в любом положении. При измерениях углового расстояния от звезды до планеты неподвижный диоптр направлялся на звезду, а подвижный - на планету. Отсчет по шкале квадранта давал искомый угол.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы, или армиллы (рис. 56). По существу, это были модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами - полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Нередко армиллы дополнялись малыми кругами - небесными параллелями и другими деталями. Почти все круги были градуированы и сама сфера могла вращаться вокруг оси мира. В ряде случаев делался подвижным и меридиан - наклон оси мира можно было менять в соответствии с географической широтой места.

Рис. 5а. Универсальный квадрант.

Из всех древних астрономических инструментов армиллы оказались самыми живучими. Эти модели небесной сферы и сейчас можно купить в магазинах наглядных пособий, и они используются на учебных занятиях по астрономии для решения различных задач. Так же применяли небольшие армиллы и древние астрономы. Что же касается крупных армилл, то они были приспособлены для угловых измерений на небе.

Армилла прежде всего жестко ориентировалась так, чтобы ее горизонт лежал в горизонтальной плоскости, а меридиан - в плоскости небесного меридиана. При наблюдениях с армиллярной сферой глаз наблюдателя совмещали с ее центром. На оси мира укрепляли подвижной круг склонения с диоптрами и в те моменты, когда сквозь эти диоптры была видна звезда, отсчитывали по делениям кругов армиллы координаты звезды - ее часовой угол и склонение. При некоторых дополнительных устройствах с помощью армилл удавалось измерять непосредственно и прямые восхождения звезд.

Рис. 56. Армиллярная сфера.

На любой современной обсерватории есть точные часы. Были часы и на древних обсерваториях, но они и по принципу действия и по точности сильно отличались от современных. Самые древние из часов - солнечные. Их употребляли еще за много веков до нашей эры.

Простейшие из солнечных часов - экваториальные (рис. 6, а). Они состоят из стержня, направленного к Полярной звезде (точнее, к северному полюсу мира), и перпендикулярного к нему циферблата, разделенного на часы и минуты. Тень от стержня выполняет роль стрелки, причем шкала на циферблате равномерная, то есть все часовые (и, конечно, минутные) деления равны между собой. У экваториальных солнечных часов есть существенный недостаток - они показывают время лишь в период с 21 марта до 23 сентября, то есть когда Солнце находится над небесным экватором. Можно, конечно, сделать двусторонний циферблат и укрепить еще один нижний стержень, но от этого экваториальные часы вряд ли станут более удобными.

Рис. 6. Экваториальные (слева) и горизонтальные солнечные часы.

Более употребительны горизонтальные солнечные часы (рис. 6, 6). Роль стержня в них обычно выполняет треугольная пластинка, верхняя сторона которой направлена на северный полюс мира. Тень от этой пластинки падает на горизонтальный циферблат, часовые деления которого на этот раз не равны между собою (равны лишь попарно часовые деления, симметричные относительно полуденной линии). Для каждой широты оцифровка циферблата таких часов различна. Иногда вместо горизонтального употребляли вертикальный циферблат (настенные солнечные часы) или циферблаты особой сложной формы.

Самые крупные солнечные часы были построены в начале XVIII века в Дели. Тень от треугольной стены, вершина которой имеет высоту 18 м, падает на оцифрованные мраморные дуги с радиусом около 6 м. Эти часы исправно действуют до сих пор и показывают время с точностью до одной минуты.

Все солнечные часы обладают очень большим недостатком - в пасмурную погоду и по ночам они не работают. Поэтому наряду с солнечными часами древние астрономы употребляли также песочные часы и водяные часы, или клепсидры. И в тех и в других время, по существу, измеряется равномерным движением песка или воды. Небольшие песочные часы встречаются до сих пор, клепсидры же постепенно вышли из употребления еще в XVII веке после того как были изобретены высокоточные механические маятниковые часы.

Как же внешне выглядели древние обсерватории?

<<< Назад

Вперед >>>

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Астрономические инструменты применялись с древнейших времён. С началом освоения земледелия, когда нужно было планировать сельскохозяйственные работы. Для этого нужно было определять моменты равноденствий и солнцестояний. Одновременно и нужды кочевого животноводства требовали освоения методов ориентирования. А для этого изучались звёзды, их движение. Движение Солнца и Луны. Примером древнейшей обсерватории может служить культово-астрономическое сооружение под Рязанью. Равноденствия и солнцестояния фиксировались по тени от Солнца и её совпадением с определёнными столбами.

Такие сооружения строились повсеместно, где селились первые земледельцы Арии. Но до нас дошли в наилучшем виде такие древние сооружения, как мегалиты Стоунхенжа.

Древняя астрономическая обсерватория Jantar-Mantar.

В принципе устройство этих обсерваторий одинаков - принцип визирования, то есть определение направления по двум точкам. Однако эти точки были направлены на горизонт. То есть древние обсерватории служили задачам календарного счёта дней.

Однако уже у скотоводов, а особенно с освоением мореплавания возникает потребность изучать и само небо. Так уже во времена древних восточных деспотий (Шумер, Ассирия, Вавилон, Египет) возникают принципы систематизации небесных объектов. Возникают идеи эклиптики. Она разбивается на 12 частей. Формируются созвездия и даются им названия. И строятся обсерватории. До нас они практически не дошли, но подобная им была обсерватория Улугбека. По сути это вырытая в земле дуга, на которой определялось положение звёзд.

