Cerc meridian - Meridian circle

Cercul de tranzit Groombridge din 1806

Cercul meridian este un instrument pentru calendarul trecerii stele peste locale meridianul , un eveniment cunoscut ca un apogeu , în timp ce în același timp , distanța de măsurare unghiulară , de la nadir . Acestea sunt telescoape cu destinație specială , montate astfel încât să permită indicarea doar în meridian , marele cerc prin punctul nord al orizontului, polul ceresc nordic , zenitul , punctul sudic al orizontului, polul ceresc sudic și nadirul . Telescoapele Meridian se bazează pe rotația cerului pentru a aduce obiecte în câmpul lor vizual și sunt montate pe o axă fixă, orizontală, est-vest.

Instrumentul de tranzit similar , cercul de tranzit sau telescopul de tranzit sunt montate, de asemenea, pe o axă orizontală, dar axa nu trebuie fixată în direcția est-vest. De exemplu, teodolitul unui topograf poate funcționa ca un instrument de tranzit dacă telescopul său este capabil de o revoluție completă în jurul axei orizontale. Cercurile meridiane sunt adesea numite prin aceste nume, deși sunt mai puțin specifice.

Timp de mulți ani, timpul de tranzit a fost cea mai exactă metodă de măsurare a pozițiilor corpurilor cerești, iar instrumentele meridiane s-au bazat pe acestea pentru a efectua această lucrare minuțioasă. Înainte de spectroscopie , fotografie și perfecțiunea telescoapelor reflectorizante , măsurarea pozițiilor (și derivarea orbitelor și a constantelor astronomice ) a fost lucrarea majoră a observatoarelor .

Importanţă

Cerc meridian la Sankt Petersburg Kunstkamera, construit de TL Ertel, Germania, 1828

Fixarea unui telescop pentru a se deplasa numai în meridian are avantaje în lucrarea de înaltă precizie pentru care sunt utilizate aceste instrumente:

  • Montarea foarte simplă este mai ușor de fabricat și întreținut cu o precizie ridicată.
  • În majoritatea locațiilor de pe Pământ, meridianul este singurul plan în care coordonatele cerești pot fi indexate direct cu o montare atât de simplă; ecuatorial sistemul de coordonate aliniaza in mod natural cu meridianul în orice moment. Rotirea telescopului în jurul axei sale îl mută direct în declinare , iar obiectele se deplasează prin câmpul său vizual în ascensiune dreaptă .
  • Toate obiectele din cer sunt supuse distorsiunii refracției atmosferice , care tinde să facă obiectele să pară ceva mai sus pe cer decât sunt de fapt. La meridian, această distorsiune este doar în declinare și este ușor de explicat; în altă parte a cerului, refracția provoacă o distorsiune complexă a coordonatelor, care este mai greu de redus. O astfel de analiză complexă nu conduce la o precizie ridicată.

Instrument de bază

Cerc meridian la observatorul Kuffner , Viena, Austria, construit de Repsold & Sons, Hamburg, 1886. Rețineți contragreutățile, obiectele cilindrice scurte și verzi din partea superioară exterioară a mecanismului și cele patru microscoape lungi, subțiri, pentru citirea cercuri.

Stadiul tehnicii instrumentelor meridiane de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea este descris aici, oferind o idee despre metodele precise de construcție, funcționare și reglare utilizate.

