Меридианный круг

редактировать
Транзитный круг Грумбриджа 1806 г.

Меридиан круг представляет собой инструмент для синхронизации прохождения звезд через местный меридиан, событие, известное как кульминации, в то же время при измерении их углового расстояния от надира. Это телескопы специального назначения, установленные таким образом, чтобы можно было указывать только на меридиан, большой круг через северную точку горизонта, северный небесный полюс, зенит, южную точку горизонта, южный небесный полюс и надир.. Телескопы Meridian полагаются на вращение неба, чтобы помещать объекты в их поле зрения, и устанавливаются на фиксированной горизонтальной оси восток-запад.

Подобный транзитный инструмент, транзитный круг или транзитный телескоп аналогичным образом устанавливается на горизонтальной оси, но не требуется фиксировать ось в направлении восток-запад. Например, геодезический теодолит может функционировать как транзитный инструмент, если его телескоп может совершать полный оборот вокруг горизонтальной оси. Этими названиями часто называют меридианные круги, хотя они менее конкретны.

На протяжении многих лет время прохождения было самым точным методом измерения положения небесных тел, и для выполнения этой кропотливой работы полагались на меридианные инструменты. До появления спектроскопии, фотографии и совершенствования отражающих телескопов измерение положения (а также определение орбит и астрономических констант ) было основной работой обсерваторий.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Важность
  • 2 Базовый инструмент
    • 2.1 Конструкция
    • 2.2 Эксплуатация
    • 2.3 Регулировка
  • 3 телескопа Зенит
  • 4 История
    • 4.1 Обзор
    • 4.2 Древность
    • 4,3 17 века
    • 4,4 18 века
    • 4.5 19 век
    • 4.6 20-го века и далее
  • 5 примеров
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Дальнейшее чтение
  • 9 Внешние ссылки

Важность

Меридианный круг Кунсткамеры Санкт-Петербурга, построенный Т.Л. Эртелем, Германия, 1828 г.

Установка телескопа для движения только по меридиану дает преимущества в высокоточной работе, для которой используются эти инструменты:

  • Очень простой монтаж легче производить и поддерживать с высокой точностью.
  • В большинстве мест на Земле меридиан - единственная плоскость, в которой небесные координаты могут быть индексированы напрямую с помощью такой простой установки; экваториальной системы координат Выравнивает естественно с меридианом во все времена. Вращение телескопа вокруг его оси перемещает его прямо по склонению, а объекты перемещаются через его поле зрения по прямому восхождению.
  • Все объекты в небе подвержены искажению атмосферной рефракции, из-за чего объекты кажутся немного выше в небе, чем они есть на самом деле. На меридиане это искажение происходит только по склонению, и его легко объяснить; в другом месте неба рефракция вызывает сложное искажение координат, которое труднее уменьшить. Такой сложный анализ не способствует высокой точности.

Базовый инструмент

Меридианный круг в обсерватории Каффнера, Вена, Австрия, построенный Repsold amp; Sons, Гамбург, 1886 год. Обратите внимание на противовесы, короткие зеленые цилиндрические объекты на внешней верхней части механизма и четыре длинных тонких микроскопа для считывания показаний. круги.

Здесь описывается современное состояние меридианных инструментов конца 19-го и начала 20-го века, что дает некоторое представление о точных методах их изготовления, эксплуатации и настройки.

Строительство

Самый ранний транзитный телескоп располагался не посередине оси, а ближе к одному концу, чтобы предотвратить изгиб оси под весом телескопа. Позже его обычно помещали в центр оси, которая состояла из цельного куска латуни или пушечного металла с точеными цилиндрическими стальными стержнями на каждом конце. Некоторые инструменты были полностью изготовлены из стали, которая была намного более жесткой, чем латунь. Шарниры опирались на V-образные подшипники, установленные в массивные каменные или кирпичные опоры, поддерживающие инструмент, или прикрепленные к металлическим каркасам на вершинах опор. Температура прибора и местная атмосфера контролировались термометрами. Опоры обычно отделялись от фундамента здания, чтобы предотвратить передачу вибрации от здания на телескоп. Чтобы освободить оси от веса инструмента, который мог бы исказить их форму и вызвать быстрый износ, каждый конец оси поддерживался крюком или вилкой с фрикционными роликами, подвешенными к рычагу, поддерживаемому опорой, уравновешенным таким образом, чтобы чтобы оставить лишь небольшую часть веса на прецизионных V-образных подшипниках. В некоторых случаях противовес давил на роликовые подшипники снизу. Пеленги были установлены почти по истинной линии восток-запад, но точная регулировка была возможна с помощью горизонтальных и вертикальных винтов. Для контроля наклона оси к горизонту использовался спиртовой уровень. Эксцентриситет (нецентральное состояние) или другие неровности шарниров оси телескопа в некоторых случаях учитывались путем размещения другого телескопа через саму ось. Наблюдая за движением искусственной звезды, расположенной к востоку или западу от центра основного инструмента, и наблюдая через осевой телескоп и небольшой коллимирующий телескоп, когда основной телескоп вращался, форму шарниров и любое колебание ось, может быть определена.

