Читать онлайн Астрономия в увлекательном изложении и занимательных вопросах бесплатно
Введение
Наука всегда усваивается полнее, когда она
рассматривается в состоянии рождения.
Джеймс Кларк Максвелл
Астрономия
Астрономия – древнейшая из наук и самая молодая. Современные методы исследования Вселенной делают удивительные открытия удивительных и экзотических объектов: чёрные дыры, квазары, сейфертовские галактики и многое другое. Но современные достижения были бы невозможны без истории становления этих открытий. Все современные результаты начинались с измерений угловых расстояний между светилами. В этом пособии представлены элементы истории развития великолепной науки, имеющей свою музу – Уранию. Эти знания являются элементом культура каждого человека.
Астрономические инструменты древности
Древние люди, наблюдая небо, с удивлением обнаружили, что расположение этих небесных огоньков меняется- летом видны одни небесные узоры, зимой – другие. Их исчезновение и появление говорит также о том о том, что с появлением тех или «звездных фигурок» приходит либо теплая погода, либо – наоборот – наступает холодные дни. Первоначально люди наблюдали за звездным небом самым простым прибором – это был ГЛАЗ. Астрономия- наука наблюдательная. Чтобы точно определять, когда и где появятся те или иные звездные фигуры, люди стали искать способы и методы определения высоты светил. Первыми появились угломерные инструменты.
Гномон
Самым древним угломерным инструментом был гномон. Он представлял собой вертикальный столб на горизонтальной площадке. Гномон – это любой предмет, дающий тень. Чем гномон выше, тем длиннее тень, тем точнее измерения. Гномон использовался астрономами Древнего Вавилона, потом его стали использовать в Древней Греции.
Принцип работы гномона
Гномон использовался для определения высоты Солнца над горизонтом, особенно в дни солнцестояний, когда эта высота достигает экстремальных значений. С помощью гномона древние астрономы определяли дни солнцестояний
когда полуденная высота Солнца была наибольшей
или наименьшей
Где
широта места наблюдения.
Несмотря на простоту, гномоном можно было измерять очень важные в астрономии величины: широты и долготы местности. Когда тень от гномона самая короткая – это полдень и тень направлена на север
Определение высоты Солнца с помощью Гномона
Длина тени наименьшая в полдень, её называют Полуденной линией – направление Север- Юг (S – N) . В простейшем варианте Гномон представляет собой вертикальный стержень, отбрасывающий тень на горизонтальную плоскость.
Зная длину гномона L и, измерив длину l отбрасываемой им тени, можно найти угловую высоту h Солнца над горизонтом по современной формуле:
Но главное – измерение провести в дни солнцестояний, когда эта высота достигает экстремальных значений.
Посох Якова
Для измерения углов одним из первых применялся Посох Якова. Он представлял собой две скрещенные линейки с укрепленными на концах стержнями – визирами или ригели. Линейка перемещалась относительно глаза вдоль делений и по ее положению можно было определить высоту светила и угол между направлениями на две звезды.
Астрономический посох для измерения координат использовал Древнегреческий астроном Гиппарх.
Посох Якова
Чтобы измерять углы в разных диапазонах величин, нужно было иметь несколько ригелей разной длины. Самым распространённым случаем были инструменты с тремя ригелями. Посох использовался не только в астрономии, но и в навигации и геодезии. В навигации? посох Якова? используется для определения широты судна и называется поперечным жезлом. В настоящее время он является инструментом для геодезических измерений.
Посох Якова – один из первых инструментов для астрономических наблюдений. Происхождение названия инструмента не известно. Возможно, название произошло от сходства инструмента с Орионом, который на некоторых средневековых звёздных картах именовался Иаковом.
Название поперечный жезл связывают с крестообразной формой инструмента.
Астролябия
Для измерения горизонтальных углов и определения широты астрономы создали один из древнейших астрономических инструментов – астролябию. Астролябия (греч. астролабон, «берущий звезды») сложный угломерный инструмент для определения положения звезд, широты и долготы. Астролябия появилась в Древней Греции. Одной из основных частей этого инструмента являлся барабан, где было нарисовано небо с зодиакальными созвездиями.