Constructie

Cel mai vechi telescop de tranzit nu a fost plasat în mijlocul axei, ci mai aproape de un capăt, pentru a împiedica îndoirea axei sub greutatea telescopului. Mai târziu, a fost așezat de obicei în centrul axei, care consta dintr-o bucată de alamă sau metal de pistol cu pivote cilindrice de oțel rotite la fiecare capăt. Mai multe instrumente erau fabricate în întregime din oțel , care era mult mai rigid decât alama. Pivoturile se sprijineau pe lagăre în formă de V , fie așezate în piliere masive de piatră sau cărămidă care susțineau instrumentul, fie atașate la cadrele metalice de pe vârfurile pilierelor. Temperatura instrumentului și atmosfera locală au fost monitorizate de termometre. Pilonii erau de obicei separați de fundația clădirii, pentru a preveni transmiterea vibrațiilor din clădire către telescop. Pentru a scuti pivotii de greutatea instrumentului, care le-ar fi denaturat forma și ar fi provocat uzura rapidă, fiecare capăt al axei era susținut de un cârlig sau jug cu role de frecare , suspendate de o pârghie susținută de debarcader, contrabalansat astfel încât să lase doar o mică parte din greutate pe rulmenții de precizie în formă de V. În unele cazuri, contragreutatea a împins în sus rulmenții cu role de jos. Rulmenții erau așezați aproape într-o adevărată linie est-vest, dar ajustarea fină a fost posibilă prin șuruburi orizontale și verticale. A fost folosit un nivel de spirit pentru a monitoriza orice înclinare a axei spre orizont. Excentricitatea (o condiție descentrată) sau alte nereguli ale pivoturilor axei telescopului au fost luate în considerare, în unele cazuri, prin furnizarea unui alt telescop prin axa însăși. Observând mișcarea unei stele artificiale, situată la est sau la vest de centrul instrumentului principal și văzută prin acest telescop axial și un mic telescop colimator, pe măsură ce telescopul principal a fost rotit, forma pivotilor și orice oscilație a axa, ar putea fi determinată.

Vedere de sus a unui microscop cu citire în cerc; din Norton (1867).

În apropierea fiecărui capăt al axei, atașat axei și rotind cu ea, se afla un cerc sau o roată pentru măsurarea unghiului telescopului față de zenit sau orizont. În general, cu diametrul de 1 până la 3  picioare sau mai mult, a fost împărțit la 2 sau 5 minute de arc , pe o alunecare de argint așezată pe fața cercului de lângă circumferință. Aceste gradări au fost citite de microscopuri , în general patru pentru fiecare cerc, montate pe piloni sau un cadru care înconjoară axa, la intervale de 90 ° în jurul cercurilor. Prin media celor patru citiri, excentricitatea (de la centrarea inexactă a cercurilor) și erorile de absolvire au fost mult reduse. Fiecare microscop a fost mobilat cu un șurub micrometru , care a deplasat mirele , cu ajutorul cărora a putut fi măsurată distanța gradelor de cerc de la centrul câmpului vizual. Tamburul șurubului a fost împărțit pentru a măsura câteva secunde de arc (0,1 "fiind estimat), în timp ce numărul de rotații a fost numărat de un pieptene ca o scară în câmpul vizual. din cerc că o rotație a șurubului micrometru a corespuns cu 1 minut de arc (1 ') pe cerc. Eroarea a fost determinată ocazional prin măsurarea intervalelor standard de 2' sau 5 'pe cerc. Au fost luate în considerare erorile periodice ale șurubului. Pe unele instrumente, unul dintre cercuri a fost gradat și citit mai grosier decât celălalt și a fost folosit doar pentru găsirea stelelor țintă.

Telescopul consta din două tuburi înșurubate la cubul central al axei. Tuburile erau de obicei conice și cât mai rigide posibil pentru a preveni flexiunea . Conexiunea cu axa a fost, de asemenea, cât mai fermă posibil, deoarece flexura tubului ar afecta declinările deduse din observații. Flexia în poziția orizontală a tubului a fost determinată de doi colimatori - telescoape plasate orizontal în meridian, la nord și la sud de cercul de tranzit, cu obiectivele lor orientate spre acesta. Acestea erau îndreptate una către cealaltă (prin găurile din tubul telescopului sau prin îndepărtarea telescopului de pe suportul său), astfel încât punctele încrucișate din focarele lor să coincidă. Colimatorii au fost adesea montați permanent în aceste poziții, cu obiectivele și ocularele fixate pe piloni separate. Telescopul meridian a fost îndreptat către un colimator și apoi pe celălalt, deplasându-se exact la 180 °, iar prin citirea cercului s-a găsit cantitatea de flexură (cantitatea diferită de citiri de 180 °). Flexia absolută, adică o îndoire fixă ​​a tubului, a fost detectată prin aranjarea ocularului și a obiectivului obiectiv care ar putea fi schimbate, iar media celor două observații ale aceleiași stele a fost liberă de această eroare.