Однако морякам такой инструмент был бесполезен. Потому появляются ручные астрономические инструменты. Из истории известно, что во втором тысячелетии до н.э. народы моря напали на Египет. Народы моря это Пеласги, Лелеги, Этруски и другие народы, которые относились к индоевропейцам Ариям. То есть наши родственники-предки. Они свободно ходили по Средиземному и Чёрному морям. И их умение ориентироваться, в том числе и по Солнцу и звёздам, перешло к грекам.

Так появились: Астрономические инструменты или приборы: гномон, армиллярная сфера, астролябия, квадрант, октант, секстант, хронометр...

Старинные астрономические инструменты
и инструменты навигации

Армиллярная сфера	Астролябия		Гномон	Квадрант
Октант	Секста́нт	Хронометр морской	Морской компас	Универсальный инструмент

Армиллярная сфера есть собрание кругов, изображающих важнейшие дуги небесной сферы. Она имеет целью изобразить относительное положение экватора, эклиптики, горизонта и других кругов.

Астролябия (от греческих слов: άστρον - светило и λαμβάνω - беру), планисфера , аналемма - угломерный снаряд, употребляющийся для астрономических и геодезических наблюдений. А. применялась Гиппархом для определения долгот и широт звезд. Она состоит из кольца, которое устанавливалось в плоскости эклиптики, и перпендикулярного к нему кольца, на котором отсчитывалась широта наблюдаемого светила, после того как на него были наведены диоптры инструмента. По горизонтальному кругу отсчитывалась разность долгот между данным светилом в каким-нибудь другим. В позднейшее время А. была упрощена, в ней был оставлен только один круг, посредством которого мореплаватели отсчитывали высоту звезд над горизонтом. 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. Позднее вместо диоптр стали употреблять зрительные трубы, и, постепенно совершенствуясь, А. перешла в новый тип инструмента - теодолит, который и употребляется теперь во всех тех случаях, когда требуется некоторая точность измерений. В землемерном искусстве А. еще продолжает применяться, где при достаточно тщательной градуировке она позволяет измерять углы с точностью до минут дуги.

Гномон (др.-греч. γνώμων - указатель) - древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца.

Квадрант (лат. quadrans, -antis, от quadrare - сделать четырехугольным) - астрономический инструмент, для определения зенитальных расстояний светил.

Октант (в морском деле - октан) - угломерный астрономический инструмент. Шкала октанта составляет 1/8 часть окружности. Октант применялся в мореходной астрономии; практически вышел из употребления.

Секстант (секстан) - навигационный измерительный инструмент, используемый для измерения высоты светила над горизонтом с целью определения географических координат той местности, в которой производится измерение.

Квадрант, октант и секстант отличаются только долей окружности (четвёртая, восьмая и шестая часть соответственно). В остальном это тот же прибор. Современный секстант имеет оптический визир.

Астрономический компендиум представляет собой набор небольших инструментов для математических расчетов в едином футляре. Он обеспечивал пользователю множество вариантов в готовом формате. Это был не дешевый набор и, очевидно, указывал на богатство владельца. Этот сложный экспонат был изготовлен Джеймсом Кинвином для Роберта Деверю, второго графа Эссекса (1567 – 1601), чье оружие, гребень шлема и девиз выгравированы на внутренней стороны крышки. В компендиум входят пассажный инструмент для определения времени ночи по звездам, перечень широт, магнитный компас, перечень портов и гаваней, вечный календарь и лунный указатель. Компендиум мог использоваться для определения времени, высоты прилива в портах, а также календарных расчетов. Можно сказать, что это древний миникомпьютер.

Оптические инструменты

Подлинная революция в астрономии началась с изобретением Галилеем оптического рефракторного телескопа. Слово «телескоп» образовано из двух греческих корней и может быть переведено на русский язык как «смотрю вдаль». Действительно, это оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил. Созданный около четырехсот лет назад, телескоп является своеобразным символом современной науки, воплощая в себе извечное стремление человечества к познанию. Гигантские телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной. Впрочем, сегодня телескоп все чаще можно встретить не в научной обсерватории, а в обычной городской квартире, где живет обычный астроном-любитель, который ясными звездными ночами отправляется приобщаться к захватывающим красотам космоса.

Хотя существуют косвенные свидетельства того, что оптические устройства, предназначенные для изучения звезд, были известны уже некоторым древним цивилизациям, официальной датой рождения телескопа принято считать 1609 год. Именно в этом году Галилео Галилей, экспериментируя с линзами для создания очков, нашел комбинацию, которая обеспечивала многократное приближение. Построенная же учёным первая зрительная труба стала прародительницей современных рефракторов и впоследствии получила название телескопа.

Телескоп Галилея представлял собой свинцовую трубу с двумя линзами: плосковыпуклой, которая служила объективом и плосковогнутой, служившей окуляром. Первая зрительная труба Галилея обеспечивала прямое изображение и лишь трёхкратное увеличение, однако впоследствии учёному удалось создать устройство, которое приближало предметы в 30 раз. При помощи своего телескопа Галилей обнаружил четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, неровности (горы, долины, трещины, кратеры) на поверхности Луны, пятна на Солнце. Впоследствии схема галилеевского телескопа была усовершенствована Кеплером, который создал инструмент, предлагающий перевернутое изображение, но зато имеющий значительно большее поле зрения и увеличение. Линзовый телескоп совершенствовался и дальше: чтобы улучшить качество изображения, астрономы использовали новейшие технологии стекловарения, а также увеличивали фокусное расстояние телескопов, что, естественно приводило к увеличению и их физических размеров (например, в конце XVIII века длина телескопа Яна Гевелия достигала 46 м).

