Heliostat

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 14. juli 2021; checks kræver 4 redigeringer .

En heliostat er en enhed, der kan rotere et spejl for at rette solens stråler konstant i én retning, på trods af Solens tilsyneladende daglige bevægelse. Heliostater er blevet brugt i solteleskoper, men er blevet afløst af den enklere coelote .

En forbedret enhed, der blev brugt til at observere andre himmellegemer, udover solen, blev kaldt en siderostat ( lat. sideris - genitiv kasus fra lat. sidus - "himmellegeme, stjerne" og andet græsk στατός - "stående, ubevægelig"). De simpleste siderostater blev brugt allerede i det 17. århundrede. Siden det 18. århundrede er en urmekanisme blevet brugt til at dreje spejlet. [en]

Sådan virker det

For mange eksperimenter inden for optik i fortiden var det nødvendigt at sende en stråle af sollys reflekteret fra et spejl gennem en række instrumenter omhyggeligt placeret efter hinanden på et vandret bord eller en bænk. Men Solen har en tilsyneladende kontinuerlig bevægelse, der beskriver under sin synlige daglige omdrejning omkring verdens akse PP' (se figur 1) en af himmelkuglens små cirkler .

På dagene med forårs- og efterårsjævndøgn falder denne cirkel sammen med himmelækvator BB' , som et resultat af hvilken keglen beskrevet af strålen bliver til et plan. Tværtimod, om sommeren og vinteren, på tidspunktet for solhverv , vil disse cirkler AA' og CC' være de mindste, og keglerne beskrevet af strålerne vil være de skarpeste. I overensstemmelse med en sådan bevægelse af solens stråle under den daglige bevægelse af denne armatur, blev "heliostater" arrangeret - anordninger, hvor urværket roterer spejlet på en sådan måde, at strålen, der reflekteres fra det, bevarer sin oprindelige retning i lang tid .

Heliostatens historie og varianter

Den første heliostat blev ifølge Poggendorf bygget i midten af det 17. århundrede af et medlem af det florentinske akademi "del Cimento" Borelli , i forbindelse med eksperimenter med lysets hastighed , udført af dette akademi.

Den enkleste heliostat i teorien blev arrangeret af Fahrenheit i den første fjerdedel af det 18. århundrede. I den drejede urmekanismen spejlet rundt om en akse sat parallelt med verdens akse med en hastighed på en omdrejning om dagen . Hvis spejlet hælder så mod omdrejningsaksen, at solstrålen reflekteres parallelt med denne akse, når heliostaten sættes i bevægelse, så er det åbenlyst, at hele dagen vil denne retning af den reflekterede stråle forblive uændret, selv om på andre dage, når deklinationen af solen ændrer sig betydeligt, vil det være nødvendigt allerede en anden hældningsvinkel af spejlet til aksen. Denne heliostat viste sig at være ubelejlig, fordi strålen, rettet nedefra og opad langs verdens akse, skulle bringes i vandret retning ved hjælp af en anden refleksion, ledsaget af et nyt tab af lys. Designet af Fahrenheit-heliostaten blev forbedret af Fraunhofer , og omkring 1860 arrangerede Monkgoven sin store heliostat til fotografiske forstørrelser efter samme princip, og han placerede sine instrumenter skråt for at undgå sekundær refleksion.

Den anden med hensyn til enkelheden af enheden skal betragtes som heliostaten af Litrov (august, Hartnack), hvor spejlets plan er parallelt med verdens akse, og rotation sker omkring den samme akse med en halv-drejningshastighed på 24 timer. På dagene for jævndøgn, når Solen bevæger sig langs ækvator , vil strålen, der falder ind på heliostatspejlet og vinkelret på dette spejls plan ved indfaldspunktet, begge være indesluttet i ækvatorplanet, så den reflekterede stråle forbliver i samme plan. Når du installerer enheden, kan du dreje spejlet, så den reflekterede stråle bliver vandret; men i dette tilfælde vil den være rettet mod punktet mod vest eller mod punktet mod øst, fordi langs denne linje skærer horisonten med ækvatorplanet. Den reflekterede stråle vil ikke ændre sin retning under den daglige bevægelse, hvis spejlet roterer i samme retning som solen, men med halvdelen af hastigheden. Efter at have drejet spejlet MM til vinklen NON` , (se figur 2) , vil reflektionsvinklen RON falde med NON` ; indfaldsvinklen SON` skal falde med samme mængde, så den reflekterede stråle bevarer samme retning OR , derfor SOS=2NON` .

På andre dage vil Solen beskrive små cirkler på himmelkuglen, og den indfaldende stråle vil forblive på overfladen af en kegle, der har en af disse cirkler ved sin base og sin top i midten af himmelkuglen. En stråle reflekteret fra et fast spejl parallelt med verdensaksen vil beskrive nøjagtig den samme kegle, men placeret symmetrisk på den anden side af ækvatorialplanet. Så på dagen for solhverv vil denne reflekterede stråle beskrive den kegle, som den indfaldende stråle beskriver ved vintersolhverv, og omvendt. For hver dag vil der være to retninger, hvor den reflekterede stråle er vandret; de vil blive rettet mod solnedgang og solopgang på dagen lige så langt fra vintersolhverv som observationsdagen er fra sommeren. Og her vil den reflekterede stråle have en konstant retning, hvis spejlet roterer ensartet med en hastighed på en halv omdrejning på 24 timer; dette kan bevises på grundlag af strålebanens fuldstændige symmetri i forhold til ækvatorplanet. Naturligvis er Litrovs heliostat også ret ubelejligt, fordi man ikke vilkårligt kan vælge retningen af den vandrette stråle; på den anden side er dens mekanisme ikke svær at udføre godt, og den kan give en meget jævn bevægelse.

Af de mange heliostater, der gør det muligt at modtage en stråle af sollys reflekteret i en hvilken som helst vandret eller skrå retning, viste det sig kun Silberman- og Foucault -enhederne at være praktiske . Når retningen af den reflekterede stråle er givet, er det nok at rette vinkelret på spejlets plan, så det konstant halverer vinklen mellem denne retning og den indfaldende stråle, og problemet med heliostaten vil blive løst. Men da rombens diagonal halverer vinklerne, hvorigennem den er tegnet, med en hvilken som helst hældning af siderne, kan denne bruges til heliostaten, som Zilberman gjorde. Spejlet tt (se figur 3) af hans enhed er integreret med diagonalen μf vinkelret på dets plan af den ledte firkant αμef , hvis side αμ er rettet parallelt med den indfaldende stråle soc , og siden μe er rettet parallelt med den reflekterede oR .

Urmekanismen placeret i kassen H roterer hele buen cs omkring aksen F , parallelt med kuglens akse, og rammerne, der understøtter spejlet, roterer omkring akserne Co og eller ; derfor forbliver normalen på spejlet i sig selv altid i begge strålers plan, og bevægelsen fortsætter frit hele dagen, fra solopgang til solnedgang. Ved hjælp af en bue indstilles aksens hældning i henhold til observationsstedets breddegrad , derefter skrues cs med skrue D , så viseren er på opdelingen, der angiver observationsmåned og -dag, og på anden overflade af denne bue, vil vernieren vise den tilsvarende deklinationsvinkel for solen. Så er det tilbage at indstille pilen på den eksplosive skive til det sande observationstidspunkt, starte mekanismen og dreje hele enheden om den lodrette akse af dens base, indtil strålen, der passerer gennem sigtehullet s , falder på midten af pladen p . Du kan rette den reflekterede stråle til det ønskede sted ved at flytte buen rr' og dreje dens plan rundt om verdensaksen ved hjælp af skruerne A og E. Den utilstrækkelige styrke af delene af Zilberman-heliostaten, der delvist hænger på urværkets hovedakse, og de små dimensioner af guidefirkanten tillader ikke placeringen af et stort spejl og forstyrrer den fuldstændige korrekte bevægelse. I Foucault heliostaten (se figur 4) hviler spejlet på et særligt stærkt stativ og kan derfor tages i enhver størrelse.

Urmekanismen i boks B roterer om aksen, som er indstillet parallelt med verdens akse, stangen AOC , som kan rettes parallelt med solens stråler ved hjælp af buen f , skiven og sigteanordningen, arrangeret som i Silbermann heliostat: selve spejlet er udstyret med en "hale" EC , rettet normalt mod sit plan . Denne hale er en med en cirkel, der roterer om den vandrette akse i forhold til gaflen, som igen roterer frit omkring den lodrette akse H. Således kan spejlet dreje rundt om punktet E i alle retninger; desuden roterer den i sit eget plan i forhold til cirklen og halen. Centrum O af buen f skal være placeret på samme lodrette linje som midten af cirklen KL , og længden OE skal være nøjagtigt lig med afstanden OS . I dette tilfælde vil ECE-trekanten forblive ligebenet under hele urværkets bevægelse og for alle mulige positioner af spejlets base på cirklen KL ; derfor vil indfaldsvinklen SEN forblive lig med reflektionsvinklen NER , og den reflekterede stråle ER vil ikke ændre sin udgangsposition. Spaltepladen, der omkranser ende A af SOA- stangen og fastgjort til spejlet, har til formål at rette den største længde af sidstnævnte parallelt med strålernes refleksionsplan for at opretholde en tilstrækkelig bredde af den reflekterede lysstråle. På bredden af St. Petersborg fungerer begge heliostater beskrevet ovenfor kun tilfredsstillende om sommeren; men om vinteren stiger solen så lidt over horisonten, at deres mekanismer enten slet ikke kan bringes i deres rette stilling, eller også begynder de at virke forkert, fordi i ledsystemer har den uundgåelige spalte i leddene og glidepunkterne størst indflydelse på elementernes position, når disse sidstnævntes retninger skærer hinanden i små vinkler. Mekanismen, der holder lysets stråle i en konstant retning, kan også bruges til at observere dette lys i stedet for de selvkørende installationer af teleskoper, der bruges af astronomer. En sådan enhed, kaldet en siderostat , blev implementeret på forskellige tidspunkter af Fizeau og Foucault , Lossed og Mongoven, men snarere uden held. Takket være Foucaults arbejde er der fundet metoder til at opnå helt regulære glasspejle, forsølvet på den ydre overflade og ikke forvrænge det reflekterede billede, mens spejlet er i hvile; men den skælven, der frembringes af urværkets bevægelse, ødelægger det hele. Udskiftningen af et almindeligt urværk med et escapement, der giver en ensartet periodisk bevægelse og brugt i en heliostat, med en mekanisme med en Foucault-regulator for jævn, ensartet bevægelse, hjalp heller ikke meget. Den bedste siderostat var Tollons håndholdte heliostat, lavet af Gauthier, hvor et stort regulært spejl blev sat i bevægelse om en lodret og vandret akse, ved hjælp af endeløse skruer og snore, af iagttageren selv.

Se også

Noter

↑ Siderostat // Great Soviet Encyclopedia (tredje udgave)

Links

Heliostat // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Great Soviet (1 udg.) Brockhaus og Efron Lille Brockhaus og Efron Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 4619414-9