ЧАСЫ С УСТРОЙСТВОМ ОДНОВРЕМЕННОЙ ИНДИКАЦИИ ФАЗ ЛУНЫ, ВИДИМЫХ С ЗЕМЛИ, И ФАЗ ЗЕМЛИ, ВИДИМЫХ С ЛУНЫ, И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОЙ ИНДИКАЦИИ
CLOCK HAVING DEVICE FOR SIMULTANEOUS DISPLAY OF MOON PHASES VISIBLE FROM EARTH AND EARTH PHASES VISIBLE FROM MOON, AND METHOD FOR SAID DISPLAY

Область техники
Изобретение относится к хронологии и может быть использовано при производстве астрономических часов, выполненных с возможностью одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны.
Уровень техники
Астрономические часы - это часы, которые отличаются от обычных часов повышенной точностью хода (в первую очередь, за счет компенсации влияний температуры на ход часов), и эти часы выполнены с возможностью указания движения планет и Луны, приливов и отливов, подвижных праздников, различных небесных явлений, в особенности затмения Солнца и Луны, високосных годов и т.п., посредством особых механических приспособлений [1].
С древних времен люди пытались создать часы, которые могли бы отображать движение планет и звезд. Первые известные астрономические (планетарные) часы - это часы, созданные астрономом и механиком Джиованни Донди (1318-1387 гг.). В 1348-1364 годах Донди создал знаменитые часы, которые показывали движение Солнца, Луны и пяти планет, содержали в себе вечный календарь и давали возможность определять звездное и среднее солнечное время.
Самой известной функцией астрономических часов на сегодняшний день является выполнение часов, снабженных индикатором лунных фаз.
Указатели (индикаторы) лунных фаз в часах разрабатываются с давних времен. Известны описания и часы, датированные 14 веком, где использовалась функция индикации фаз Луны.
Индикация лунных фаз на часах, являющаяся первой астрономической функцией в часовых механизмах, появилась вскоре после появления механических часов. Данная функция часов является востребованной и по сей день, в частности при использовании лунных календарей.
До сегодняшнего дня известно множество конструкций и решений указателей (индикаторов) лунных фаз, однако только единичные решения пригодны для практического использования в обычных механических часах.
Так, известны устройства часов, которые снабжены индикаторами лунных фаз (RU 2124749 С1, дата публикации 10.01.1999; JP 61-139778, дата публикации 27.06.1986). Однако известные указатели фаз Луны в часах, выполненные в виде окошек в циферблате различной формы и дисков с нанесенными изображениями Луны, вращающихся под указанными окошками, приводят к геометрическому искажению лунных фаз.
Существуют конструкции объемной Луны, когда указатель выполняется в виде вращающегося за один лунный месяц шарика, наполовину окрашенного в светлый, наполовину в темный цвета (например, патент СН 697674 В1, опубликованный 15.01.2009). Такая конструкция имеет один существенный недостаток, связанный с тем, что Луна относительно Земли не вращается, а расположена всегда одной стороной к наблюдателю, поэтому такая конструкция не позволяют реалистично отобразить поверхность Луны и использовать реальную карту лунной поверхности.
Кроме этого существует ряд моделей часов, в которых механизм отображения лунных фаз выполнен в виде подвижной полой сферы, которая вращается вокруг неподвижного шара - Луны и отображает изменение лунных фаз, как мы их наблюдаем с Земли (см., например, патентные документы RU 2426165 С1, опубликованный 10.08.2011, и ЕР 2687918 А1, опубликованный 22.01.2014).
Недостатком всех существующих на сегодняшний день часов является то, что они все направлены только на отображение фаз Луны, наблюдаемых с Земли. Вместе с тем, такие часы не предусматривают возможность отображения фаз Земли, наблюдаемых с Луны.
Изобретение направлено на решение задачи создания часов, специально созданных для использования как на Земле, так и на Луне. Как известно, освоение Луны является одной из приоритетных задач развития российской космонавтики. Согласно заявлению вице-премьера Рогозина: «Луна - это не промежуточная стадия, а самостоятельная и самодостаточная цель. Совершить 10-20 полетов на Луну, а затем, бросив все, лететь на Марс или астероиды вряд ли будет целесообразно. У данного процесса есть начало, но нет конца: мы собираемся закрепиться на Луне навсегда». Уже к 2030 году планируется высадка на Луну, а также создание на ней обитаемой станции, на которой будут проводиться различные научные эксперименты, созданы полигоны для аккумуляции и передачи на расстояние энергии, а также полигоны для тестирования новых двигателей.