Первый зеркальный телескоп также появился в XVII веке. Этот прибор был изобретён сэром Исааком Ньютоном, который, посчитав хроматизм неустранимой проблемой телескопов-рефракторов, решил двигаться в другом направлении. В 1668 году, после долгих экспериментов со сплавами и технологиями полировки зеркал, Ньютон продемонстрировал первый зеркальный телескоп, который, при длине всего 15 см и диаметре зеркала 25 мм действовал ничуть не хуже длинного телескопа-рефрактора. Хотя изображение, создаваемое первым телескопом Ньютона, было тусклым и недостаточно ярким, впоследствии ученому удалось значительно улучшить характеристики своего устройства.

Стремясь усовершенствовать конструкцию телескопа таким образом, чтобы добиться максимально высокого качества изображения, учёные создали несколько оптических схем, использующих как линзы, так и зеркала. Среди таких телескопов наибольшее распространение получили катадиоптрические системы Ньютона, Максутова-Кассегрена и Шмидта-Кассегрена, о которых более подробно будет сказано ниже.

Конструкция телескопа

Телескоп – это оптическая система, которая, «выхватывая» из пространства небольшую область, зрительно приближая расположенные в ней объекты. Телескоп улавливает параллельные своей оптической оси лучи светового потока, собирает их в одну точку (фокус) и увеличивает при помощи линзы или, чаще, системы линз (окуляра), которая одновременно снова преобразует расходящиеся лучи света в параллельные.

По типу элемента, используемого для сбора световых лучей в фокусе, все современные потребительские телескопы подразделяются на линзовые (рефракторы), зеркальные (рефлекторы) и зеркально-линзовые (катадиоптрические). Возможности телескопов каждой группы несколько отличаются, поэтому, чтобы выбрать оптимальный для своих нужд оптический инструмент, начинающий астроном-любитель должен иметь некоторое представление о его устройстве.

Линзовые телескопы (рефракторы)

Вслед за своим созданным Галилеем прародителем, телескопы этой группы фокусируют свет при помощи одной или нескольких линз, вследствие чего называются линзовыми, или рефракторами.

Перед телескопами других систем рефракторы имеют целый ряд преимуществ. Так, закрытая труба телескопа предотвращает проникновение внутрь трубы пыли и влаги, которые оказывают негативное воздействие на полезные свойства телескопа. Кроме того, рефракторы просты в обслуживании и эксплуатации – положение их линз зафиксировано в заводских условиях, что избавляет пользователя от необходимости самостоятельно производить юстировку, то есть тонкую подстройку. Наконец, у линзовых телескопов отсутствует центральное экранирование, которое уменьшает количество поступающего света и ведет к искажению дифракционной картины. Рефракторы обеспечивают высокую контрастность и превосходное разрешение изображений при наблюдении планет. Однако есть у телескопов этой системы и минусы, основным из которых является эффект, известный как хроматическая аберрация. Он возникает вследствие того, что световые лучи разной длины имеют неодинаковую сходимость, то есть точки фокуса для разных составляющих спектра будут находиться на различном расстоянии от преломляющей линзы. Зрительно хроматическая аберрация проявляется как цветные ореолы вокруг ярких объектов. Для устранения этого дефекта должны использоваться дополнительные линзы и оптические элементы из особых видов стекла. А ведь конструкция рефракторов и сама по себе предполагает не менее двух линз, все четыре поверхности которых должны иметь хорошо выверенную кривизну, быть тщательно отполированы и покрыты как минимум одним просветляющим слоем. Другими словами, хороший рефрактор – устройство, достаточно сложное в производстве, а потому, как правило, весьма недешевое.

Зеркальные телескопы (рефлекторы)

Телескопы другой большой группы собирают световой пучок при помощи зеркала, поэтому называются зеркальными телескопами, рефлекторами. Самая популярная конструкция зеркального телескопа называется по имени своего изобретателя, телескопом системы Ньютона.

Зеркало как элемент оптической системы рефлектора представляет собой вогнутую пластину стекла параболической формы, передняя поверхность которого покрыта отражающим материалом. При использовании в подобных конструкциях сферических зеркал, свет, отражаемый их поверхностью, не сходится в одной точке, формируя в фокусе немного размытое пятно. В результате этого изображение теряет контраст, то есть возникает эффект, известный как сферическая аберрация.

Предотвратить ухудшение качества изображения, помогают зеркала параболической формы. На левой картинке, отражаемый сферическими зеркалами свет не сходится в одной точке, что приводит к ухудшению резкости На правой картинке, параболоидные зеркала собирают все лучи в единую точку фокуса.

Проникающий в телескоп свет попадает на зеркало, которое отражает лучи вверх. В точку фокуса свет отражается при помощи
плоского вторичного зеркала эллиптической формы, укрепленного в центре трубы под углом 45 градусов. Разумеется, само вторичное зеркало в окуляр увидеть нельзя, однако оно является препятствием на пути светового потока и экранирует свет, что может изменять дифракционную картину и приводить к небольшой потере контрастности. Среди плюсов рефлекторов – отсутствие хроматизма, ведь лучи света в силу самой конструкции отражаются от стекла, а не проходят сквозь него. К тому же, по сравнению с рефракторами зеркальные телескопы менее дороги в производстве: в конструкции рефлектора присутствуют всего две нуждающиеся в полировке и специальных покрытиях поверхности.

