Что на циферблате астрономических часов? Наверняка вы сейчас подумали про положения небесных тел. Однако в классическом понимании основная задача этих часов – точно отмерять время. А это не так просто как кажется и требует идеальных условий окружающей среды.
Маятник астрономических часов необходимо защитить от перепадов температуры и изменения атмосферного давления.
В противном случае часы начнут спешить или отставать. Но почему это происходит? Чтобы часы «не врали», период колебания маятника должен быть постоянным. А это в свою очередь зависит от его длины. При изменении температуры происходит либо расширение, либо сжатие материала, из которого изготовлен маятник. Это изменяет его длину и, как следствие, период колебания, что приводит к неточности в измерении времени.
Аналогичный эффект оказывает меняющееся атмосферное давление: когда оно возрастает, маятнику становится сложнее преодолевать сопротивление воздуха, и часы в итоге начинают отставать. Если давление изменится хотя бы на 1 мм ртутного столба, ход часов ускорится либо замедлится на 0,015 секунды.
Что обеспечивает точность астрономических часов
Маятник астрономических часов делают из инвара или суперинвара (сплавов, имеющих низкий коэффициент температурного расширения) и дополнительно устанавливают в часы приспособления, которые компенсируют изменение длины маятника из-за температурных перепадов.
Помимо этого маятник располагают в помещении с постоянной температурой или опускают в подвал на глубину 10-20 метров, где нет суточных температурных перепадов. И вдобавок «заковывают» его в цилиндр, под которым создают постоянное низкое атмосферное давление. Чтобы узнать время, в подвал спускаться не нужно: сам механизм с циферблатом можно размещать в обычных условиях.
В часах Федченко маятник связан с механизмом электрической цепью, а в часах Шорта используются два маятника: свободный и вторичный. Первый находится в тех самых идеальных условиях и при помощи электрической цепи и электромагнитов приводит в действие второй, который уже напрямую управляет механизмом часов.
Что еще показывают астрономические часы
Дополнительно астрономические часы могут усложнить механизмами для определения положения других планет, фазы Луны, предсказания солнечных и лунных затмений и т.д. Принцип работы основан на точных механических или электронных системах, которые моделируют движение небесных объектов в течение суток и года.
Основной элемент – это астролябия или планетарий, который вращается с определенной скоростью, соответствующей движению небесных тел. Например, солнечный диск внутри часов показывает положение Солнца на небе, а лунный механизм – фазу Луны. Эти системы настроены так, чтобы точно воспроизводить реальные движения небесных тел: например, солнечный диск может вращаться так, чтобы показывать восход и закат солнца в конкретной географической широте.
Электронные астрономические часы используют датчики и микропроцессоры для вычисления положения небесных тел в реальном времени. Они подключены к базам данных с точными астрономическими координатами и используют алгоритмы для определения текущего положения Солнца, Луны и планет.
Пражские куранты
Пожалуй, самые впечатляющие астрономические часы – пражские куранты, которые были изобретены еще в 1410 году и работают до сих пор. Помимо астрономического циферблата, в основу которого была положена геоцентрическая система, часы привлекают внимание движущимися фигурками, в числе которых – 12 апостолов, появляющиеся в специальных окошках каждый час. Нижний циферблат показывает число и месяц, день недели и христианские праздники.
Чтобы соорудить такие часы, необходим «черный пояс» по механическому искусству и масса знаний в области астрономии. При этом, как показывает практика, старания себя не оправдывают: астрономы для вычисления положения небесных тел пользуются специальными таблицами (эфемеридами), а для широкой публики гораздо более интересны ненаучные вещи – вроде золотого петуха на пражских курантах, прогоняющего своим криком нечистую силу.