При этом на сегодняшний день при наблюдении Луны важным этапом изучения элементов лунной поверхности является регистрация так называемых «кратковременных лунных явлений». Кратковременные явления появляются на Луне эпизодически и существуют несколько (до 15) минут. [2]. На сегодняшний день доказано, что Луна не является «мертвым миром», как об этом думали долгое время. Согласно данным 1958 года на Луне еще не прекратилась вулканическая деятельность. Например, при изучении кратера Альфонс в момент, когда на нем появилось красное пятно, однозначно было установлено, что температура в этот момент газа углерода составляла 2000 Кельвин. Таким образом, наблюдение «кратковременных лунных явлений», их поиск и регистрация являются важной и интересной задачей наблюдений Луны. Необъяснимым на сегодняшний день является изменение окраски лунной поверхности в некоторых местах, появление красноватых пятен, изменение четкости лунных деталей и даже их вида. Существуют наиболее «активные» объекты, где наиболее часто наблюдаются оптические явления, причиной которых могут быть внутренние процессы на Луне. Таким образом, реализация настоящего изобретения позволит наблюдать Луну и в случае фиксации «кратковременных лунных явлений» зарегистрировать время, длительность и место проявления этого явления с целью его дальнейшего анализа.
Задача и технический результат
Задача и технический результат предлагаемого изобретения состоит в разработке и практической реализации конструкции астрономических часов, выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны. Это позволяет, в частности, определить, какова видимость Земли с Луны в настоящий момент времени, а топографическая карта видимой стороны Луны на часах позволит в любом месте регистрировать так называемые «кратковременные явления» на Луне, внезапность и короткое время существования которых делают эти явления трудноуловимыми.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что устройство одновременной индикации лунных и земных фаз, приводимое в действие часовым механизмом, выполнено в виде шара Луна-Земля, неподвижно закрепленного на своей оси, лежащей в плоскости раздела шара Луна-Земля на две модели небесных тел, на несущем элементе часового механизма и полусферы, которая, в свою очередь, выполнена с возможностью вращения вокруг оси крепления шара Луна-Земля с регулярной одновременной индикацией соответствующих лунных и земных фаз на шаре Луна-Земля.
При этом на одной половине шара Луна-Земля нанесена топографическая карта видимой стороны Луны, а на второй половине шара Луна - Земля нанесено изображение поверхности Земли.
При этом полусфера выполнена с возможностью фиксации после каждого регулярного частичного поворота.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что часы, выполненные с возможностью одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, содержат корпус, часовой механизм и дополнительно содержат управляемое часовым механизмом устройство одновременной индикации лунных и земных фаз.
При этом несущий элемент часового механизма может быть как подвижным, так и неподвижным.
При этом полусфера связана с часовым механизмом кинематически и совершает полный оборот вокруг шара Луна-Земля за один синодический месяц или период, близкий к одному синодическому месяцу.
Кроме этого индикация фазы Луны, видимой с Земли, и фазы Земли, видимой с Луны, осуществляется как со стороны циферблата часов, так и с тыльной стороны часов.
Также часы дополнительно содержат кнопку смены режима индикации, вмонтированную в корпус часов. При переключении режима индикации осуществляется поворот шара Луна-Земля и полусферы на 180 градусов и происходит смена обозреваемого небесного тела на циферблате часов. При нажатии кнопки смены режима индикации передвигается стрелка указателя режима индикации, расположенная на циферблате часов.
Также часы содержат колесо лунных дней, выполненное с возможностью приведения в движение полусферы от часового колеса.
Кроме этого часы содержат средства стрелочной индикации времени.
При этом часовой механизм может быть как механическим, так и электромеханическим.
При этом устройство одновременной индикации лунных и земных фаз может использоваться как в переносных часах, так и в стационарных часах.
Также устройство одновременной индикации лунных и земных фаз может применяться как со стандартным часовым механизмом, так и с часовым механизмом с дополнительными функциями, такими как часовой механизм для 24-часового циферблата либо часовой механизм с возможностью отображения мирового времени.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что в способе одновременной индикации лунных и земных фаз на часах осуществляют вращение полусферы вокруг оси крепления шара Луна-Земля с регулярной одновременной индикацией соответствующих лунных и земных фаз на шаре Луна-Земля, неподвижно закрепленного на своей оси, лежащей в плоскости раздела шара Луна-Земля на две модели небесных тел, на несущем элементе часового механизма.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На приведенных фигурах схематически отображен один из вариантов исполнения конструкции устройства отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, и варианты исполнения конструкции астрономических часов, выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, на которых имеются следующие элементы:
1 - шар Луна-Земля,
2 - полусфера,
3 - вал шара,
4 - малая втулка полусферы,
5 - большая втулка полусферы,
6 - триб полусферы,
7 - промежуточное колесо,
8 - триб лунного колеса,
9 - колесо лунное,
10 - штифт,
11 - колесо часовое,
12 - ось минутная,
13 - стрелка часовая,
14 - стрелка минутная,
15 - пружина лунного колеса,
16 - кнопка смены режима индикации,
17 - корпус часов,
18 - циферблат часов,
19 - стрелка указателя режима индикации,
20 - заводная головка,
21 - платина механизма,
22 - корпусное кольцо,
23 - безель,
24 - стекло верхнее,
25 - крышка задняя,
26 - стекло заднее.
На фиг. 1 показана схема движения Луны вокруг Земли относительно Солнца, а также показаны фазы Луны, видимые с Земли, и фазы Земли, видимые с Луны, при нескольких положениях Луны.
На фиг. 2 изображен примерный вид различных фаз Луны (указан возраст в днях).
На фиг. 3 изображен общий вид варианта конструкции устройства отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, который содержит: шар Земля-Луна 1, полусферу 2, вал шара 3, малую втулку полусферы 4, большую втулку полусферы 5, триб полусферы 6, промежуточное колесо 7, триб лунного колеса 8, лунное колесо 9, штифт 10, часовое колесо 11, минутную ось 12, часовую стрелку 13, минутную стрелку 14 и пружину лунного колеса 15.
На фиг. 4 показан разрез общего вида конструкции устройства отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, который содержит: шар Земля-Луна 1, полусферу 2, вал шара 3, малую втулку полусферы 4, большую втулку полусферы 5, триб полусферы 6, промежуточное колесо 7, триб лунного колеса 8, лунное колесо 9, штифт 10, часовое колесо 11, минутную ось 12, часовую стрелку 13 и минутную стрелку 14.
На фиг. 5 показан общий вид первого варианта конструкции астрономических часов, содержащих устройства отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, который содержит: шар Луна-Земля 1, полусферу 2, кнопку смены режима индикации 16, корпус часов 17, циферблат часов 18, стрелку указателя режима индикации 19 и заводную головку 20.
На фиг. 6 показан общий вид разреза второго варианта конструкции астрономических часов, содержащих устройства отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, который содержит: шар Луна-Земля 1, полусферу 2, платину механизма 21, корпусное кольцо 22, безель 23, стекло верхнее 24, крышку заднюю 25 и заднее стекло 26.
Осуществление изобретения
<mrow><mi>Ф</mi><mi>л</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>b</mi><mi>d</mi></mfrac></mrow>
d
h
m
s
Для объективной и ясной оценки сущности заявленного изобретения необходимо сделать следующие пояснения. В астрономии фаза Луны (Фл) - это величина, измеряемая числом: она равна отношению наибольшей ширины освещенной части b лунного диска к его диаметру d, т.е.
Ф [2]. При этом в новолуние Фл=0,0, в первую и последнюю четверти Фл=0,5, в полнолуние Фл=1,0. Для оценки возраста Луны обычно используют рисунок, приведенный на фиг.2, на котором указано положение терминатора (линии, разделяющей светлую и темную части диска Луны) с интервалом в одни сутки. При этом отсчет начинается с неомении - первого появления узкого серпа Луны после новолуния. Весь промежуток времени S, отображенный на фигуре 2, называется синодическим месяцем, то есть это период обращения Луны вокруг Земли и он равен 29,530588 солнечных суток или 2912442,8.
Фаза Земли (Фз), в свою очередь, равна отношению наибольшей ширины освещенной части земного диска, видимого с Луны, к его диаметру. При этом, в связи с вращением Луны вокруг Земли и освещением только той стороны Земли, которая обращена к Солнцу, находясь на Луне, мы будем наблюдать фазы Земли Фз, противоположные фазам Луны Фл. То есть в новолуние, когда Фл=0,0, Фз=1,0, а в полнолуние, когда Фл=1,0, Фз=0,0.