Вид сверху кругового микроскопа; из Нортона (1867 г.).

Рядом с каждым концом оси, прикрепленной к оси и вращающейся вместе с ней, находился круг или колесо для измерения угла телескопа к зениту или горизонту. Обычно диаметром от 1 до 3  футов или более, он был разделен на 2 или 5 угловых минут на серебряной пластинке, вставленной на лицевую сторону круга рядом с окружностью. Эти градуировки считывались с помощью микроскопов, обычно по четыре на каждый круг, установленных на опорах или каркасе, окружающем ось, с интервалами 90 ° вокруг кругов. За счет усреднения четырех показаний эксцентриситет (из-за неточного центрирования кругов) и ошибки градуировки были значительно уменьшены. Каждый микроскоп был снабжен микрометрическим винтом, который перемещал перекрестие, с помощью которого можно было измерить расстояние градуировки круга от центра поля зрения. Барабан винта был разделен для измерения отдельных секунд дуги (оценка 0,1 дюйма), в то время как количество оборотов подсчитывалось с помощью гребенчатой ​​шкалы в поле зрения. Микроскопы получали такое увеличение и размещались на таком расстоянии из круга видно, что один оборот микрометрического винта соответствует 1 угловой минуте (1 ') на окружности. Погрешность иногда определялась путем измерения стандартных интервалов 2' или 5 'на окружности. Периодические погрешности винта учитывались На некоторых инструментах один из кругов был градуирован и читался более грубо, чем другой, и использовался только для поиска целевых звезд.

Телескоп состоял из двух трубок, привинченных к центральному кубу оси. Трубки обычно были коническими и максимально жесткими, чтобы предотвратить изгиб. Соединение с осью было максимально прочным, так как изгиб трубы повлиял на отклонения, полученные из наблюдений. Изгиб в горизонтальном положении трубки определялся двумя коллиматорами - телескопами, размещенными горизонтально в меридиане, к северу и югу от транзитного круга, линзами объектива к нему. Они были направлены друг на друга (через отверстия в трубе телескопа или путем снятия телескопа с его крепления) так, чтобы перекрестия в их фокусах совпадали. Коллиматоры часто постоянно устанавливались в этих положениях, а их объективы и окуляры закреплялись на отдельных опорах. Меридианный телескоп был направлен на один коллиматор, а затем на другой, перемещаясь точно на 180 °, и по кругу была определена величина изгиба (величина, на которую показания отличались от 180 °). Абсолютный изгиб, то есть фиксированный изгиб трубки, был обнаружен путем размещения окуляра и линзы объектива, которые можно было менять местами, и среднее значение двух наблюдений одной и той же звезды не содержало этой ошибки.

Части аппарата, включая круги, шарниры и подшипники, иногда заключали в стеклянные корпуса, чтобы защитить их от пыли. В этих ящиках были отверстия для доступа. Затем считывающие микроскопы вставлялись в стеклянные корпуса, а концы окуляров и микрометры были защищены от пыли съемными шелковыми крышками.

Некоторые инструментальные погрешности можно было усреднить, перевернув телескоп на его установке. Была предусмотрена тележка, которая двигалась по рельсам между опорами и на которой ось, круги и телескоп могли подниматься с помощью винтового домкрата, выкатываться из между опорами, поворачиваться на 180 °, откатываться назад и снова опускаться.

Наблюдательное здание, в котором находится меридианный круг, не имело вращающегося купола, как это часто можно увидеть в обсерваториях. Поскольку телескоп наблюдал только в меридиане, вертикальная щель в северной и южной стенах и поперек крыши между ними была всем, что было необходимо. В здании не было отопления, и в нем по возможности поддерживалась температура наружного воздуха, чтобы избежать воздушных потоков, которые могли бы нарушить обзор в телескоп. В здании также находились часы, регистраторы и другое оборудование для проведения наблюдений.