Первая женщина астроном Гипатия
В Александрии математик и философ, первая женщина-астроном Гипатия (Hypatia) – (ок. 370 – 415) использовала астролябию и, возможно, усовершенствовала инструмент. За свое учение она была казнена в 415 году н. э. Её ученик, Теон Александрийский, оставил копии заметок по использованию астролябии.
В IX веке астролябия находит широкое использование в странах арабского Востока. Учёные исламского Востока усовершенствовали астролябию для решения практических задач:
* измеряли углы на поверхности Земли,
* продолжительность дня и ночи,
* решали некоторые математические вычисления и
* для астрологических предсказаний
В X веке восточные астролябии попали в Испанию, а потом распространились в странах Западной Европы. Появление астролябии вызвало необходимость изготавливать астролябии в европейских мастерских по собственным расчётам и по собственным проектам для европейских широт.
Астролябия
Но при этом уделялось большое внимание художественной стороне. Поэтому астролябии стали модным и престижным предметом. Они стали предметом коллекционирования при королевских дворах.
Коллекционировать инструменты стало хорошим тоном, модой, поэтому королевские коллекции украшают крупнейшие музеи мира. В позднейшее время астролябия была упрощена, в ней был оставлен только один круг, посредством которого мореплаватели отсчитывали высоту звезд над горизонтом. Круг подвешивался на кольце в вертикальной плоскости, и посредством алидады, снабженной диоптрами, наблюдались звезды, высота которых отсчитывалась на лимбе. Позднее вместо диоптр стали употреблять зрительные трубы, и, постепенно совершенствуясь, она перешла в новый тип инструмента – теодолит, который употребляется во всех тех случаях, когда требуется некоторая точность измерений. Одним из лучших мастеров того времени по изготовлению астролябий был фламандский мастер Гуалтерус Арсениус (1530-1580).
Его астролябии отличались точностью нанесённых проекций, шкал и изяществом форм. Испанский король Филипп II поэтому именно ему заказывал изготовление астролябий. Арсениус выполнял заказы и знатных особ: они служили им для астрологических предсказаний. В эпоху Возрождения (XV – XVI) популярность астролябии достигла пика – она была одним из основных инструментов в астрономическом образовании.
В то время знание астрономии было основой образования и использовании астролябии было престижно и свидетельствовало о высоком образовании. Европейские астролябии изготавливались в Германии. Некоторые из этих приборов дошли до России. В музее Ломоносова в С.-Петербурге хранится астролябия, с которой, возможно, работал знаменитый Кеплер, будучи на службе в качестве астролога у известного германского военачальника Альбрехта Валленштейна. В Европе ко времени открытия телескопа астролябия достигла совершенства и постепенно стала настоящим произведением искусства.
С помощью астролябии производились:
* определение моментов восхода и захода Солнца, т. е. начала и окончания дня, а также моментов восхода звезд, а если имелись эфемериды, то и планет;
* определение широты местности с помощью измерения высоты Солнца в полдень или высот звезд в кульминации; [1]
* чисто земные задачи, например, измерение глубины колодца или высоты земного предмета;
* преобразование между системами координат.
Существует большое разнообразие видов астролябий:
* Универсальная астролябия,
* Линейная,
* Сферическая астролябия,
* Наблюдательная астролябия.
Небесная сфера представлена в этой астролябии в виде сферы с укреплёнными кругами по поверхности сферы.
В длительных путешествиях по суше и по морю астролябия помогала определять координаты и время, порой служила единственным ориентиром.
Сферическая Астролябия, 1480 год. Музей истории науки, Оксфорд
С VIII и до конца XVII, а иногда и XIX века, самым популярным астрономическим инструментом как в Европе, так и на Востоке была планисферная астролябия. Ей посвящены сотни трактатов на арабском, латинском и некоторых других языках; художники изображали её на картинах, а поэты слагали о ней стихи. Астролябию преподносили в дар царям, султанам и прочим высокопоставленным особам.
Сейчас многие музеи мира доступны в режиме онлайн. Самая крупная коллекция астролябий находится в оксфордском Музее науки.
Что даёт нам изучение астролябий и других научных инструментов прошлого?