Катадиоптрические телескопы - оптические системы которых комбинируют линзы и зеркала. Здесь представлены катадиоптрические телескопы системы Ньютона, телескопы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

Зеркально-линзовые телескопы системы Ньютона отличаются от классических представителей своего класса наличием на пути светового потока к точке фокуса корректирующей линзы, которая, при сохранении компактных размеров телескопа, позволяет добиваться большего увеличения. Например, при использовании корректирующей линзы с двукратным увеличением и физической длине системы 500 мм, фокусное расстояние составит 1000 мм. Подобные рефлекторы значительно легче и компактнее «нормальных» телескопов Ньютона того же фокусного расстояния, а, кроме того, просты в
эксплуатации, легки в установке и менее подвержены воздействию ветра. Положение корректирующей линзы фиксируется в процессе производства, но зеркала, так же как и в случае с телескопом Ньютона стандартной конструкции, нуждаются в регулярной юстировке.

Оптические схемы телескопов Шмидта-Кассегрена включают тонкие асферические коррекционные пластинки, которые направляют свет на первичное вогнутое зеркало, обеспечивая исправление сферической аберрации. После этого световые лучи попадают на вторичное зеркало, которое, в свою очередь, отражает их вниз, направляя через отверстие

в центре первичного зеркала. Непосредственно за первичным зеркалом находится окуляр или диагональное зеркало. Фокусировка производится посредством перемещения первичного зеркала или окуляра. Главным достоинством телескопов подобной конструкции является сочетание портативности и большого фокусного расстояния. Основной минус телескопов Шмидта-Кассегрена – сравнительно большое вторичное зеркало, которое сокращает количество света и может вызывать некоторую потерю контрастности.

Телескопы системы Максутова-Кассегрена имеют схожую конструкцию. Так же, как системы Шмидта-Кассегрена, эти модели исправляют сферическую аберрацию при помощи корректора, в качестве которого, вместо пластинки Шмидта, используется толстая выпукло-вогнутая линза (мениск). Проходя через вогнутую сторону мениска, свет попадает на первичное зеркало, которое отражает его вверх на вторичное зеркало (как правило, покрытую зеркальным слоем область на выпуклой стороне мениска). Дальше, так же, как и в конструкции Шмидта-Кассегрена, лучи света проходят через отверстие в первичном зеркале и попадают в окуляр. Телескопы системы Максутова-Кассегрена менее сложны в производстве, чем модели Шмидта-Кассегрена, однако использование в оптической схеме толстого мениска увеличивает их вес.

Современные телескопы

Большинство современных телескопов являются рефлекторами.

На данный момент крупнейшими в мире телескопами-рефлекторами являются два телескопа Кека, расположенные на Гавайях. Keck-I и Keck-II введены в эксплуатацию в 1993 и 1996 соответственно и имеют эффективный диаметр зеркала 9,8 м. Телескопы расположены на одной платформе и могут использоваться совместно в качестве интерферометра, давая разрешение, соответствующее диаметру зеркала 85 м.

Крупнейшим в мире телескопом с цельным зеркалом является Large Binocular Telescope, расположенный на горе Грэхэм (США, штат Аризона). Диаметр обоих зеркал составляет 8,4 метра.

11 октября 2005 года в эксплуатацию был запущен телескоп Southern African Large Telescope в ЮАР с главным зеркалом размером 11 x 9.8 метров, состоящим из 91 одинаковых шестиугольников.

Очень Большой Телескоп	Канарский телескоп	Телескоп Хобби-Эберли	Джемини	СУБАРУ	SALT

Радиотелескопы

До конца Великой отечественной войны астрономические исследования велись только в оптическом диапазоне с помощью оптических телескопов. Однако уже во время Второй мировой войны для нужд обнаружения врвжеских самолётов стали разрабатываться радиолокационные станции. После войны было обнаружено, что радиолокационные станции ПВО обнаруживают и какие-то странные сигналы. Было обнаружено, что эти сигналы приходят из космоса. И так началось использование радиоустройств для исследования вселенной. Такие устройства назвали радиотелескопами. С помощью их открыли радиозвёзды - квазары, так открыли реликтовое излучение, излучение от Солнца, центра галлактики и т.д. и т.п. Радиотелескопы стали мощным орудием познания вселенной. И построено их великое множество.

Сначала это были небольшие параболические антенны:

Затем побольше на башнях с азимутальными установками:

Затем огромные, с поворачивающимися на рельсах фермах:

Секторные, где прямо на земле монтировалась часть параболоида антенны:

Радиотелескопы стали использовать совместно, когда суммарная мощность отдельных телескопов складывалась, давая мощность и разрешение большего телескопа:

Из отдельных телескопов стали создавать решётки,
что повышало разрешающую способность системы:

Кроме параболических антенн стали делать решётчатые антенны:

Космические радиотелескопы:

Самый большой в мире радио-телескоп

Радиотелескоп, установленный в Аресибо, - в настоящее время, крупнейший в мире (из использующих одну апертуру). Телескоп используется для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы. Астрономическая обсерватория Аресибо расположена в Пуэрто Рико, в 15 км от Аресибо, на высоте 497 мнад уровнем моря. Исследования проводятся Корнельским университетом в кооперации с Национальным научным фондом.

Особенности конструкции:Рефлектор телескопа расположен в естественной карстовой воронке и покрыт 38778 перфорированными алюминиевыми пластинами (от 1 до 2 м), уложенными на сетку из стальных тросов. Облучатель антенны подвижный, подвешен на 18 тросах к трём башням. Для проведения исследований по программе радиолокационной астрономии в обсерватории имеется передатчик мощностью 0,5 МВт. Строительство радиотелескопа было начато в 1960 году. Первоначальным назначением телескопа были исследования ионосферы Земли. Автор идеи строительства: профессор Корнельского университета Уильям Гордон. Официальное открытие обсерватории Аресибо состоялось 1 ноября 1963 года.