Операция

В фокальной плоскости окошко телескопа имело ряд вертикальных и один или два горизонтальных провода ( перекрестие ). При наблюдении за звездами телескоп сначала был направлен вниз на резервуар с ртутью, образующий идеально горизонтальное зеркало и отражающий изображение перекрестия назад вверх по трубе телескопа. Перекрестие было отрегулировано до совпадения с их отражением, после чего линия взгляда стала совершенно вертикальной; в этом положении круги считывались надирной точкой.

Затем телескоп подвели к приблизительному склонению целевой звезды, наблюдая за кругом искателя. Инструмент был снабжен зажимным устройством, с помощью которого наблюдатель, после установки приблизительного склонения, мог зажимать ось так, чтобы телескоп не мог перемещаться по склонению, кроме как очень медленно с помощью тонкого винта. Этим медленным движением телескоп настраивался до тех пор, пока звезда не двигалась по горизонтальному проводу (или, если их было две, посередине между ними), с восточной стороны поля зрения на запад. После этого круги были прочитаны в микроскопы для измерения видимой высоты звезды. Разница между этим измерением и точкой надира была расстоянием до самой звезды. Также использовался подвижный горизонтальный трос или наклонный микрометр.

Другой метод наблюдения видимой высоты звезды заключался в том, чтобы взять половину углового расстояния между звездой, наблюдаемой непосредственно, и ее отражением, наблюдаемым в бассейне с ртутью. Среднее значение этих двух показаний было показанием, когда линия взгляда была горизонтальной, то есть горизонтальной точкой круга. Учтена небольшая разница в широте телескопа и бассейна с ртутью.

Вертикальные провода использовались для наблюдения прохождения звезд, каждый провод давал отдельный результат. Время прохождения по среднему проводу оценивалось во время последующего анализа данных для каждого провода путем добавления или вычитания известного интервала между средним проводом и рассматриваемым проводом. Эти известные интервалы были заданы путем отсчета времени прохождения звезды с известным склонением от одного провода к другому, причем полярная звезда является наилучшей из-за ее медленного движения. \ Изначально отсчет времени производился методом "глаза и уха", когда определялся интервал между двумя ударами часов. Позже отсчет времени регистрировался нажатием клавиши, при этом электрический сигнал оставлял отметку на магнитофоне. Еще позже на окошко телескопа обычно устанавливался безличный микрометр - устройство, которое позволяло согласовывать вертикальное движение перекрестия с движением звезды. Установленное точно на движущуюся звезду, перекрестие будет запускать электрическую синхронизацию пересечения меридиана, удаляя личное уравнение наблюдателя из измерения.

Поле проводов могло быть освещено; лампы были размещены на некотором расстоянии от опор, чтобы не нагревать инструмент, и свет проходил через отверстия в опорах и через полую ось к центру, откуда он направлялся в глазок с помощью системы призм..

Чтобы определить абсолютные склонения или полярные расстояния, необходимо было определить ширину обсерватории или расстояние небесного полюса от зенита, наблюдая верхнюю и нижнюю кульминации ряда околополярных звезд. Разница между показаниями круга после наблюдения звезды и показаниями, соответствующими зениту, была зенитным расстоянием звезды, а это плюс холирота - северным полярным расстоянием. Для определения зенитной точки круга телескоп направили вертикально вниз на резервуар с ртутью, поверхность которого образовывала абсолютно горизонтальное зеркало. Наблюдатель увидел горизонтальный провод и его отраженное изображение и, перемещая телескоп, чтобы они совпадали, его оптическая ось была сделана перпендикулярной плоскости горизонта, а круговое считывание составляло 180 ° + зенитная точка.

При наблюдениях звезд учитывалась рефракция, а также ошибки градуировки и изгиба. Если деление звезды на горизонтальном проводе пополам не производилось в центре поля, учитывалась кривизна или отклонение пути звезды от большого круга, а также наклон горизонтального провода к горизонту. Величина этого наклона была найдена путем повторных наблюдений за зенитным расстоянием звезды во время одного прохождения, причем полярная звезда была наиболее подходящей из-за ее медленного движения.