Например, позволяет оценить роль арабского Востока в мировой науке. Тысячи лет назад люди делали такие вещи, аналоги которых появились только сейчас.
Пример: современный смартфон, снабжённый GPS-навигатором, выполняет далеко не все функции астролябии. Можно добавить ещё такие функции, как минимум, дальномер и теодолит, используемый в современных геодезических работах и в образовании.
Наблюдательная астролябия
Эта астролябия представляет собой комбинацию армиллярной сферы и обычной астролябии, встроенной в кольцо, изображающее меридиан.
Определение широты с помощью астролябии [6]
Армиллярная сфера – астрономический инструмент – далекий родственник 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.
Армиллярная сфера (от лат. Armilla – браслет, кольцо) – древний астрономический инструмент для измерения углов на небесной сфере, состоявший из подвижных колец, изображавших различные круги небесной сферы и важнейшие точки – полюса и ось мира, меридиан и горизонт, небесный экватор и эклиптику Часто армиллы дополнялись малыми кругами – небесными параллелями и другими деталями. Почти все круги были градуированы, и сама сфера могла вращаться вокруг оси мира. Иногда делался подвижным и меридиан – наклон оси мира можно было менять в соответствии с географической широтой места наблюдения. Её изобретение приписывают древнегреческому геометру Эратосфену (III в. до н. э.).
Из всех древних астрономических инструментов армиллы оказались самыми живучими. Эти модели небесной сферы и в настоящее время можно приобрести, и они используются в учебной практике на уроках астрономии.
Наибольшее применение получила морская астролябия. Это устройство, изобретённое португальскими мастерами в начале XV века, представляет собой тарелку – круглая деталь с делениями, которые имели резное углубление. Данный прибор имеет толстый и тяжелый бронзовый корпус. Благодаря своему весу он должен был удерживать вертикальное положение при движении судна. Морские астролябии предназначались для измерения высоты Солнца или звезд над горизонтом. Мореплаватели могли определить широту, на которой находилось их судно, зная расстояние от небесного экватора Солнца, Полярной звезды или какой-либо другой звезды. Такая астролябия находится в коллекции Дома-музея Христофора Колумба на острове Гран-Канария. Этот старинный инструмент, астролябия, сотворённый более двух тысячелетий тому назад, иногда называют самым первым компьютером.
Использовании астролябии в России относятся к 1688 г. Алексей Романчиков был послом в Персии, умел определять широты с помощью астролябии и, возможно, является автором русской карты Каспийского моря.
Изучение астролябии Петром I
Царь Петр I в 16-летнем возрасте овладел измерениями с помощью астролябии, привезённой из Франции Я.Ф. Долгоруковым в 1688 г. Он научился определять географическую широту по высоте Солнца в полдень, о чем сохранилась его собственноручная запись. Для решения такой простейшей задачи достаточно было иметь морскую астролябию, состоящую всего из двух деталей – градуированного круга и визира. Немецкая астролябия, которой пользовался Пётр, до сих пор хранится в Зимнем дворце Петра.
Фрагмент стр. 12 книги «Петр Великий» Б. Караджев, художник И. Вышинский, Перьм «Урал-Пресс» 1992 г. [6]
Изготовлением русских астролябий занималась мастерская при Академии наук. Позже интерес Петра сместился в сторону более полезных в практическом отношении инструментов – геодезических астролябий, которые можно было использовать при земельных съемках, а также подзорных труб и телескопов.
Интересный эпизод, связанный с астрономическим инструментом описан в следующем отрывке: ?В половине двенадцатого в Старгород вошёл молодой. В руке молодой человек держал астролябию. – Кому астролябия? Дёшево продается астролябия! Для делегаций и женотделов скидка. К обеду астролябия была продана слесарю за три рубля, – Сама меряет, – сказал молодой человек, передавая астролябию покупателю, – было бы что мерить.? Кому астролябию? Дешево продается астролябия! Для делегаций и женотделов скидка?
«Астролябия ("Двенадцать стульев")»
Ильф и Петров
Что измеряет астролябия?
Современным потомком астролябии является планисфера – подвижная карта звёздного неба, которая необходима для изучения астрономии.