Учитывая вышеизложенное, была разработана конструкция часов с устройством отображения топографической карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны. При этом механическое устройство, позволяющее отображать истинную карту видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, описывается в одном из вариантов исполнения.
Характерной особенностью заявленного устройства является шар Луна-Земля 1, содержащий на одной своей половине топографическую карту поверхности видимой стороны Луны, на другой - изображение поверхности Земли, неподвижно закрепленный на своей оси, лежащей в плоскости раздела шара Луна-Земля на два небесных тела, на несущем элементе часового механизма и полусфера 2 - неосвещенная Солнцем часть Луны и Земли, выполненная с возможностью вращения вокруг оси крепления шара Луна-Земля 1 с регулярной одновременной индикацией соответствующих лунных и земных фаз на неподвижном шаре Луна-Земля. Полусфера 2 окрашена в черный цвет.
В качестве несущего элемента крепления шара Луна-Земля 1 могут выступать как подвижные, так и неподвижные элементы часового механизма.
Кинематическая цепь обеспечивает движение полусферы с необходимой периодичностью, а именно - один оборот в 29,5 суток (продолжительность синодического месяца). Часовое колесо 11 совершает один оборот за 12 часов, запрессованным в него штифтом 10 оно находится во взаимодействии с колесом лунных дней 9, имеющим в данном варианте исполнения 59 зубьев. Таким образом, один раз в 12 часов часовое колесо 11 проворачивает колесо лунных дней 9 на один зуб. Пружина колеса лунных дней 15 фиксирует колесо лунных дней 9 в каждом положении в течение полусуток. Колесо лунных дней 9 напрессовано на триб лунных дней 8. Триб лунных дней 8 передает вращение через промежуточное колесо 7 на триб полусферы 6. Триб лунных дней 8 и триб полусферы 6 имеют одинаковое количество зубьев. Количество зубьев промежуточного колесо может варьироваться и выбирается с учетом удобства компоновки устройства. Триб полусферы 6 напрессован на большую втулку полусферы 5. Полусфера 2 напрессована на малую втулку полусферы 4 и на большую втулку полусферы 5. Малая втулка полусферы 4 и большая втулка полусферы 5 свободно надеты на вал шара 3. Шар Луна-Земля напрессован на вал шара 3, который остается неподвижным. Таким образом, момент через триб полусферы 6 передается на полусферу 3, и полусфера 3 осуществляет свое вращение вокруг шара Луна-Земля.
Период обращения Луны вокруг Земли равен 29,530588 солнечных суток. В данном варианте устройства период обращения равен 29,5 суток. Данная погрешность при столь малом объеме модели является незначительной, неуловимой человеческим глазом. Однако при необходимости путем подбора количеств зубьев колес и трибов, а также введением дополнительных пар колесо-триб, возможно получить необходимое передаточное отношение, соответствующие 29,530588 суткам.
Конструкция астрономических часов, выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, может быть выполнена как с использованием обеих сторон часов (Фиг. 4), так и с возможностью переключения режимов (Фиг. 5).
Конструкция астрономических часов выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, с использованием обеих сторон часов позволяет использовать в часах тыльную сторону для наблюдения.
В варианте конструкции астрономических часов, выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны, с возможностью переключения режимов при нажатии на кнопку смены режима индикации 16, вмонтированную в корпус часов 17, происходит поворот шара Луна-Земля 1 и полусферы 2 на 180 градусов, то есть происходит смена обозреваемого небесного тела на циферблате часов 18. При этом передвигается стрелка указателя режима индикации 19, расположенная на циферблате 18.
Таким образом, обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно реализация конструкции астрономических часов, выполненных с возможностью отображения истинной карты видимой части лунной поверхности при одновременной индикации фаз Луны, видимых с Земли, и фаз Земли, видимых с Луны. Это позволяет, в частности, определить, какова видимость Земли с Луны в настоящий момент времени, а топографическая карта видимой стороны Луны на часах позволит в любом месте регистрировать так называемые «кратковременные явления» на Луне, внезапность и короткое время существования которых делают эти явления трудноуловимыми.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.
Литература
1. В.Н. Пипуныров. История часов с древнейших времен до наших дней. Москва: изд-во «Наука», 1982, стр. 147-170.
2. И.А. Климишин. Элементарная астрономия. Москва: изд-во «Наука», Физматлит, 1991, стр. 219-221, 353-366.