Были предприняты попытки фотографически зафиксировать прохождение звезды. Фотопластинка помещалась в центре транзитного документа и ряд коротких экспозиций сделана, их длина и время регистрации автоматически по часам. Открывающая заслонка представляла собой тонкую стальную полосу, прикрепленную к якорю электромагнита. Таким образом, пластина записывала серию точек или коротких линий, а вертикальные проволоки фотографировали на пластине, пропуская свет через линзу объектива в течение одной или двух секунд.

Корректирование

Меридианный транзитный телескоп Космического и научного центра Шабо в Окленде, Калифорния, построенный Фаутом в 1885 году. Обратите внимание на кресло наблюдателя между опорами и узкое отверстие в стене и крыше для доступа к небу. Поскольку телескоп ведет наблюдение только по меридиану, вращающийся купол не нужен.

Меридианные круги требовали точной регулировки для точной работы.

Ось вращения основного телескопа должна была быть строго горизонтальной. Эту функцию выполнял чувствительный спиртовой уровень, предназначенный для опоры на оси оси. Регулируя один из V-образных подшипников, пузырек центрировался.

Линия визирования телескопа должна быть строго перпендикулярна оси вращения. Это можно было сделать, наведя на удаленный неподвижный объект, подняв телескоп и повернув его назад, а затем снова наведя на объект. Если перекрестие не пересекало объект, линия обзора находилась на полпути между новым положением перекрестия и удаленным объектом; перекрестие было скорректировано соответствующим образом, и процесс повторялся по мере необходимости. Кроме того, если бы было известно, что ось вращения идеально горизонтальна, телескоп можно было бы направить вниз на бассейн с ртутью, и перекрестие засветилось. Ртуть действовала как идеально горизонтальное зеркало, отражая изображение перекрестия вверх по трубе телескопа. Затем перекрестие можно было отрегулировать так, чтобы оно совпадало с их отражением, а линия взгляда была перпендикулярна оси.

Луч зрения телескопа должен быть точно в плоскости меридиана. Это было сделано приблизительно путем строительства опор и опор оси на линии восток-запад. Затем телескоп был переведен на меридиан путем многократного измерения (кажущегося, неправильного) прохождения по верхнему и нижнему меридианам циркумполярной звезды и корректировки одного из пеленгов по горизонтали до тех пор, пока интервал между прохождениями не стал равным. Другой метод использовал вычисленное время пересечения меридианов для определенных звезд, установленное другими обсерваториями. Это была важная корректировка, и было потрачено много усилий на ее совершенствование.

На практике ни одна из этих корректировок не была идеальной. Небольшие ошибки, вызванные несовершенством, были исправлены математически во время анализа данных.

Телескопы зенит

Основная статья: телескоп Зенит

Некоторые телескопы, предназначенные для измерения прохождения звезд, представляют собой зенитные телескопы, предназначенные для направления прямо в зенит или около него для чрезвычайно точного измерения положения звезд. Вместо меридианного круга используется альтазимутальное крепление, снабженное регулировочными винтами. Чрезвычайно чувствительные уровни прикреплены к креплению телескопа для измерения углов, а телескоп имеет окуляр с микрометром.

История

Обзор

Идея иметь инструмент ( квадрант ), зафиксированный в плоскости меридиана, приходила в голову даже древним астрономам и упоминалась Птолемеем, но не была реализована на практике, пока Тихо Браге не построил большой квадрант меридиана.

Меридианные круги использовались с 18 века для точного измерения положения звезд с целью их каталогизации. Это делается путем измерения момента прохождения звездой местного меридиана. Также отмечается его высота над горизонтом. Зная географическую широту и долготу, эти измерения можно использовать для определения прямого восхождения и склонения звезды.

Когда будут доступны хорошие каталоги звезд, транзитный телескоп можно будет использовать в любой точке мира для точного измерения местной долготы и времени, наблюдая время прохождения звезд каталога по местному меридиану. До изобретения атомных часов это был самый надежный источник точного времени.

Античность

В Альмагесте Птолемей описывает меридианный круг, который состоял из фиксированного градуированного внешнего кольца и подвижного внутреннего кольца с выступами, которые использовали тень для определения положения Солнца. Он был установлен вертикально и выровнен по меридиану. Инструмент использовался для измерения высоты Солнца в полдень, чтобы определить путь эклиптики.

17-го века

Первый в мире меридиан круг из Рёмер «s Обсерватория Tusculanum в Дании

Меридианный круг позволял наблюдателю одновременно определять прямое восхождение и склонение, но, похоже, он не слишком широко использовался для прямого восхождения в 17 веке, метод равных высот с помощью переносных квадрантов или измерения углового расстояния между звездами с помощью предпочтение отдается астрономическому секстанту. Эти методы были очень неудобными, и в 1690 году Оле Рёмер изобрел транзитный инструмент.