Планисфера (от лат. planum – плоскость или от греческого-шар)– изображение небесной сферы на плоскости в стереографической проекции. Планисферы употреблялись вплоть до XVII века для определения моментов восхода и захода небесных светил. Обычно представляли собой координатную сетку, нанесённую на металлический диск, около центра которого вращалась алидада, облегчавшая отсчёты.
С введением специальных таблиц планисферы вышли из употребления в качестве научного инструмента, однако сохранили функцию учебной подвижной карты звёздного неба. Подвижная карта звёздного неба позволяет определять условия видимости небесных объектов и планет на разных широтах, явление кульминации небесных объектов, их высоту и координаты, узнать (примерно) какова их светимость. Астролябия использовалась до начала XVIII века, потом её заменили более точные угломерные инструменты: секстанты, квадранты, октанты.
Квадранты и октанты
Успехи мореплавания и эпоха великих географических открытий потребовали нового развития астрономии, так как положение корабля можно было определить только астрономическими средствами. Поэтому особенно популярными стали такие угломерные инструменты, как квадранты и секстанты.
Историческая гравюра Иоганна Гевелия с его квадрантом
Квадрантом называют устройство, которое служит для измерения углов, со шкалой, рассчитанной на 90°.
Квадрант обладал тем преимуществом перед астролябией, что его можно было изготовить значительно больших размеров. Чем крупнее инструмент, чем точнее была его градуировка, тем более точные измерения можно с ним выполнить.
Квадрант, созданный Тихо Браге. Гравюра из книги "Механика обновленной астрономии", изданной в 1598 году.
Благодаря точности этих инструментов были созданы самые подробные астрономические таблицы. В период до изобретения телескопа лучшим астрономом-наблюдателем считали Тихо Браге. В знаменитом стенном квадранте Тихо Браге стена была вырезана по дуге круга, на ребре нанесены деления, по ним перемещалась диоптра, а другая диоптра приходилась в центре круговой дуги. В 16 веке в Европе на острове Вен Тихо Браге создал две обсерватории-? Ураниборг? (? Небесный замок?) и? Стьернеборг? (? Звездный замок?). Эти обсерватории в дотелескопическую эпоху были самыми выдающимися астрономическими обсерваториями. Квадранты и секстанты Ураниборга позволяли выполнять измерения с точностью до угловой минуты: очень большая точность для того времени. Наблюдения, проведенные Тихо Браге, позволили Кеплеру создать законы движения планет. "Большой стенной квадрант» Тихо Браге был не только революционным для того времени прибором, но и настоящим произведением искусства.
Секстант – что означает шестой: получил свое название от того, что снабжен шестой частью круга. Принцип его действия был изобретён и описан Исаакам Ньютоном в 1699 году. Эти инструменты дают точность удовлетворительную для мореходной астрономии. Преимущество этих угломерных инструментов в том, что они могут измерять углы, в любой плоскости и между звездами, между звездой и планетой или Луной – так называемые лунные расстояния. Так как область применения секстанта значительно шире, чем просто определение географических координат, то он очень быстро вытеснил астролябию с пьедестала главного навигационного инструмента.
Секстант обсерватории Улугбека
Во время правления Улугбека – внука Тамерлана, Самарканд превратился в один из восточных центров науки. Под руководством Улугбека была создана уникальная обсерватория. Это была цилиндрическая башня, в которой помещался грандиозный угломерный инструмент – секстант с радиусом 40 м и дугой 60° с квадрантом. С помощью этих инструментов проводились измерения звёздного неба. Инструмент обладал рекордной для того времени точностью – до одной минуты дуги. Там были также солнечные часы.
Морской секстант
Кроме секстантов у мореплавателей был в ходу и такой прибор, как морской мореходной октант, в качестве измерительной шкалы в нем установлена шкала, которая охватывает всего 45 градусов (1/8 часть окружности). Но этого было достаточно, чтобы вести наблюдение за звездами и определять свое местоположение в пространстве. Использование шкалы нониуса позволяет выполнять более точные расчеты.
