Астрономічний годинник

Староміський асторономічний годинник у
м. Прага (Чехія)

Астрономі́чний годи́нник — багатозначний термін.

1) Один з астрономічних інструментів, пристрій для вимірювання проміжків часу при здійсненні та обробці астрономічних спостережень.

Історична довідка

Астрономічні годинники давнини

В середині 3 тис. до н. е. давні єгиптяни винайшли водяний годинник (клепсидру). У давньому Китаї 2–1 тис. до н. е. проміжки часу визначали за допомогою відтоку води з резервуарів. За аналогічним принципом працює пісковий годинник.

Сонячний годинник — пристрій для вимірювання часу за зміною довжини тіні від гномону та її руху по циферблату. Вважається, що сонячний годинник з’явився близько 3500 до н. е. Клепсидри, піскові та сонячні годинники були першими астрономічними годинниками.

Наступний етап у розвитку астрономічного годинника пов’язаний з винайденням механічного годинника, для роботи якого використовується маятник, гирьове або пружинне джерело енергії; за коливальну систему править маятниковий або балансовий регулятор. Перший механічний годинник з анкерним механізмом було виготовлено в Китаї 725 І Сіном та Лян Лінцзанем.

Первісно коливальною системою в механічних годинниках слугував маятник. Точність їхнього ходу залежала від положення годинника у просторі та температури навколишнього середовища. Залежність періоду коливань маятника від амплітуди коливань подолав Х. Гюйгенс (1675), змусивши маятник коливатися по циклоїді, а не по дузі кола. З того часу маятникові годинники використовувались як астрономічні годинники. Для компенсації тяжіння Землі Бреге винайшов спеціальне пристосування — турбійон (1795).

Астрономічні годинники 20–21 століть

До астрономічних годинників, що застосовуються для астрономічних спостережень 20–21 ст., належать годинники Шорта, Федченка та атомні годинники.

Годинник Шорта з вільним маятником — точний електромеханічний астрономічний годинник, винайдений 1921 В. Гамільтоном Шортом та Ф. Хоупом-Джонсом (Велика Британія). До кінця 1940-х годинник Шорта був еталоном зберігання часу. Його стандартна точність становила ±1 секунд на рік, відносна точність ходу – 10-8. Від 1922 по 1956 у світі було випущено близько 100 примірників годинника Шорта.

Теоретичної межі точності для маятникових годинників досягнув астрономічний годинник інженера, механіка, винахідника Ф. Федченка (АГФ) — електронно-механічний годинник з ізохронним маятником. Особливий трипружинний підвіс, на який було почеплено маятник, забезпечив його ізохронні (незалежні від амплітуди) коливання. Похибка АГФ становить (0,0002-0,0003) секунди на добу або ±1 секунду на 10 років, відносна точність ходу – 10-9.

Підвищенню точності вимірювання часу сприяло винайдення атомного годинника — такого приладу для вимірювання часу, в якому за періодичний процес правлять власні коливання, пов’язані із взаємодією атомів або молекул. Стабільність ходу атомних годинників лежить у межах 10-14–10-15, а в спеціальних конструкціях сягає 10-18. Станом на квітень 2020 найбільш точним є атомний годинник, створений у Національному інституті стандартів та технологій США: його похибка складає 1 секунду на 15 млрд років.

Характеристика

Астрономічний годинник не відрізняється від звичайних годинників ні за своїм призначенням, ні за будовою та принципом дії; для вимірювання проміжків часу використовує періодичні процеси або тривалість певного процесу. Головна вимога до технічних характеристик астрономічного годинника — точний хід. Для досягнення цієї мети слугує пристрій, що компенсує вплив змін температури та тиску повітря.

Література

  1. Бакулин П. И., Блинов Н. С. Маятниковые часы Шорта // Служба точного времени. 2-е изд. Москва : Наука, 1977. С. 71–75.
  2. Хауз Д. Часы, более точные, чем Земля // Гринвичское время и открытие долготы / Пер. с англ. Москва : Мир, 1983. С. 171–188.
  3. Фокина Т. Маятниковые часы: От Галилея до Федченко // Мои часы. 2002. № 3. С. 52–55.
  4. Oskay W., Diddams S., Donley A. et al. Single-Atom Optical Clock with High Accuracy // Physical Review Letters. 2006. № 97 (2). P. 1–4. URL: https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=841942
  5. McCarthy D., Seidelmann P. Time: From Earth Rotation to Atomic Physics. 2nd ed. Cambridge; New York : Cambridge University Press, 2018. 400 p.

2) Годинник-планетарій, куранти — годинник, що має спеціальні механізми та циферблати для відображення астрономічної інформації: зоряного і місцевого часу; рівняння часу; відносного положення Сонця, Місяця, зодіакальних сузір’їв, планет; припливів та відливів; перехідних свят; затемнень Сонця і Місяця тощо.

Марк Туллій Цицерон приписував Архімеду використання пристроїв, що виконували функції астрономічного годинника.

До найдосконаліших астрономічних годинників середніх віків належать космічний двигун (астрономічна гідромеханічна вежа з астрономічним годинником) Су Суня (11 ст., Китай); годинники замку Аль-Джазірі (1206, Верхня Месопотамія, зараз територія Іраку); годинник-астролябія Ібн аль-Шатира (початок 14 ст., Дамаск); годинник Такі ад-Діна (Османська імперія); годинники, створені в середині 14 ст. Річардом Уоллінгфордським (Сент-Олбанс, Велика Британія) та Джованні де Донді (Падуя, Італія); годинник Дасіподія (15 ст., Франція). Практична користь цих складних інструментів була обмеженою.

Астрономічні годинники є в Австрії, Бельгії, Великій Британії, Грузії, Данії, Іспанії, Італії, Латвії, Нідерландах, Німеччині, Норвегії, Польщі, Росії, Словаччині, Угорщині, Франції, Хорватії, Чехії, Швеції, Швейцарії, на Мальті та інших країнах Європи.

Найскладніший з будь коли створених астрономічних годинників було спроектовано і виготовлено норвежцем Р. Сьорнесом (1893–1967). Розміри годинника — 0,7 x 0,6 х 2,1 м. Він демонструє зоряний час, час за Гринвічем, місцевий час з переходом на літній час і високосний рік, юліанський календар, григоріанський календар, розташування Сонця та Місяця у зодіаку, місцевий схід і захід Сонця та Місяця, їхні затемнення, поправки сонячного і місячного циклу, фазу Місяця, припливи, сонячні цикли та планетарій, включаючи 25 800-річний період повороту земної осі у просторі (прецесію).

Література

  1. Needham J. Science and Civilization in China : in 7 vol. Cambridge : Cambridge University Press, 1974. Vol. 4. Pt. 2. 760 p.
  2. King H. Geared to the Stars: the Evolution of Planetariums, Orreries, and Astronomical Clocks. Toronto : University of Toronto Press, 1978. 442 p.
  3. North J. God's Clockmaker, Richard of Wallingford and the Invention of Time. London : Hambledon and London, 2005. 462 p.
  4. Sørnes T. The Clockmaker Rasmus Sørnes. Sarpsborg : Borgarsyssel Museum, 2008. 144 p.
  5. Oestmann G. The Astronomical Clock of Strasbourg Cathedral: Function and Significance. Leiden; Boston : Brill, 2020. 348 p.

Автор ВУЕ

О. Г. Шевчук


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Шевчук О. Г. Астрономічний годинник // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Астрономічний годинник (дата звернення: 28.09.2020).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
11.09.2020

Покликання на статтю

Опитування читачів ВУЕОпитування читачів ВУЕ