Heliostaatti

Heliostaatti  on laite, joka voi kääntää peiliä siten, että se ohjaa auringonsäteet jatkuvasti yhteen suuntaan, huolimatta Auringon näennäisestä päivittäisestä liikkeestä. Heliostaatteja on käytetty aurinkoteleskoopeissa, mutta ne on korvattu yksinkertaisemmalla coelotella .

Parannettua laitetta, jota käytettiin auringon lisäksi muiden taivaankappaleiden tarkkailuun, kutsuttiin siderostaatiksi ( lat.  sideris  - genitiivinen tapaus lat.  sidus  - "taivaankappale, tähti" ja muita kreikkalaisia ​​στατός  - "seisovia, liikkumattomia"). Yksinkertaisimpia siderostaateja käytettiin jo 1600-luvulla. Kellomekanismia on käytetty peilin pyörittämiseen 1700-luvulta lähtien. [yksi]

Kuinka se toimii

Monissa aikaisemmissa optiikkakokeissa oli välttämätöntä ohjata peilistä heijastunut auringonvalonsäde sarjan instrumenttien läpi, jotka oli sijoitettu huolellisesti peräkkäin vaakasuoralle pöydälle tai penkille. Mutta Auringolla on näennäinen jatkuva liike, joka kuvaa sen näkyvän päivittäisen kierroksensa aikana maailman akselin ympäri PP' (katso kuva 1) yhtä taivaanpallon pienistä ympyröistä .

Kevät- ja syyspäiväntasauspäivinä tämä ympyrä osuu yhteen taivaan päiväntasaajan BB' kanssa, minkä seurauksena säteen kuvaama kartio muuttuu tasoksi. Päinvastoin, kesällä ja talvella, päivänseisauksen aikaan , nämä ympyrät AA' ja CC' ovat pienimmät ja säteiden kuvaamat kartiot ovat terävimmät. Tällaisen auringonsäteen liikkeen mukaisesti tämän valaisimen päivittäisen liikkeen aikana järjestettiin "heliostaatteja" - laitteita, joissa kellokoneisto pyörittää peiliä siten, että siitä heijastuva säde säilyttää alkuperäisen suuntansa pitkään. .

Heliostaatin historia ja lajikkeet

Ensimmäisen heliostaatin rakensi Poggendorfin mukaan 1600-luvun puolivälissä Firenzen akatemian "del Cimento" Borelli jäsen tämän akatemian valonnopeuskokeiden yhteydessä .

Teoriassa yksinkertaisimman heliostaatin järjesti Fahrenheit 1700-luvun ensimmäisellä neljänneksellä. Siinä kellomekanismi käänsi peilin akselin ympäri, joka oli asetettu yhdensuuntaiseksi maailman akselin kanssa, nopeudella yksi kierros päivässä . Jos peili on niin kallistettu pyörimisakseliin, että auringonsäde heijastuu samansuuntaisesti tämän akselin kanssa, kun heliostaatti on liikkeessä, niin on selvää, että koko päivän tämä heijastuneen säteen suunta pysyy muuttumattomana, vaikka muina päivinä, kun auringon deklinaatio muuttuu merkittävästi, tarvitaan jo erilainen peilin kaltevuuskulma akseliin nähden. Tämä heliostaatti osoittautui epämukavaksi, koska alhaalta ylöspäin suunnattu säde maailman akselia pitkin jouduttiin saattamaan vaakasuoraan toisen heijastuksen avulla, johon liittyi uusi valohäviö. Fraunhofer paransi Fahrenheit-heliostaatin suunnittelua , ja vuoden 1860 tienoilla Monkgoven järjesti suuren heliostaattinsa valokuvien suurennoksia varten samalla periaatteella, ja hän sijoitti instrumenttinsa vinoon toissijaisen heijastuksen välttämiseksi.