В XVII в. кроме квадрантов использовался и такой инструмент как меридианный круг. Меридианный круг – астрометрический прибор для измерения экваториальных координат светил: прямого восхождения и склонения. Меридианный круг по своей конструкции аналогичен пассажному инструменту [2], но в отличие от него был дополнительно снабжен разделенным кругом для точных измерений углов в плоскости меридиана. В прошлом этот инструмент являлся наиболее распространенным на астрометрических обсерваториях мира.
Морской секстант Меридианный круг (телескоп для точного определения координат небесных светил).
Т.Л. Эртель, Германия, 1828 г.
Точность измерения на меридианном круге – около 0,2". Меридианные круги использовались также для определения времени. Меридианный круг изобретён в конце 17 века О. Рёмером. Теория руга. разработана Т. Майером (18 в.) и Ф. Бесселем (19 в.). Преимущества Меридианного круга по сравнению с другими астрономическими инструментами обусловили его широкое распространение в 19 в.
В 20 в. этот астрономический инструмент является основным инструментом для точного определения экваториальных координат небесных светил. Современный Меридианный круг имеет астрономическую зрительную трубу. Для регистрации моментов прохождения через меридиан небесных светил, необходимых при определении прямых восхождений, окулярная часть трубы круга снабжается регистрирующим микрометром.
Меридианный круг помещается в специальном павильоне, обе половины которого, раздвигаясь, образуют широкую щель вдоль меридиана для наблюдений. К установке круга предъявляются требования максимальной устойчивости и минимального воздействия температурных изменений.
Задание – часть I
Задачи:
1. Какой древний астрономический инструмент можно назвать «компьютером средневековья»?
2. На рисунке изображен угломерный прибор, которым пользовался Тихо Браге. Это:
А. Нивелир;
Б. Сектант;
В. Теодолит;
Г. Гномон;
Д. Телескоп.
3. Дуга секстанта содержит только 60°. Как с его помощью измеряют высоты светил, большие 60°?
4. Найти широту местности, если полуночное Солнце наблюдалось на высоте 4 градуса 11 угловых минут, а его склонение было.
5. «Да и с секстантом дело идет не шибко (ночью на морозе) … мучились и, подсвечивая фонариком, всматривались в шкалу, считая градусы, минуты, секунды». Что здесь вызывает возражение?
6. Использовалась ли астролябия в России?
7. Как называется самый древний астрономический прибор?
А. Гномон;
Б. Астрономический посох;
В. Секстант;
Г. Астролябия.
8. В каком городе находился секстант обсерватории Улугбека?
9. Среди исторических персонажей, первой женщиной, вставшей в науке вровень с мужчинами, одна из самых романтических фигур в науке была первая женщина-Астроном…?
10. Какой инструмент использовал Клавдий Птолемей для наблюдения положений звёзд и планет?
11. Какое значение имели высокоточные наблюдения Тихо Браге, проведённые им на обсерваториях? Ураниборг и Стьернеборг
12. Назовите первые в Европе сооружением, предназначенным специально для астрономических наблюдений и их месторасположение.
13. Почему древние греки, ориентируясь по звёздному небу, основной осью считали восток – запад, а не север – юг, как наши современники?
14. Как определить географическую широту местности из астрономических наблюдений?
Закрепление:
Загадочная диаграмма
Прочитайте название древнего астрономического инструмента, читая буквы через одну. Начало от двух пустых кружочков.
2. НЕБЕСНЫЙ АЛФАВИТ: от А до О
А Астрономический инструмент – компьютером средневековья.
Б Название крупнейшего астрономического инструмента обсерватории Тихо Браге.
В Остров, на котором Тихо Браге построил обсерваторию честь музы астрономии Урании.
Г Первая женщина- астроном.
Д Часть дуги экватора, заключенная между начальным меридианом и меридианом заданной точки.
Ж Инструмент, используемый в навигации для определения широты судна.
З Браге назвал свою обсерваторию …?
И В половине двенадцатого в Старгород вошёл молодой. В руке молодой человек держал астролябию. – Кому астролябия? Дёшево продается астролябия! ?– из произведения ?Двенадцать стульев? – авторов…?
К Музей М. В. Ломоносова, в котором хранятся астролябии.