Părți ale aparatului, inclusiv cercurile, pivoturile și rulmenții, erau uneori închise în cutii de sticlă pentru a le proteja de praf. Aceste cazuri aveau deschideri pentru acces. Microscoapele de citire s-au extins apoi în geamurile de sticlă, în timp ce ocularul lor se termină și micrometrele au fost protejate de praf prin huse de mătase detașabile.

Anumite erori instrumentale ar putea fi calculate prin inversarea telescopului la montarea acestuia. A fost prevăzută o căruță, care se desfășura pe șine între piloni și pe care axa, cercurile și telescopul puteau fi ridicate de un șurub, rotite dinspre piliere, rotite la 180 °, rotite înapoi și coborâte din nou.

Clădirea de observare care adăpostea cercul meridian nu avea o cupolă rotativă, așa cum se vede adesea la observatoare. Întrucât telescopul observat doar în meridian, tot ce era necesar era o fantă verticală în pereții nord și sud și peste acoperiș între aceștia. Clădirea era neîncălzită și păstrată cât mai mult posibil la temperatura aerului exterior, pentru a evita curenții de aer care ar perturba vederea telescopică. Clădirea adăpostea, de asemenea, ceasurile, înregistratoarele și alte echipamente pentru a face observații.

Operațiune

La planul focal , capătul ochiului telescopului avea un număr de fire verticale și unul sau două orizontale ( reticul ). La observarea stelelor, telescopul a fost mai întâi îndreptat în jos către un bazin de mercur, formând o oglindă perfect orizontală și reflectând o imagine a mirilor înapoi în tubul telescopului. Crosshairs-urile au fost ajustate până la coincidența cu reflectarea lor, iar linia de vedere a fost atunci perfect verticală; în această poziție cercurile au fost citite pentru punctul nadir .

Telescopul a fost apoi adus la declinarea aproximativă a stelei țintă, urmărind cercul căutătorului. Instrumentul a fost prevăzut cu un aparat de prindere, prin care observatorul, după ce a stabilit declinarea aproximativă, ar putea prinde axa, astfel încât telescopul să nu poată fi deplasat în declin, cu excepția foarte lent cu un șurub fin . Prin această mișcare lentă, telescopul a fost ajustat până când steaua s-a deplasat de-a lungul firului orizontal (sau dacă erau două, în mijloc între ele), din partea de est a câmpului vizual spre vest. După aceasta, cercurile au fost citite de microscop pentru a măsura altitudinea aparentă a stelei. Diferența dintre această măsurare și punctul nadir a fost distanța nadir a stelei. De asemenea, s-a folosit un fir orizontal mobil sau un micrometru de declinare.

O altă metodă de observare a altitudinii aparente a unei stele a fost de a lua jumătate din distanța unghiulară între steaua observată direct și reflexia acesteia observată într-un bazin de mercur. Media acestor două citiri a fost citirea când linia de vedere era orizontală, punctul orizontal al cercului. S-a luat în considerare diferența mică de latitudine dintre telescop și bazinul de mercur.

Sârmele verticale au fost utilizate pentru observarea tranzitelor stelelor, fiecare sârmă furnizând un rezultat separat. Timpul de tranzit peste firul de mijloc a fost estimat, în timpul analizei ulterioare a datelor, pentru fiecare fir prin adăugarea sau scăderea intervalului cunoscut între firul de mijloc și firul în cauză. Aceste intervale cunoscute au fost predeterminate prin sincronizarea unei stele de declinare cunoscută care trece de la un fir la altul, steaua polară fiind cea mai bună datorită mișcării sale lente. \ Temporizările au fost inițial făcute printr-o metodă „ochi și urechi”, estimând intervalul dintre două bătăi ale unui ceas. Mai târziu, temporizările au fost înregistrate prin apăsarea unei taste, semnalul electric făcând un semn pe un înregistrator de benzi . Mai târziu, capătul ochiului telescopului a fost, de obicei, prevăzut cu un micrometru impersonal , un dispozitiv care permitea potrivirea mișcării verticale a mirelui cu mișcarea stelei. Amplasată exact pe steaua în mișcare, crucea ar declanșa sincronizarea electrică a traversării meridianului, eliminând ecuația personală a observatorului din măsurare.