Выход за пределы оптического диапазона радиоастрономией сразу же поставил вопрос об использовании и других диапазонов электромагнитного излучения. Вообще информацию о космосе мы можем получать двумя путями - через электромагнитное излучение и корпускулярные потоки (потоки элементарных частиц). Были попытки улавливать и гравитационные волны, но пока безуспешно.

Электромагнитное излучение подразделяют на:

радиоволны,

инфракрасное излучение,

световой диапазон,

ультрафиолетовое излучение,

рентгеновское излучение,

гамма-излучение.

Инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучения могут отражаться обычным зеркалом, поэтому используются обычные рефлекторные телескопы, но воспринимается изображение специальными термочувствительными датчиками и датчиками ультрафиолетового излучения.

Иное дело рентгеновское и гамма излучения. Рентгеновские и гамма- телескопы это особые приборы:

Астрономия и космонавтика.

Главной проблемой наблюдательной астрономии является земная атмосфера. Она не полностью прозрачна. Она движется, в том числе за счёт тепла. Часты облака и атмосферные осадки. В атмосфере много пыли, насекомые и пр. Поэтому мечтой астрономов всегда была возможность размещать свои приборы как можно выше. Как можно выше в горы, на самолёты и аэростаты. Но подлинный переворот в этой проблемы произошёл с запуском Советским Союзом искусственного спутника Земли. Едва ли не сразу астрономы и астрофизики бросились использовать представившуюся возможность. Прежде всего запуском космических зондов к Луне, Венере, Марсу и далее, и далее.

Кратко об исследовании Луны советскими учёными изложено на странице посвящённой Луне.

Исследование Солнечной системы при помощи автоматических зондов отдельная тема. Здесь приведём наиболее известные астрономические приборы выведенные на орбиты вокруг Земли.

Хаббл	Гершель	Чандра	WISE	Спектр-Р	Гранат

(источник http://grigam.narod.ru)

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Астрономические инструменты применялись с древнейших времён. С началом освоения земледелия, когда нужно было планировать сельскохозяйственные работы. Для этого нужно было определять моменты равноденствий и солнцестояний. Одновременно и нужды кочевого животноводства требовали освоения методов ориентирования. А для этого изучались звёзды, их движение. Движение Солнца и Луны. Примером древнейшей обсерватории может служить культово-астрономическое сооружение под Рязанью. Равноденствия и солнцестояния фиксировались по тени от Солнца и её совпадением с определёнными столбами.

Такие сооружения строились повсеместно, где селились первые земледельцы Арии. Но до нас дошли в наилучшем виде такие древние сооружения, как мегалиты Стоунхенжа.

Древняя астрономическая обсерватория Jantar-Mantar.

В принципе устройство этих обсерваторий одинаков - принцип визирования, то есть определение направления по двум точкам. Однако эти точки были направлены на горизонт. То есть древние обсерватории служили задачам календарного счёта дней.

Однако уже у скотоводов, а особенно с освоением мореплавания возникает потребность изучать и само небо. Так уже во времена древних восточных деспотий (Шумер, Ассирия, Вавилон, Египет) возникают принципы систематизации небесных объектов. Возникают идеи эклиптики. Она разбивается на 12 частей. Формируются созвездия и даются им названия. И строятся обсерватории. До нас они практически не дошли, но подобная им была обсерватория Улугбека. По сути это вырытая в земле дуга, на которой определялось положение звёзд.

Однако морякам такой инструмент был бесполезен. Потому появляются ручные астрономические инструменты. Из истории известно, что во втором тысячелетии до н.э. народы моря напали на Египет. Народы моря это Пеласги, Лелеги, Этруски и другие народы, которые относились к индоевропейцам Ариям. То есть наши родственники-предки. Они свободно ходили по Средиземному и Чёрному морям. И их умение ориентироваться, в том числе и по Солнцу и звёздам, перешло к грекам.

Так появились: Астрономические инструменты или приборы: гномон, армиллярная сфера, астролябия, квадрант, октант, секстант, хронометр...

Старинные астрономические инструменты
и инструменты навигации

Армиллярная сфера	Астролябия		Гномон	Квадрант
Октант	Секста́нт	Хронометр морской	Морской компас	Универсальный инструмент

Армиллярная сфера есть собрание кругов, изображающих важнейшие дуги небесной сферы. Она имеет целью изобразить относительное положение экватора, эклиптики, горизонта и других кругов.

Астролябия (от греческих слов: άστρον - светило и λαμβάνω - беру), планисфера , аналемма - угломерный снаряд, употребляющийся для астрономических и геодезических наблюдений. А. применялась Гиппархом для определения долгот и широт звезд. Она состоит из кольца, которое устанавливалось в плоскости эклиптики, и перпендикулярного к нему кольца, на котором отсчитывалась широта наблюдаемого светила, после того как на него были наведены диоптры инструмента. По горизонтальному кругу отсчитывалась разность долгот между данным светилом в каким-нибудь другим. В позднейшее время А. была упрощена, в ней был оставлен только один круг, посредством которого мореплаватели отсчитывали высоту звезд над горизонтом. 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. Позднее вместо диоптр стали употреблять зрительные трубы, и, постепенно совершенствуясь, А. перешла в новый тип инструмента - теодолит, который и употребляется теперь во всех тех случаях, когда требуется некоторая точность измерений. В землемерном искусстве А. еще продолжает применяться, где при достаточно тщательной градуировке она позволяет измерять углы с точностью до минут дуги.

Гномон (др.-греч. γνώμων - указатель) - древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца.