Л Небесное тело- одно из естественных единиц счёта времени.
М Инструмент для определения координат и для службы времени.
Н Специальная шкала угломерного инструмента, позволяющая повысить точность измерений.
О Астрономический инструмент, которым пользовались старинные мореходы.
3. Расшифруйте кроссворд
В выделенной горизонтальной строке, после подстановки всех обозначений, получится название одного из первых астрономических инструментов, называемого «первым компьютером древности».
1. Один из лучших мастеров – создателей древнейшего астрономического инструмента- компьютера древности.
2. Угломерный инструмент обсерватории Улугбека.
3. Первая женщина – астроном.
4. Знаменитый стенной инструмент известного астронома Тихо Браге.
5. Зодиакальное созвездие.
6. Один из первых астрономических инструментов древности.
7. Название данного астрономического инструмента.
8. В навигации он называется «поперечным жезлом» – это посох….
9. Название обсерватории, где находился большой квадрант Тихо Браге.
10. Основной инструмент греческих астрономов.
11. Какую характеристику измеряли клепсидры.
Гномон-солнечные часы
«Берегите время – это ткань, из которой сделана жизнь!»
Вся жизнь человека связана со временем, поэтому еще в глубокой древности возникла необходимость измерять время. Что такое «время»? Во все времена на этот вопрос отвечали по-разному. Для Платона время – божественная вечность, разделённая небесными телами на дни, месяцы, годы.
Первым временным ритмом, который заметил первобытный человек, это было смена дня и ночи, смена времен года. Постепенно возникла необходимость в измерении небольших промежутков времени – долей суток. Для простых измерений необходим был инструмент и первоначально это был обычный гномон, который одновременно являлся и компасом, потому что полуденная линия тени показывала на север. Самая короткая тень гномона позволяла определить полдень. До и после этого момента тени были длиннее, поэтому по их длине можно было судить о времени суток.
На любой современной обсерватории есть точные часы. На древних обсерваториях также были простейшие часы. Первыми часами были солнечные часы. До XVII века для измерения времени широко использовались солнечные часы. Солнечные часы были разнообразны как по конструкции, так и по размерам. Например, в обсерватории Улугбека действовали солнечные часы высотой около 50 м. Вокруг гномона ставили точки на восход и заход Солнца в дни, когда Солнце всходит в той же точке повторно (весной и осенью). Это были первые календари, которые еще в каменный век довольно точно определяли продолжительность года (360 -365 дней). Самыми распространенными солнечными часами были часы с полярным гномоном.
В часах такого типа гномон располагается параллельно оси вращения Земли и ориентирован в направлении Полярной звезды (созвездия Малой Медведицы), расположенную около Северного полюса. Угол наклона гномона равен широте места расположения солнечных часов, соответственно на полюсах гномон будет располагаться вертикально, а на экваторе горизонтально. Данные солнечные часы часто еще называют парковыми. Их можно расположить на любой ровной поверхности загородного участка или парка, не затененного деревьями или другими строениями. Постепенно они превратились в декоративные украшения. Более двух тысячелетий солнечные часы украшали площади древних и средневековых городов. Солнечные часы устанавливались на фасадах зданий. Сохранились великолепные памятки архитектуры со старинными солнечными часами. Лучше всего, когда фасад здания располагается на Юг. В солнечных часах использовался постоянный периодический процесс вращения Земли.
Но такие часы хорошо работают лишь в солнечную погоду. В пасмурную погоду и ночью солнечные часы бездействуют. Поэтому наряду с солнечными часами в древности использовались часы, которые работали в любую погоду и в любое время суток. Это были песочные и водяные часы, использовавшие жителями еще Вавилона и Египта. Песочные часы на кораблях назывались склянками.
В песочных часах песок пересыпается из одного стеклянного резервуара в другой. До сих пор еще, например, в медицинской практике используются песочные часы, рассчитанные на 10, 15, 20 мин. Когда весь песок перельется вниз, достаточно перевернуть часы, и они снова "пойдут".
Древние измерители времени.
Так же действуют и водяные часы – клепсидры. В клепсидрах вода переливается из одного сосуда в другой. Клепсидры, как и солнечные они были разных размеров и конструкций. Некоторые из них рассчитывались на небольшие промежутки времени – 15-20 мин. Название часов происходит от сочетания двух греческих слов klepto – «красть, скрывать, брать» и «idor» – вода. Их название в переводе с древнегреческого означает «крадущая воду». В примитивном виде водяные часы были известны уже египтянам, у которых сохранились, вероятно, самые старые водяные часы в мире. Эти необычные часы стали причиной возникновения выражения «время истекло». Водяные часы, которыми пользовались на Руси, назывались «гидрологий». Они пришли к нам вместе с христианством и использовались в церковных обрядах. Первый на Земле будильник тоже был водяным. Считается, что его изобрёл древнегреческий философ Платон, чтобы созывать на занятия своих учеников. Прибор состоял из двух сосудов; в верхний наливалась вода, которая понемногу стекала в нижний, вытесняя оттуда воздух. И этот воздух, по задумке хитроумного Платона, по трубке устремлялся к флейте, и та начинала голосить. Достаточно громко, чтобы даже разбудить спящего. Скрытый механизм имел циферблат, показывающий время: периодически изнутри на металлическую решетку со звоном, падал шар. В полдень открывались ворота и выезжали рыцари. Вплоть до 17 века клепсидры широко применялись во всех сферах жизни.
Ньютон проявлял интерес к усовершенствованию конструкции часов. Галилей использовал их, изучая законы падения тел.
Преимущества водяных часов по сравнению с солнечными часами:
– Доведенные до совершенства выверенные конструкции сообщающихся сосудов.
– Удобства в пользовании в любое время суток.
– Определение более точного времени.
Недостатки:
– Древние клепсидры отсчитывали сравнительно большие промежутки времени.
– Римляне не контролировали минуты и секунды.
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ:
– Водяные часы широко использовались и культурами Дальнего Востока. Именно водяными часами были первые китайские и индийские часы. На родине чая, в Индии, водяные часы носили красивое название «яла-янтра».
– Выражения, в которых время сравнивают с текущей водой: «сколько воды утекло», «ваше время истекло», «годы текут» и т. д. – это отголоски нашей исторической памяти.
Так как клепсидра могла показать, сколько времени прошло с конкретного момента, то она использовалась только в определенных областях. В суде клепсидры отмеряли время речи ораторов, а городская стража ориентировалась по водяным часам, когда пришел момент смены караула. Так как часы работали самостоятельно вне зависимости от каких-либо астрономических явлений, было удобно пользоваться ими ночью, когда не было возможности определять время по солнечным часам. В настоящее время клепсидра используется как элемент шоу во французской телеигре Форт Боярд. Часы, с подкрашенной синим цветом водой, применяются для измерения времени прохождения испытаний участниками конкурса. После команды о старте испытания, ведущий переворачивает водяные часы, которые и замеряют время, отводимое на выполнение задания.
Водяные часы производят и сегодня: Американская компания Bedol разработала часы Water-Powered
В попытках изобрести экологические чистые способы для получения энергии компания США – Bedol скоро запустит в массовое производство часы, которые работают на водной основе. Для их работы достаточно всего нескольких капель соленой воды, вливаемой в специальное отверстие. Точность их хода гарантирована в течение 10 лет. «Water-powered Clock Charcoal» работают на основе внутренней энергии с помощью заряженной воды. Механизм работает следующим образом: в момент взбалтывания воды, находящейся в часах, ее молекулы приходят во взаимодействие, тем самым ионизируются, после чего становятся источником небольшого ИСТОЧНИКА тока. Благодаря этому процессу обеспечивается питание электронного механизма на короткое время. Разработчики мотивировали свое изобретение положительным влиянием на окружающую среду. Суть проста – в мире производится и уничтожается огромное количество батарей, что приносит ущерб среде обитания. В странах Европейского союза и Америке усиливается и приобретает популярность движение по защите экологии. По этой причине, производители считают, что их продукт со значком «Eco-Friendly», будет иметь ошеломительный успех у сознательных граждан.
Древние наблюдатели разных стран использовали также огненные часы: в них фитиль сгорал за определённое время.