Câmpul firelor ar putea fi iluminat; lămpile erau așezate la o anumită distanță de piloni pentru a nu încălzi instrumentul, iar lumina trecea prin găurile din piloni și prin axa goală spre centru, de unde era direcționată spre capătul ochiului printr-un sistem de prisme .

Pentru a determina declinările absolute sau distanțele polare, a fost necesar să se determine colatitudinea observatorului , sau distanța polului ceresc de la zenit , prin observarea culmei superioare și inferioare a unui număr de stele circumpolare . Diferența dintre citirea cercului după observarea unei stele și citirea corespunzătoare zenitului a fost distanța zenit a stelei, iar acest plus plus colatitudinea a fost distanța polară nordică. Pentru a determina punctul zenit al cercului, telescopul a fost îndreptat vertical în jos către un bazin de mercur , a cărui suprafață a format o oglindă absolut orizontală. Observatorul a văzut firul orizontal și imaginea sa reflectată și mișcând telescopul pentru a le face să coincidă, axa sa optică a fost făcută perpendiculară pe planul orizontului, iar citirea cercului a fost de 180 ° + punctul zenit.

În observațiile stelelor a fost luată în considerare refracția , precum și erorile de gradare și flexură. Dacă bisecția stelei pe firul orizontal nu a fost făcută în centrul câmpului, s-a avut în vedere curbura sau devierea traseului stelei de la un cerc mare și pentru înclinarea firului orizontal către orizont. Cantitatea acestei înclinații a fost găsită luând observații repetate ale distanței zenitului unei stele în timpul tranzitului, steaua polară fiind cea mai potrivită datorită mișcării sale lente.

S-au încercat înregistrări fotografice ale tranzitelor unei stele. O placă fotografică a fost plasată în focarul unui instrument de tranzit și s-au făcut o serie de expuneri scurte, lungimea acestora și timpul fiind înregistrate automat de un ceas. Obturatorul de expunere era o bandă subțire de oțel, fixată pe armătura unui electromagnet. Placa a înregistrat astfel o serie de puncte sau linii scurte, iar firele verticale au fost fotografiate pe placă aruncând lumină prin obiectivul obiectivului timp de una sau două secunde.

Ajustare

Telescopul de tranzit meridian al Chabot Space & Science Center din Oakland, California , construit de Fauth, 1885. Observați scaunul observatorului între piloni și deschiderea îngustă din perete și acoperiș pentru accesul la cer. Deoarece telescopul observă numai în meridian, nu este necesară o cupolă rotativă.

Cercurile meridiane au necesitat o ajustare precisă pentru a face o muncă precisă.

Axa de rotație a telescopului principal trebuia să fie exact orizontală. Un nivel de spirit sensibil , conceput pentru a sta pe pivoturile axei, a îndeplinit această funcție. Prin reglarea unuia dintre rulmenții în formă de V, bula a fost centrată.

Linia de vedere a telescopului trebuia să fie exact perpendiculară pe axa de rotație. Acest lucru ar putea fi realizat prin observarea unui obiect îndepărtat, staționar, ridicarea și inversarea telescopului pe lagărele sale și vizionarea din nou a obiectului. Dacă mirele nu intersectau obiectul, linia vizuală se afla la jumătatea distanței dintre noua poziție a mirelor și obiectul îndepărtat; reticulele au fost ajustate în consecință și procesul a fost repetat după cum este necesar. De asemenea, dacă se știe că axa de rotație este perfect orizontală, telescopul ar putea fi direcționat în jos către un bazin de mercur , iar crucea iluminată. Mercurul a acționat ca o oglindă perfect orizontală, reflectând o imagine a mirilor din spatele tubului telescopului. Crosshairs-ul ar putea fi apoi ajustat până coincide cu reflectarea lor, iar linia de vedere a fost apoi perpendiculară pe axă.