Квадрант (лат. quadrans, -antis, от quadrare - сделать четырехугольным) - астрономический инструмент, для определения зенитальных расстояний светил.

Октант (в морском деле - октан) - угломерный астрономический инструмент. Шкала октанта составляет 1/8 часть окружности. Октант применялся в мореходной астрономии; практически вышел из употребления.

Секстант (секстан) - навигационный измерительный инструмент, используемый для измерения высоты светила над горизонтом с целью определения географических координат той местности, в которой производится измерение.

Квадрант, октант и секстант отличаются только долей окружности (четвёртая, восьмая и шестая часть соответственно). В остальном это тот же прибор. Современный секстант имеет оптический визир.

Астрономический компендиум представляет собой набор небольших инструментов для математических расчетов в едином футляре. Он обеспечивал пользователю множество вариантов в готовом формате. Это был не дешевый набор и, очевидно, указывал на богатство владельца. Этот сложный экспонат был изготовлен Джеймсом Кинвином для Роберта Деверю, второго графа Эссекса (1567 – 1601), чье оружие, гребень шлема и девиз выгравированы на внутренней стороны крышки. В компендиум входят пассажный инструмент для определения времени ночи по звездам, перечень широт, магнитный компас, перечень портов и гаваней, вечный календарь и лунный указатель. Компендиум мог использоваться для определения времени, высоты прилива в портах, а также календарных расчетов. Можно сказать, что это древний миникомпьютер.

Оптические инструменты

Подлинная революция в астрономии началась с изобретением Галилеем оптического рефракторного телескопа. Слово «телескоп» образовано из двух греческих корней и может быть переведено на русский язык как «смотрю вдаль». Действительно, это оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил. Созданный около четырехсот лет назад, телескоп является своеобразным символом современной науки, воплощая в себе извечное стремление человечества к познанию. Гигантские телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной. Впрочем, сегодня телескоп все чаще можно встретить не в научной обсерватории, а в обычной городской квартире, где живет обычный астроном-любитель, который ясными звездными ночами отправляется приобщаться к захватывающим красотам космоса.

Хотя существуют косвенные свидетельства того, что оптические устройства, предназначенные для изучения звезд, были известны уже некоторым древним цивилизациям, официальной датой рождения телескопа принято считать 1609 год. Именно в этом году Галилео Галилей, экспериментируя с линзами для создания очков, нашел комбинацию, которая обеспечивала многократное приближение. Построенная же учёным первая зрительная труба стала прародительницей современных рефракторов и впоследствии получила название телескопа.

Телескоп Галилея представлял собой свинцовую трубу с двумя линзами: плосковыпуклой, которая служила объективом и плосковогнутой, служившей окуляром. Первая зрительная труба Галилея обеспечивала прямое изображение и лишь трёхкратное увеличение, однако впоследствии учёному удалось создать устройство, которое приближало предметы в 30 раз. При помощи своего телескопа Галилей обнаружил четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, неровности (горы, долины, трещины, кратеры) на поверхности Луны, пятна на Солнце. Впоследствии схема галилеевского телескопа была усовершенствована Кеплером, который создал инструмент, предлагающий перевернутое изображение, но зато имеющий значительно большее поле зрения и увеличение. Линзовый телескоп совершенствовался и дальше: чтобы улучшить качество изображения, астрономы использовали новейшие технологии стекловарения, а также увеличивали фокусное расстояние телескопов, что, естественно приводило к увеличению и их физических размеров (например, в конце XVIII века длина телескопа Яна Гевелия достигала 46 м).

Первый зеркальный телескоп также появился в XVII веке. Этот прибор был изобретён сэром Исааком Ньютоном, который, посчитав хроматизм неустранимой проблемой телескопов-рефракторов, решил двигаться в другом направлении. В 1668 году, после долгих экспериментов со сплавами и технологиями полировки зеркал, Ньютон продемонстрировал первый зеркальный телескоп, который, при длине всего 15 см и диаметре зеркала 25 мм действовал ничуть не хуже длинного телескопа-рефрактора. Хотя изображение, создаваемое первым телескопом Ньютона, было тусклым и недостаточно ярким, впоследствии ученому удалось значительно улучшить характеристики своего устройства.

Стремясь усовершенствовать конструкцию телескопа таким образом, чтобы добиться максимально высокого качества изображения, учёные создали несколько оптических схем, использующих как линзы, так и зеркала. Среди таких телескопов наибольшее распространение получили катадиоптрические системы Ньютона, Максутова-Кассегрена и Шмидта-Кассегрена, о которых более подробно будет сказано ниже.

Конструкция телескопа

Телескоп – это оптическая система, которая, «выхватывая» из пространства небольшую область, зрительно приближая расположенные в ней объекты. Телескоп улавливает параллельные своей оптической оси лучи светового потока, собирает их в одну точку (фокус) и увеличивает при помощи линзы или, чаще, системы линз (окуляра), которая одновременно снова преобразует расходящиеся лучи света в параллельные.

По типу элемента, используемого для сбора световых лучей в фокусе, все современные потребительские телескопы подразделяются на линзовые (рефракторы), зеркальные (рефлекторы) и зеркально-линзовые (катадиоптрические). Возможности телескопов каждой группы несколько отличаются, поэтому, чтобы выбрать оптимальный для своих нужд оптический инструмент, начинающий астроном-любитель должен иметь некоторое представление о его устройстве.

Линзовые телескопы (рефракторы)

Вслед за своим созданным Галилеем прародителем, телескопы этой группы фокусируют свет при помощи одной или нескольких линз, вследствие чего называются линзовыми, или рефракторами.

