Вращающаяся небесная сфера
ROTATING CELESTIAL SPHERE

Вращающаяся небесная сфера является астрономическим компьютерно-механическим прибором, моделирующим фактическое суточное и годовое движение, включая восход и закат небесных светил. Она может быть использована как в научно-исследовательских и образовательных целях, так и с целью рекреации. Вращающаяся небесная сфера может послужить в качестве учебного пособия для оснащения астрономических классов общеобразовательных и специализированных школ и университетов.
Прототипом заявляемой вращающейся небесной сферы следует считать известную старинную конструкцию армиллярной сферы - астрономический прибор, употреблявшийся для определения экваториальных или эклиптических координат небесных светил. Ее изобретение приписывают древнегреческому геометру Эратосфену (III в. до н.э.). Впоследствии армиллярная сфера использовалась также как наглядное учебное пособие в качестве модели Небесной Сферы. Именно в таком качестве ее рассматривает Гемин в своем «Введении в явления» (Geminus «Isagoge», ed. Manitius, Leipzig 1898. https://nsu.ru/classics/schole/5/5-2-gemin.pdf). В отличие от прототипа, т.е. от армиллярной сферы, которая оставалась неподвижной, заявляемое изобретение в виде вращающейся небесной сферы является компьютерно-механической подвижной моделью. Армиллярная сфера, вследствие своей неподвижности, не могла быть использована для непрерывного определения действительного относительного местоположения движущихся небесных светил. В отличие от армиллярной сферы, предлагаемая компьютерно-механическая модель вращающейся небесной сферы призвана после задания ее первичной ориентации непрерывно указывать на действительное, постоянно меняющееся положение небесных светил. При этом, движение горизонта относительно самой подвижной небесной сферы вызвано неизменным уровнем жидкости в локальном гравитационном поле Земли. В этом заключается главная особенность предложенного изобретения.
Будем отличать компьютерно-механическую модель вращающейся небесной сферы, от Небесной Сферы (с капитализацией), как известной астрономической концепции. Уточним, что Небесная Сфера - это воображаемая сфера, концентрическая с центром Земли, на которой Звезды центрально «проецируются», а вращающаяся небесная сфера является переносной малой моделью Небесной Сферы. Звезды, наблюдаемые на большой Небесной Сфере, далее проецируются на соответствующие звезды на малой вращающейся небесной сфере, где центр проекции совпадает с центром переносной вращающейся небесной сферы.
Вращающаяся небесная сфера не только обнаруживает Звезды, включая Солнце, определяя их проекции, как соответствующие звезды, включая солнце, когда бы и где бы на Земле вы ни находились, но также определяет наблюдаемый постоянно меняющийся горизонт.
Заявляемая вращающаяся небесная сфера - конструкция, представляющая собой прозрачную совершенную сферу, ровно наполовину заполненную водой или иной жидкостью, выполненную таким образом, что обеспечивается возможность ее вращения. Направленная ось, относительно которой она вращается, проходит с северного на южный полюс.
Заявляемое устройство схематически представлено на Фиг. 1. Устройство состоит из следующих конструктивных элементов: 1 - экватор; 2 - мотор изменения широт; 3 - эклиптика; 4 - стеклопластмасса или иной прозрачный материал; 5 - стойка; 6 - вода или иная жидкость; 7 - мотор суточного вращения. Мотор изменения широт (2) предназначен для первичной установки модели, с заданием ей нужной ориентации, в зависимости от конкретного географического расположения. Мотор суточного вращения (7) способствует соблюдению нужной ориентации в режиме реального времени. При этом, подвижный уровень воды (6), видимый через прозрачный материал (4), непрерывно соответствует уровню горизонта. Маленький диск с угловым размером в половину градуса движется по эклиптике (3), имитируя годовое движение Солнца. Траектория движения по эклиптике пересекает экватор (1) дважды в год, в соответствии с весенним и осенним равноденствием.
Две большие окружности, как и на армиллярной сфере, задают экватор и эклиптику. Наличие этих двух больших окружностей является общим, с прототипом, признаком. Третий большой круг на вращающейся небесной сфере, на который мы можем ссылаться как на горизонт, определяется уровнем воды (6). Это соответствует постоянно меняющемуся наблюдаемому Горизонту Небесной Сферы. Этот признак отсутствует в неподвижном прототипе. В предложенной модели установлен пошаговый двигатель с компьютерным управлением (7), позволяющий вращать сферу на любой угол. При этом направление оси вращения солнца сонаправлено орбитальной оси вращения Земли вокруг Солнца. Вращение небесной сферы вокруг оси вращения с севера на юг, противоположно вращению Земли с юга на север, симулирует суточное движение небесных светил. А вращение вокруг горизонтальной оси симулирует изменения широты наблюдателя.
Фиг. 2 иллюстрирует внешний вид заявляемой полезной модели.
Существенными признаками заявляемого изобретения, обеспечивающими решение поставленной технической задачи, являются следующие:
- признак, общий с прототипом: экватор и эклиптика задаются двумя фиксированными большими окружностями, нанесенными на сферу;
- признак, отличный от прототипа: заполненность прозрачной вращающейся сферы ровно наполовину водой, что позволяет имитировать подвижный горизонт, соответствующий уровню воды.
Солнце может быть моделировано маленьким диском, угловой размер которого половина градуса, движущимся по точно заданной формуле, с вовлечением тригонометрических и обратных им функций, вдоль эклиптики (3). Эти формулы выведены одним из авторов изобретения, но не являются объектом патентования.
Существенно, что вращающаяся небесная сфера формируется геометрической фигурой в виде совершенной сферы. На ней нанесены две фиксированные большие окружности: экватор и эклиптика, выгравированы звезды, с их фиксированным прямым восхождением и склонением, напоминая традиционный прототип небесной сферы. В дополнение к этому, и в отличие от прототипа, т.е. от армиллярной сферы, вращающаяся небесная сфера прозрачна и заполнена ровно наполовину водой (6). Уровень воды задает еще одну большую, уже подвижную в локальном гравитационном поле, окружность: непрерывно меняющийся горизонт. Эта уникальная особенность вращающейся небесной сферы не могла быть воплощена в неподвижном прототипе.
Вращающаяся небесная сфера устанавливается на оси, направленной с севера на юг, симулируя суточное движение звезд. Благодаря подвижному горизонту - уровню воды (6), вращающаяся небесная сфера не только наглядно демонстрирует движение звезд, но и их восход и заход, на любой заданной широте. Суточная ось монтируется перпендикулярно оси контроля широт. Ось контроля широты позволяет задать нужную ориентацию суточной оси, в соответствии с заданной местной широтой, позволяя наглядно демонстрировать движение небесных светил, для любой местности на Земле, а также их восход, кульминацию и заход.
Пошаговые двигатели с компьютерным управлением (2,7) монтируются на оси вращения, чтобы обеспечить автоматическое управление и программные имитационные движения.
Поскольку солнце всегда находится на эклиптике (3), и уравнение его движения по ней известно, то модель также способна продемонстрировать восход и закат солнца в любой местности Земли в любое время года.