Toiseksi laitteen yksinkertaisuuden kannalta tulisi pitää Litrovin heliostaattia (elokuu, Hartnack), jossa peilin taso on yhdensuuntainen maailman akselin kanssa ja pyöriminen tapahtuu saman akselin ympäri puolen kierroksen nopeudella. 24 tunnin ajalta. Päiväntasauspäivinä, kun aurinko liikkuu päiväntasaajaa pitkin, heliostaattipeiliin tuleva säde ja tämän peilin tasoon nähden kohtisuorassa osumispisteessä ovat molemmat päiväntasaajan tason sisällä, joten heijastunut säde säde pysyy samassa tasossa. Kun asennat laitetta, voit kääntää peilin niin, että heijastuva säde muuttuu vaakasuoraksi; mutta tässä tapauksessa se suunnataan kohti lännen pistettä tai kohti itäpistettä, koska tätä linjaa pitkin horisontti leikkaa päiväntasaajan tason. Heijastunut säde ei muuta suuntaaan vuorokausiliikkeen aikana, jos peili pyörii samaan suuntaan kuin aurinko, mutta puolet nopeudesta. Kun peili MM on käännetty kulmaan NON` , (katso kuva 2) , heijastuskulma RON pienenee NON` ; tulokulman SON` on pienennettävä saman verran, jotta heijastuva säde säilyttää saman suunnan TAI , joten SOS=2NON` .

Muina päivinä Aurinko kuvaa pieniä ympyröitä taivaanpallolla, ja tuleva säde jää kartion pinnalle, jonka pohjassa on yksi näistä ympyröistä ja jonka huippu on taivaanpallon keskellä. Kiinteästä peilistä, joka on yhdensuuntainen maailman akselin kanssa, heijastuva säde kuvaa täsmälleen samaa kartiota, mutta sijaitsee symmetrisesti päiväntasaajan toisella puolella. Joten päivänseisauksen päivänä tämä heijastuva säde kuvaa kartiota, jota tuleva säde kuvaa talvipäivänseisauksen aikana ja päinvastoin. Jokaiselle päivälle on kaksi suuntaa, joissa heijastunut säde on vaakasuora; ne suunnataan auringonlaskun ja auringonnousun kohtiin niin kaukana talvipäivänseisauksesta kuin havaintopäivä on kesästä. Ja tässä heijastuneen säteen suunta on vakio, jos peili pyörii tasaisesti puolen kierroksen nopeudella 24 tuntia; tämä voidaan todistaa säteen reitin täydellisen symmetrian perusteella päiväntasaajan tason suhteen. Ilmeisesti Litrovin heliostaatti on myös melko hankala, koska vaakasäteen suuntaa ei voi mielivaltaisesti valita; toisaalta sen mekanismia ei ole vaikea suorittaa hyvin ja se voi antaa erittäin sujuvan liikkeen.

Monista heliostaateista, jotka mahdollistavat auringonvalonsäteen heijastuvan mihin tahansa vaakasuoraan tai kaltevaan suuntaan, vain Silberman- ja Foucault -laitteet osoittautuivat käytännöllisiksi . Kun heijastuneen säteen suunta on annettu, riittää, että suunnataan kohtisuora peilin tasoon nähden niin, että se jakaa jatkuvasti tämän suunnan ja tulevan säteen välisen kulman, jolloin heliostaatin ongelma ratkeaa. Mutta koska rombin lävistäjä jakaa kulmat, joiden läpi se piirretään, sivujen millä tahansa kaltevuudella, tätä voidaan käyttää heliostaatissa, kuten Zilberman teki. Hänen laitteensa peili tt (katso kuva 3) on integraalinen lävistäjän μf kanssa, joka on normaalissa nivelletyn nelikulmion αμef tasoon nähden , jonka sivu αμ on suunnattu yhdensuuntaisesti tulevan säteen soc kanssa ja sivu μe  on suunnattu yhdensuuntaisesti heijastuneen oR :n kanssa. .

Laatikoon H sijoitettu kellomekanismi pyörittää koko kaaria cs akselin F ympäri , yhdensuuntaisesti pallon akselin kanssa, ja peiliä tukevat kehykset pyörivät akselien Co ja tai ympäri ; siksi normaali ON peiliin itsessään pysyy aina molempien säteiden tasossa ja liike jatkuu vapaasti koko päivän auringonnoususta auringonlaskuun. Kaaren avulla asetetaan akselin kallistus havaintopaikan leveysasteen mukaan , sitten ruuvataan cs ruuvilla D siten, että osoitin on havaintokuukautta ja -päivää osoittavalla jaolla ja Tämän kaaren toisella pinnalla nonierissa näkyy vastaava auringon deklinaatiokulma. Sitten jää vielä asettaa räjähdyskellon nuoli todelliseen havaintoaikaan, käynnistää mekanismi ja kiertää koko laitetta pohjansa pystyakselin ympäri, kunnes tähtäinreiän s läpi kulkeva säde putoaa levyn p keskelle . . Voit ohjata heijastuneen säteen haluttuun paikkaan liikuttamalla kaaria rr' ja kääntämällä sen tasoa maailmanakselin ympäri ruuveilla A ja E. Zilberman-heliostaatin osien riittämätön lujuus, jotka riippuvat osittain kellon pääakselilla, ja ohjausneliön pienet mitat eivät salli suuren peilin sijoittamista ja häiritsevät täydellistä oikeaa liikettä. Foucault-heliostaatissa (katso kuva 4) peili lepää erityisen vahvan jalustan päällä ja siksi sen voi ottaa minkä kokoisena tahansa.