18-ый век

Транзитный инструмент состоит из горизонтальной оси в восточном и западном направлениях, опирающейся на прочно закрепленные опоры, и с установленным под прямым углом к ​​ней телескопом, свободно вращающимся в плоскости меридиана. В то же время Ремер изобрел высотный и азимутальный прибор для измерения вертикальных и горизонтальных углов, а в 1704 году он объединил вертикальный круг со своим транзитным прибором, чтобы определять обе координаты одновременно.

Эта последняя идея, однако, не была принята где-либо еще, хотя транзитный инструмент вскоре стал универсальным (первый в Гринвиче был установлен в 1721 году), а фреска квадрант продолжала использоваться до конца века для определения склонений. Затем Джесси Рамсден, который также усовершенствовал метод считывания углов с помощью микрометра микроскопа, как описано ниже.

19 век

6-дюймовый транзитный круг Военно- морской обсерватории США, построенный Уорнером и Сваси в 1898 году.

Изготовление кругов вскоре после этого было подхвачено Эдвард Тротон, который построил первый современный транзитный круг в 1806 году для Грумбридж «s обсерватории в Блэкхишь, то Groombridge Transit круг (меридиан транзитного круга). Впоследствии Тротон отказался от этой идеи и разработал круг настенной росписи, чтобы заменить ее квадрант.

В Соединенном Королевстве транзитный инструмент и фреска продолжали оставаться основным инструментом в обсерваториях до середины XIX века, первый транзитный круг был построен там в Гринвиче (установлен в 1850 году). Однако на континенте транзитный круг вытеснил их с 1818–1819 годов, когда два круга Иоганна Георга Репсольда и Георга Фридриха фон Райхенбаха были установлены в Геттингене, а один - Райхенбахом в Кенигсберге. Фирма Repsold and Sons на несколько лет затмила фирму Пистора и Мартинса в Берлине, которые снабдили различные обсерватории первоклассными приборами. После смерти Мартинса Репсольды снова взяли на себя инициативу и сделали много транзитных кругов. Обсерватории Гарвардского колледжа, Кембриджского университета и Эдинбургского университета имели большие круги по Тротону и Симмсу.

Воздушные транзитные круги в Королевской Гринвичской обсерватории (1851 г.) и в Королевской обсерватории на мысе Доброй Надежды (1855 г.) были построены Рэнсомсом и Мэй из Ипсвича. Инструмент Гринвич был оптической и инструментальной работой Тротона и Симмса по проекту Джорджа Бидделла Эйри.

20 век и далее

Транзитный астрометрический сканирующий телескоп Рона Стоуна / Флагстаффа Военно-морской обсерватории США, построенный компанией Farrand Optical Company, 1981 г.

Современный пример телескопа этого типа - 8-дюймовый (~ 0,2 м) астрометрический сканирующий транзитный телескоп Flagstaff (FASTT) в обсерватории USNO Flagstaff Station. Современные меридианные круги обычно автоматизированы. Наблюдатель заменен камерой CCD. По мере того, как небо дрейфует в поле зрения, изображение, созданное в ПЗС-матрице, синхронизируется через (и выходит) из кристалла с одинаковой скоростью. Это позволяет некоторые улучшения:

  • ПЗС-матрица может улавливать свет до тех пор, пока изображение пересекает его, что позволяет достичь более диммерной предельной величины.
  • Данные можно собирать, пока работает телескоп - возможна вся ночь, что позволяет сканировать полосу неба длиной в несколько градусов.
  • Данные можно сравнивать напрямую с любым эталонным объектом, который случайно попадает в область сканирования - обычно это яркий внегалактический объект, такой как квазар, с точно известным положением. Это устраняет необходимость в кропотливой настройке меридианного инструмента, хотя мониторинг склонения, азимута и уровня по-прежнему выполняется с помощью сканеров CCD и лазерных интерферометров.
  • Атмосферное преломление может быть учтено автоматически, путем контроля температуры, давления и точки росы в воздухе в электронном виде.
  • Данные могут быть сохранены и проанализированы по желанию.

Первым автоматизированным инструментом был Carlsberg Automatic Meridian Circle, который был запущен в 1984 году.

Примеры

Смотрите также

использованная литература

Атрибуция:

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2024-01-02 07:46:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте