Оптика уточняет измерения

Как телескоп, так и микроскоп позволяют увеличить угол, под которым наблюдают предмет. Поэтому даже при сравнительно небольших размерах оптического инструмента точность угловых измерений получается несравненно более высокой, чем с огромными, но лишенными оптики древними угломерными инструментами.

Не сразу после изобретения телескопа (1609) его стали использовать в астрометрии. Лишь в 1671 г. французский академик Жан Пикар (1620-1682) впервые заменил в угломерных инструментах обычные диоптры зрительными трубами. В их фокальной плоскости он укрепил крест паутинных нитей, точка пересечения которых лежала на оптической оси инструмента. Это, новшество сразу же увеличило точность измерения и нашло себе последователей. Уже в 1689 г. датский астроном Оле Рёмер (впервые в 1675 г. измеривший скорость света) построил первый оптический пассажный инструмент (рис. 15). Его 9птическая ось лежала в плоскости небесного меридиана, так что Рёмер мог наблюдать моменты верхних кульминаций звезд, т. е. прохождения их через наивысшее положение над горизонтом. Зрительная труба пассажного инструмента имела, как говорят механики, одну степень свободы - могла двигаться лишь в плоскости небесного меридиана. В начале XIX в. почти одновременно в ряде европейских стран по тому же принципу были построены меридианные круги (рис. 16).

Рис. 15. Пассажный инструмент Рёмера

Рис. 16. Меридианный круг

В отличие от пассажного инструмента, меридианный круг предназначен для измерения склонений звезд. С этой целью на его горизонтальной оси укреплен металлический лимб больших размеров с очень точно градуированными делениями. Наблюдатель измеряет зенитное расстояние звезд в моменты кульминаций. Если звезда кульминирует между небесным экватором и зенитом, ее склонение (см. рис. 2) находят по формуле:

Точность современных меридианных инструментов высока - ошибка в определении склонений звезд не превышает десятой доли секунды дуги!

Хотя идею меридианного круга впервые высказал еще Рёмер, ее практическое осуществление задержалось почти на полтора века - слишком сложным делом оказалось изготовление высокоточных измерительных кругов.

Если при наблюдениях зафиксировать время кульминации звезды, то можно вычислить ее прямое восхождение. Таким образом, меридианные круги используют для измерения экваториальных координат светил.

Пассажные инструменты предназначены для решения обратной задачи: по известному значению прямого восхождения а кульминирующей звезды вычисляют момент времени ее кульминации. Склонение звезды для этого знать не нужно, а потому пассажные инструменты лишены больших градуированных кругов. Вместо них используют небольшие лимбы для приближенной установки трубы пассажного инструмента на нужное зенитное расстояние.

В настоящее время астрономы широко используют переносные угломерные инструменты. Среди них прежде всего назовем универсальный инструмент (рис. 17), труба которого может вращаться как вокруг вертикальной, так и вокруг горизонтальной оси. На этих осях находятся градуированные круги (лимбы), по которым ведется отсчет поворота трубы около осей. Небольшие микроскопы позволяют четче видеть деления на лимбах. На раме прибора укреплены уровни - без них трудно было бы установить инструмент строго горизонтально. Универсал позволяет измерять зенитное расстояние и азимут звезды. Теодолиты - разновидность универсальных инструментов.

Рис. 17. Универсальный инструмент

Существуют небольшие переносные пассажные инструменты, представляющие собой телескоп, вращающийся только вокруг горизонтальной оси (рис. 18). Обычно их ось делается полой, и в нее с помощью призмы направляется луч звезды. Он попадает в окуляр, укрепленный на одном из концов оси. Есть еще зенит-телескоп, предназначенный для измерения разностей зенитных расстояний звезд вблизи зенита, где другие инструменты использовать трудно.

Рис. 18. Переносной пассажный инструмент

От одной минуты дуги до десятых долей секунды - таков прогресс точности астрономических измерений с использованием оптики. Потомки квадрантов, трикветров и астролябий оказались куда совершеннее своих предшественников.