Перед телескопами других систем рефракторы имеют целый ряд преимуществ. Так, закрытая труба телескопа предотвращает проникновение внутрь трубы пыли и влаги, которые оказывают негативное воздействие на полезные свойства телескопа. Кроме того, рефракторы просты в обслуживании и эксплуатации – положение их линз зафиксировано в заводских условиях, что избавляет пользователя от необходимости самостоятельно производить юстировку, то есть тонкую подстройку. Наконец, у линзовых телескопов отсутствует центральное экранирование, которое уменьшает количество поступающего света и ведет к искажению дифракционной картины. Рефракторы обеспечивают высокую контрастность и превосходное разрешение изображений при наблюдении планет. Однако есть у телескопов этой системы и минусы, основным из которых является эффект, известный как хроматическая аберрация. Он возникает вследствие того, что световые лучи разной длины имеют неодинаковую сходимость, то есть точки фокуса для разных составляющих спектра будут находиться на различном расстоянии от преломляющей линзы. Зрительно хроматическая аберрация проявляется как цветные ореолы вокруг ярких объектов. Для устранения этого дефекта должны использоваться дополнительные линзы и оптические элементы из особых видов стекла. А ведь конструкция рефракторов и сама по себе предполагает не менее двух линз, все четыре поверхности которых должны иметь хорошо выверенную кривизну, быть тщательно отполированы и покрыты как минимум одним просветляющим слоем. Другими словами, хороший рефрактор – устройство, достаточно сложное в производстве, а потому, как правило, весьма недешевое.

Зеркальные телескопы (рефлекторы)

Телескопы другой большой группы собирают световой пучок при помощи зеркала, поэтому называются зеркальными телескопами, рефлекторами. Самая популярная конструкция зеркального телескопа называется по имени своего изобретателя, телескопом системы Ньютона.

Зеркало как элемент оптической системы рефлектора представляет собой вогнутую пластину стекла параболической формы, передняя поверхность которого покрыта отражающим материалом. При использовании в подобных конструкциях сферических зеркал, свет, отражаемый их поверхностью, не сходится в одной точке, формируя в фокусе немного размытое пятно. В результате этого изображение теряет контраст, то есть возникает эффект, известный как сферическая аберрация.

Предотвратить ухудшение качества изображения, помогают зеркала параболической формы. На левой картинке, отражаемый сферическими зеркалами свет не сходится в одной точке, что приводит к ухудшению резкости На правой картинке, параболоидные зеркала собирают все лучи в единую точку фокуса.

Проникающий в телескоп свет попадает на зеркало, которое отражает лучи вверх. В точку фокуса свет отражается при помощи
плоского вторичного зеркала эллиптической формы, укрепленного в центре трубы под углом 45 градусов. Разумеется, само вторичное зеркало в окуляр увидеть нельзя, однако оно является препятствием на пути светового потока и экранирует свет, что может изменять дифракционную картину и приводить к небольшой потере контрастности. Среди плюсов рефлекторов – отсутствие хроматизма, ведь лучи света в силу самой конструкции отражаются от стекла, а не проходят сквозь него. К тому же, по сравнению с рефракторами зеркальные телескопы менее дороги в производстве: в конструкции рефлектора присутствуют всего две нуждающиеся в полировке и специальных покрытиях поверхности.

Катадиоптрические телескопы - оптические системы которых комбинируют линзы и зеркала. Здесь представлены катадиоптрические телескопы системы Ньютона, телескопы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

Зеркально-линзовые телескопы системы Ньютона отличаются от классических представителей своего класса наличием на пути светового потока к точке фокуса корректирующей линзы, которая, при сохранении компактных размеров телескопа, позволяет добиваться большего увеличения. Например, при использовании корректирующей линзы с двукратным увеличением и физической длине системы 500 мм, фокусное расстояние составит 1000 мм. Подобные рефлекторы значительно легче и компактнее «нормальных» телескопов Ньютона того же фокусного расстояния, а, кроме того, просты в
эксплуатации, легки в установке и менее подвержены воздействию ветра. Положение корректирующей линзы фиксируется в процессе производства, но зеркала, так же как и в случае с телескопом Ньютона стандартной конструкции, нуждаются в регулярной юстировке.

Оптические схемы телескопов Шмидта-Кассегрена включают тонкие асферические коррекционные пластинки, которые направляют свет на первичное вогнутое зеркало, обеспечивая исправление сферической аберрации. После этого световые лучи попадают на вторичное зеркало, которое, в свою очередь, отражает их вниз, направляя через отверстие

в центре первичного зеркала. Непосредственно за первичным зеркалом находится окуляр или диагональное зеркало. Фокусировка производится посредством перемещения первичного зеркала или окуляра. Главным достоинством телескопов подобной конструкции является сочетание портативности и большого фокусного расстояния. Основной минус телескопов Шмидта-Кассегрена – сравнительно большое вторичное зеркало, которое сокращает количество света и может вызывать некоторую потерю контрастности.

Телескопы системы Максутова-Кассегрена имеют схожую конструкцию. Так же, как системы Шмидта-Кассегрена, эти модели исправляют сферическую аберрацию при помощи корректора, в качестве которого, вместо пластинки Шмидта, используется толстая выпукло-вогнутая линза (мениск). Проходя через вогнутую сторону мениска, свет попадает на первичное зеркало, которое отражает его вверх на вторичное зеркало (как правило, покрытую зеркальным слоем область на выпуклой стороне мениска). Дальше, так же, как и в конструкции Шмидта-Кассегрена, лучи света проходят через отверстие в первичном зеркале и попадают в окуляр. Телескопы системы Максутова-Кассегрена менее сложны в производстве, чем модели Шмидта-Кассегрена, однако использование в оптической схеме толстого мениска увеличивает их вес.