Китайские фитильные часы
В качестве так называемых "огненных" часов использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени. Они удовлетворительно показывали время, а ночью еще и освещали жилища.
Часы свеча
Свечи, применявшиеся для этой цели, были длинной около метра. Отсюда происходит и обычай измерять длину ночи количеством сгоревших за ночь свечей. Обычно за ночь выгорали три таких свечи, а зимой – больше. К боковым сторонам свечи иногда прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией о том, сколько времени прошло. Особенно популярны часы-свеча были в церквях и монастырях. Для сигнализации времени на палочки наносились участки, издающие другой запах при горении. Подобные часы используются и сейчас, например, при проведении чайных церемоний. Огненные часы имели большое распространение в древности с применением масла. В глиняную лампу наливалось такое количество масла, чтобы его хватало на определенное время горения светильника. Например, рудокопы в свои лампы наливали столько масла, которое хватало бы на 10 часов. Когда масло было на исходе, они знали, что рабочий день кончается, и поднимались наверх.
Механические часы
Водяные часы использовались в разных странах и их старались сделать более удобными и более точными. До нас дошла информация о греческом механике по имени Ктесибий Александрийский, жившем за 150 лет до новой эры. В клепсидрах Ктесибий использовал зубчатые передачи, теоретические разработки которых были выполнены еще Аристотелем. Это привело к созданию механических часов. История создания первых механических часов датируется 725 годом нашей эры и связана с Китаем. Но ещё во II-м веке до нашей эры в Древней Греции был создан механизм, который позволял отслеживать положения небесных тел. Этот механизм состоял из 30 шестеренок, помещенных в корпус, на лицевой и тыльной сторонах его размещались циферблаты со стрелками. Этот древнейший механический календарь можно назвать прототипом первых механических часов. Механические часы появились практически одновременно и независимо друг от друга в разных странах и устанавливались на башнях. Первые башенные часы в Европе появились в XIV веке. Английское слово clock, латинское – clocca и ряд сходных слов в других европейских языках, первоначально имели значение не «часы», а «колокол» (весьма сходно и по звучанию в русском языке: колокол – clocca – clock). Это объясняется тем, что первые башенные часы не имели ни циферблата, ни стрелок. Они не показывали время, а производили сигналы боем в колокол. Поэтому первые такие часы находились на монастырских башнях и сообщали монахам о наступлении времени работ или молитвы. Наглядным свидетельством существования в XIV веке традиции, берущей начало от монастырских часов, являются башенные часы в Англии и Франции – с боем, но без циферблата. Первые механические часы с циферблатом и стрелкой (пока одной) появились в Европе в XV веке. Вращалась в них не стрелка, а циферблат. Циферблат был разделен по традиции на 6, 12 и 24 деления. Единственная стрелка располагалась вертикально.
Башенные часы, изобретенные и построенные в XIV – XV веках, назывались астрономическими часами. Такие часы были построены в Норидже, Страсбурге, Париже, Праге. Башенные астрономические часы являлись гордостью города. Кафедральный собор, находящийся во французском городе Страсбурге один из самых старых в Европе. Башенные часы на нем появились в 1354 году. Высота часов достигает 12 метров, а диаметр годового календарного колеса – 3 метра. Каждый полдень, вместо стандартного звона, часы показывали целый спектакль: под кукареканье петуха выходили караульные и молились три волхва. Часы показывали не только время, но текущий год. Они отображали даты основных церковных праздников в предстоящем году. Перед часами была сооружена астролябия, которая показывала движение Луны, Солнца и звезд. В определенное время на специальных гонгах исполнялся торжественный гимн. Часы неоднократно впоследствии реконструировались. После Великой Французской революции (1789 – 1794) перед ними появился большой глобус, демонстрирующий расположение более 5 000 звезд Галактики в небе над городом. Часы Биг Бен считаются самыми большими в мире четырехсторонними часами с боем. (Биг-Бен – название 13-тонного колокола, который звонит внутри). Часовая башня Биг Бен была возведена в 1288 году в Вестминстере в Лондоне, но были запущены в действие через год после постройки самой башни.