Linia de vedere a telescopului trebuia să se afle exact în planul meridianului. Acest lucru a fost realizat aproximativ prin construirea pilierelor și a rulmenților axei pe o linie est-vest. Telescopul a fost apoi adus în meridian prin cronometrarea în mod repetat a tranzitelor (aparente, incorecte) ale meridianelor superioare și inferioare ale unei stele circumpolare și reglarea orizontală a unuia dintre lagăre până când intervalul dintre tranzite a fost egal. O altă metodă a folosit timpii de trecere a meridianelor calculate pentru anumite stele, astfel cum au fost stabilite de alte observatoare. Aceasta a fost o ajustare importantă și s-au depus multe eforturi în perfecționarea ei.

În practică, niciuna dintre aceste ajustări nu a fost perfectă. Micile erori introduse de imperfecțiuni au fost corectate matematic în timpul analizei datelor.

Telescoape Zenith

Articol principal: telescop Zenith

Unele telescoape concepute pentru a măsura tranzitele stelelor sunt telescoape zenit concepute pentru a indica drept în sus sau în apropierea zenitului pentru măsurarea extremă de precizie a pozițiilor stelei. Ei folosesc o montură altazimutală , în loc de un cerc meridian, prevăzută cu șuruburi de nivelare. Nivelurile extrem de sensibile sunt atașate la suportul telescopului pentru a efectua măsurători ale unghiului, iar telescopul are un ocular prevăzut cu un micrometru .

Istorie

Prezentare generală

Ideea de a avea un instrument ( cadran ) fixat în planul meridianului a apărut chiar și pentru astronomii antici și este menționată de Ptolemeu , dar nu a fost dusă în practică până când Tycho Brahe nu a construit un mare cadran de meridian.

Cercurile meridiane au fost utilizate încă din secolul al XVIII-lea pentru a măsura cu precizie pozițiile stelelor pentru a le cataloga . Acest lucru se face prin măsurarea momentului în care steaua trece prin meridianul local. Altitudinea sa deasupra orizontului este notată, de asemenea. Cunoscând latitudinea și longitudinea geografică a cuiva, aceste măsurători pot fi folosite pentru a obține ascensiunea dreaptă și declinarea stelei .

Odată ce cataloagele de stele bune erau disponibile, un telescop de tranzit ar putea fi folosit oriunde în lume pentru a măsura cu precizie longitudinea și timpul local, observând timpii de tranzit ai meridianelor locale ale stelelor de catalog. Înainte de invenția ceasului atomic aceasta a fost cea mai fiabilă sursă de timp precis.

Antichitate

În Almagest , Ptolemeu descrie un cerc meridian care consta dintr-un inel exterior gradat fix și un inel interior mobil cu file care foloseau o umbră pentru a seta poziția Soarelui. A fost montat vertical și aliniat cu meridianul. Instrumentul a fost folosit pentru a măsura altitudinea Soarelui la prânz pentru a determina calea eclipticii .

secolul al 17-lea

Primul cerc meridian din lume de la Observatorul Tusculanum al lui Ole Rømer din Danemarca

Un cerc meridian a permis observatorului să determine simultan ascensiunea dreaptă și declinarea , dar nu pare să fi fost folosit prea mult pentru ascensiunea dreaptă în timpul secolului al XVII-lea, metoda altitudinilor egale prin cadrane portabile sau măsurători ale distanței unghiulare între stele cu o sextantul astronomic fiind preferat. Aceste metode erau foarte incomode și, în 1690, Ole Rømer a inventat instrumentul de tranzit.

secolul al 18-lea

Instrumentul de tranzit constă dintr-o axă orizontală în direcția est și vest, sprijinită pe suporturi ferm fixate și având un telescop fixat în unghi drept față de el, care se rotește liber în planul meridianului. În același timp, Rømer a inventat instrumentul de altitudine și azimut pentru măsurarea unghiurilor verticale și orizontale, iar în 1704 a combinat un cerc vertical cu instrumentul său de tranzit, astfel încât să determine ambele coordonate în același timp.