Современные телескопы

Большинство современных телескопов являются рефлекторами.

На данный момент крупнейшими в мире телескопами-рефлекторами являются два телескопа Кека, расположенные на Гавайях. Keck-I и Keck-II введены в эксплуатацию в 1993 и 1996 соответственно и имеют эффективный диаметр зеркала 9,8 м. Телескопы расположены на одной платформе и могут использоваться совместно в качестве интерферометра, давая разрешение, соответствующее диаметру зеркала 85 м.

Крупнейшим в мире телескопом с цельным зеркалом является Large Binocular Telescope, расположенный на горе Грэхэм (США, штат Аризона). Диаметр обоих зеркал составляет 8,4 метра.

11 октября 2005 года в эксплуатацию был запущен телескоп Southern African Large Telescope в ЮАР с главным зеркалом размером 11 x 9.8 метров, состоящим из 91 одинаковых шестиугольников.

Очень Большой Телескоп	Канарский телескоп	Телескоп Хобби-Эберли	Джемини	СУБАРУ	SALT

Радиотелескопы

До конца Великой отечественной войны астрономические исследования велись только в оптическом диапазоне с помощью оптических телескопов. Однако уже во время Второй мировой войны для нужд обнаружения врвжеских самолётов стали разрабатываться радиолокационные станции. После войны было обнаружено, что радиолокационные станции ПВО обнаруживают и какие-то странные сигналы. Было обнаружено, что эти сигналы приходят из космоса. И так началось использование радиоустройств для исследования вселенной. Такие устройства назвали радиотелескопами. С помощью их открыли радиозвёзды - квазары, так открыли реликтовое излучение, излучение от Солнца, центра галлактики и т.д. и т.п. Радиотелескопы стали мощным орудием познания вселенной. И построено их великое множество.

Сначала это были небольшие параболические антенны:

Затем побольше на башнях с азимутальными установками:

Затем огромные, с поворачивающимися на рельсах фермах:

Секторные, где прямо на земле монтировалась часть параболоида антенны:

Радиотелескопы стали использовать совместно, когда суммарная мощность отдельных телескопов складывалась, давая мощность и разрешение большего телескопа:

Из отдельных телескопов стали создавать решётки,
что повышало разрешающую способность системы:

Кроме параболических антенн стали делать решётчатые антенны:

Космические радиотелескопы:

Самый большой в мире радио-телескоп

Радиотелескоп, установленный в Аресибо, - в настоящее время, крупнейший в мире (из использующих одну апертуру). Телескоп используется для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы. Астрономическая обсерватория Аресибо расположена в Пуэрто Рико, в 15 км от Аресибо, на высоте 497 мнад уровнем моря. Исследования проводятся Корнельским университетом в кооперации с Национальным научным фондом.

Особенности конструкции:Рефлектор телескопа расположен в естественной карстовой воронке и покрыт 38778 перфорированными алюминиевыми пластинами (от 1 до 2 м), уложенными на сетку из стальных тросов. Облучатель антенны подвижный, подвешен на 18 тросах к трём башням. Для проведения исследований по программе радиолокационной астрономии в обсерватории имеется передатчик мощностью 0,5 МВт. Строительство радиотелескопа было начато в 1960 году. Первоначальным назначением телескопа были исследования ионосферы Земли. Автор идеи строительства: профессор Корнельского университета Уильям Гордон. Официальное открытие обсерватории Аресибо состоялось 1 ноября 1963 года.

Выход за пределы оптического диапазона радиоастрономией сразу же поставил вопрос об использовании и других диапазонов электромагнитного излучения. Вообще информацию о космосе мы можем получать двумя путями - через электромагнитное излучение и корпускулярные потоки (потоки элементарных частиц). Были попытки улавливать и гравитационные волны, но пока безуспешно.

Электромагнитное излучение подразделяют на:

радиоволны,

инфракрасное излучение,

световой диапазон,

ультрафиолетовое излучение,

рентгеновское излучение,

гамма-излучение.

Инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучения могут отражаться обычным зеркалом, поэтому используются обычные рефлекторные телескопы, но воспринимается изображение специальными термочувствительными датчиками и датчиками ультрафиолетового излучения.

Иное дело рентгеновское и гамма излучения. Рентгеновские и гамма- телескопы это особые приборы:

Астрономия и космонавтика.

Главной проблемой наблюдательной астрономии является земная атмосфера. Она не полностью прозрачна. Она движется, в том числе за счёт тепла. Часты облака и атмосферные осадки. В атмосфере много пыли, насекомые и пр. Поэтому мечтой астрономов всегда была возможность размещать свои приборы как можно выше. Как можно выше в горы, на самолёты и аэростаты. Но подлинный переворот в этой проблемы произошёл с запуском Советским Союзом искусственного спутника Земли. Едва ли не сразу астрономы и астрофизики бросились использовать представившуюся возможность. Прежде всего запуском космических зондов к Луне, Венере, Марсу и далее, и далее.

Кратко об исследовании Луны советскими учёными изложено на странице посвящённой Луне.

Исследование Солнечной системы при помощи автоматических зондов отдельная тема. Здесь приведём наиболее известные астрономические приборы выведенные на орбиты вокруг Земли.

Хаббл	Гершель	Чандра	WISE	Спектр-Р	Гранат

(источник http://grigam.narod.ru)