Laatikon B kellomekanismi pyörii akselin ympäri, joka on asetettu yhdensuuntaiseksi maailman akselin kanssa, sauva AOC , joka voidaan suunnata yhdensuuntaisesti auringonsäteiden kanssa kaarella f , kellotaulu ja tähtäin, järjestetty kuten Silbermann heliostaatissa: itse peili on varustettu "häntä" EC :llä , joka on suunnattu normaalisti tasoonsa . Tämä häntä on sellainen, jossa on ympyrä, joka pyörii vaaka-akselin ympäri haarukkaan nähden, joka puolestaan ​​pyörii vapaasti pystyakselin H ympäri. Siten peili voi pyöriä pisteen E ympäri kaikkiin suuntiin; lisäksi se pyörii omassa tasossaan suhteessa ympyrään ja häntään. Kaaren f keskipisteen O tulee sijaita samalla pystysuoralla linjalla kuin ympyrän KL keskipiste ja pituuden OE on oltava täsmälleen yhtä suuri kuin etäisyys OS . Tässä tapauksessa ECE-kolmio pysyy tasakylkisenä koko kellokoneen liikkeen ajan ja kaikissa mahdollisissa peilin kannan asemissa ympyrällä KL ; siksi tulokulma SEN pysyy yhtä suurena kuin heijastuskulma NER ja heijastunut säde ER ei muuta alkuperäistä sijaintiaan. SOA - sauvan päätä A ympäröivän ja peiliin kiinnitetyn rakolevyn tarkoituksena on suunnata jälkimmäisen suurin pituus yhdensuuntaisesti säteiden heijastustason kanssa heijastuneen valonsäteen riittävän leveyden ylläpitämiseksi. Pietarin leveysasteella molemmat yllä kuvatut heliostaatit toimivat tyydyttävästi vain kesäisin; mutta talvella aurinko nousee niin vähän horisontin yläpuolelle, että niiden mekanismeja joko ei saada ollenkaan oikeaan asentoonsa tai ne alkavat toimia väärin, koska niveljärjestelmissä väistämätön rako nivelissä ja liukupisteissä vaikuttaa eniten. osien sijainnista, kun näiden jälkimmäisten suunnat leikkaavat pienissä kulmissa. Mekanismia, joka pitää valaisimen säteen vakiosuunnassa, voidaan käyttää myös tämän valaisimen tarkkailuun tähtitieteilijöiden käyttämien itseliikkuvien teleskooppilaitteistojen sijaan. Fizeau ja Foucault , Lossed ja Mongoven otettiin käyttöön eri aikoina tällaista siderostaatiksi kutsuttua laitetta, mutta melko epäonnistuneesti . Foucault'n työn ansiosta on löydetty menetelmiä täysin säännöllisten lasipeilien saamiseksi, jotka on hopeoitu ulkopinnalta ja jotka eivät vääristä heijastuvaa kuvaa peilin ollessa levossa; mutta kellokoneen liikkeen aiheuttama vapina pilaa koko asian. Myöskään tavallisen kellokoneen korvaaminen tasaisesti jaksoittaista liikettä antavalla heliostaatissa käytetyllä mekanismilla, jossa on Foucault-säädin tasaisen ja tasaisen liikkeen takaamiseksi, ei auttanut paljon. Paras siderostaatti oli Tollonin Gauthierin valmistama kädessä pidettävä heliostaatti, jossa tarkkailija itse laittoi suuren säännöllisen peilin liikkeelle pysty- ja vaaka-akselin ympäri loputtomien ruuvien ja narujen avulla.

Katso myös

• aurinkokeskitin
• celostat

Muistiinpanot

1. ↑ Siderostat // Great Soviet Encyclopedia (kolmas painos)

Linkit

• Heliostat // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 osana (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen Suuri Neuvostoliitto (1 painos) Brockhaus ja Efron Pieni Brockhaus ja Efron Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4619414-9