Această din urmă idee nu a fost însă adoptată în altă parte, deși instrumentul de tranzit a intrat în curând în utilizare universală (primul de la Greenwich fiind montat în 1721), iar cadranul mural a continuat până la sfârșitul secolului pentru a fi utilizat pentru determinarea declinărilor. Avantajele utilizării unui întreg cerc, fiind mai puțin susceptibil de a-și schimba figura și de a nu necesita inversare pentru a observa stelele la nord de zenit, au fost apoi recunoscute din nou de Jesse Ramsden , care a îmbunătățit și metoda de citire a unghiurilor prin intermediul un microscop micrometru așa cum este descris mai jos.

secolul al 19-lea

Cercul de tranzit de 6 inci al Observatorului Naval al SUA , construit de Warner și Swasey, 1898

Facerea cercuri a fost la scurt timp după aceea preluat de Edward Troughton , care a construit primul cerc de tranzit modern din 1806 pentru Groombridge e observator la Blackheath , The Groombridge Tranzit Cercul (un cerc de tranzit meridian). Ulterior, Troughton a abandonat ideea și a proiectat cercul mural pentru a înlocui cadranul mural.

În Regatul Unit, instrumentul de tranzit și cercul mural au continuat până la mijlocul secolului al XIX-lea să fie instrumentul principal din observatoare, primul cerc de tranzit construit acolo fiind cel de la Greenwich (montat în 1850). Cu toate acestea, pe continent, cercul de tranzit le-a înlocuit din anii 1818–1819, când două cercuri de Johann Georg Repsold și Georg Friedrich von Reichenbach au fost montate la Göttingen și unul de Reichenbach la Königsberg . Firma Repsold and Sons a fost eclipsată timp de câțiva ani de cea a lui Pistor și Martins din Berlin, care au furnizat diverse observatoare cu instrumente de primă clasă. După moartea lui Martins, Repsolds a preluat din nou conducerea și a făcut multe cercuri de tranzit. Observatoarele de la Harvard College , Cambridge University și Edinburgh University aveau cercuri mari de Troughton și Simms .

Cercurile Airy Transit de la Royal Greenwich Observatory (1851) și cel de la Royal Observatory, Cape of Good Hope (1855) au fost realizate de Ransomes și May of Ipswich. Instrumentul Greenwich a lucrat optic și instrumental de către Troughton și Simms la proiectarea lui George Biddell Airy .

Secolul al XX-lea și nu numai

Telescopul de tranzit de scanare astrometrică Ron Stone / Flagstaff al Observatorului USNaval, construit de Farrand Optical Company, 1981

Un exemplu modern al acestui tip de telescop este Telescopul de tranzit cu scanare astrometrică Flagstaff de 8 inci (~ 0,2 m) (FASTT) de la USNO Flagstaff Station Observatory . Cercurile moderne de meridian sunt de obicei automatizate. Observatorul este înlocuit cu o cameră CCD . Pe măsură ce cerul se deplasează pe câmpul vizual, imaginea construită în CCD este tactată pe (și în afara) cipului în același ritm. Acest lucru permite câteva îmbunătățiri:

  • CCD poate colecta lumina atâta timp cât imaginea o traversează, permițând atingerea unei magnitudini limitate mai slabe .
  • Datele pot fi colectate atât timp cât telescopul este în funcțiune - este posibilă o noapte întreagă, permițând scanarea unei fâșii de cer de mai multe grade.
  • Datele pot fi comparate direct cu orice obiect de referință care se întâmplă să fie în scanare - de obicei un obiect luminos extragalactic, ca un quasar , cu o poziție cunoscută cu exactitate. Acest lucru elimină necesitatea unor ajustări minuțioase ale instrumentului meridian, deși monitorizarea declinării , azimutului și nivelului este încă efectuată cu scanere CCD și interferometre laser .
  • Refracția atmosferică poate fi luată în considerare automat, monitorizând electronic temperatura , presiunea și punctul de rouă al aerului .
  • Datele pot fi stocate și analizate după bunul plac.

Primul instrument automat a fost Carlsberg Automatic Meridian Circle , care a intrat online în 1984.

Exemple

Vezi si

Referințe

Atribuire:

Lecturi suplimentare

linkuri externe