Оррери

Небольшой оррери, показывающий Землю и внутренние планеты.

Оррери — механическая модель Солнечной системы , которая иллюстрирует или предсказывает относительное положение и движение планет и лун , обычно в соответствии с гелиоцентрической моделью . Он также может представлять относительные размеры этих тел; однако, поскольку точное масштабирование часто нецелесообразно из-за фактических больших различий в отношениях, вместо этого можно использовать приглушенное приближение. Хотя у греков были рабочие планетарии , первый планетарий современной эпохи был построен в 1704 году, и один из них был подарен Чарльзу Бойлю, 4-му графу Оррери — отсюда и название. Обычно они приводятся в действие часовым механизмом .механизм с земным шаром, представляющим Солнце в центре, и с планетой на конце каждого из рычагов.

История

Древние версии

Антикитерский механизм (основной фрагмент), ок. 125 г. до н.э.

Карло Дж. Кроче, реконструкция Астрариума Донди , первоначально построенного между 1348 и 1364 годами в Падуе .

Антикитерский механизм , обнаруженный в 1901 году в затонувшем корабле у греческого острова Антикитера и тщательно изученный, продемонстрировал суточные движения Солнца , Луны и пяти известных планет . Он был датирован между 150 и 100 годами до нашей эры. Механизм с ручным приводом Antikythera теперь считается одним из первых оррериев, но в течение многих десятилетий игнорировался, поскольку считался слишком сложным, чтобы быть подлинным. ^[1] Он был геоцентрическим и использовался как механический калькулятор, предназначенный для вычисления астрономических координат.

Согласно Цицерону , римскому философу, писавшему в первом веке до нашей эры, греческий эрудит Посидоний построил планетарную модель.

Ранние версии

Астрономические часы (сторона Венеры-Меркурия), Эберхард Бальдевейн и др., Марбург-Кассель, 1563–1568 гг. - Салон математических и физических наук, Дрезден - DSC08057

В 1348 году Джованни Донди построил первый известный часовой механизм этой системы. Он отображает эклиптическое положение Луны , Солнца , Меркурия , Венеры , Марса , Юпитера и Сатурна в соответствии со сложными геоцентрическими планетарными теориями Птолемея. ^{[2] [3]} Сами часы утеряны, но Донди оставил полное описание своих астрономических зубчатых передач.

Еще в 1650 П. Ширлеус построил геоцентрический планетарий , в котором Солнце было планетой, а Меркурий и Венера вращались вокруг Солнца как его спутники . ^[4]

При дворе Вильгельма IV, ландграфа Гессен-Кассельского , в 1561 и 1563–1568 годах были построены два сложных астрономических часа. Они используют четыре стороны, чтобы показать эклиптические положения Солнца , Меркурия , Венеры , Марса , Юпитера , Сатурна , Луны , Солнца и Дракона (узлов Луны) согласно Птолемею , календарю, восходу и закату, а также автоматизированному астрономическому календарю. шар с анимированным символом Солнца, который впервые на небесном глобусе показывает реальное положение Солнца, включая уравнение времени . ^{[5] [6]}Часы теперь выставлены в Касселе в Астрономико-физическом кабинете и в Дрездене в Математико-физическом салоне.

В De Revolutionibus orbium coelestium , опубликованном в Нюрнберге в 1543 году, Николай Коперник бросил вызов западному учению о геоцентрической вселенной, в которой Солнце ежедневно вращается вокруг Земли . Он заметил, что некоторые греческие философы, такие как Аристарх Самосский , предлагали гелиоцентрическую вселенную. Это упростило кажущееся эпициклическое движение планет, что позволило представить пути планет в виде простых кругов. Это можно смоделировать с помощью шестерен. Усовершенствованные инструменты Тихо Браге производили точные наблюдения за небом (1576–1601 гг.), Иоганн Кеплер(1621) пришел к выводу, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсам . В 1687 году Исаак Ньютон объяснил причину эллиптического движения в своей теории гравитации . ^[7]

Современные оррерии

В Музее истории науки в Оксфорде есть часовня, построенная часовщиками Джорджем Грэмом и Томасом Томпионом, датированная 1710 годом . ^[8] Грэм передал первую модель или ее дизайн знаменитому мастеру инструментов Джону Роули из Лондона, чтобы он сделал копию для принца Евгения Савойского . Роули было поручено сделать еще одну копию для своего покровителя Чарльза Бойля, 4-го графа Оррери , от которого устройство и получило свое название на английском языке. ^{[9] [10]} Эта модель была подарена сыну Чарльза Джону, впоследствии 5-му графу Корк и 5-му графу Оррери . Независимо, Христиан Гюйгенсопубликовал в 1703 году детали гелиоцентрической планетарной машины, которую он построил, когда жил в Париже между 1665 и 1681 годами. Он рассчитал зубчатые передачи, необходимые для представления года в 365,242 дня, и использовал это для получения циклов главных планет. ^[4]

На картине Джозефа Райта « Философ, читающий лекцию об Оррери», в которой лампа ставится вместо Солнца (ок. 1766 г.), которая висит в Музее и художественной галерее Дерби , изображена группа, слушающая лекцию естествоиспытателя . . Солнце в медном оррери дает единственный свет в комнате. Планер, изображенный на картине, имеет кольца, которые придают ему вид, похожий на армиллярную сферу . Таким образом, демонстрация смогла изобразить затмения . ^[11]

Чтобы представить это в хронологическом контексте, в 1762 году морской хронометр Джона Харрисона впервые позволил точно измерить долготу . В 1766 году астроном Иоганн Даниэль Тициус впервые продемонстрировал, что среднее расстояние каждой планеты от Солнца можно представить в виде следующей прогрессии:

${\displaystyle {\frac {4+0}{10}},{\frac {4+3}{10}},{\frac {4+6}{10}},{\frac {4+12}{10}},{\frac {4+24}{10}},{\frac {4+48}{10}},.....}$

То есть 0,4, 0,7, 1,0, 1,6, 2,8, 5,2... Цифры относятся к астрономическим единицам , среднему расстоянию между Солнцем и Землей, которое составляет 1,496×10 ⁸ км (93×10 ⁶ миль). Derby Orrery не показывает среднее расстояние, но демонстрирует относительное движение планет.

Планетарий Эйзинга был построен с 1774 по 1781 год Эйзе Эйзинга в его доме во Франекере , в Нидерландах. Он отображает планеты по ширине потолка комнаты и работает почти постоянно с момента своего создания. ^[12] Этот планетарий представляет собой планетарий в обоих смыслах этого слова: сложная машина, показывающая планетарные орбиты, и театр для изображения движения планет. Дом Эйсинга был куплен голландской королевской семьей, которая дала ему пенсию.

В 1764 году Бенджамин Мартин разработал планетарную модель нового типа, в которой планеты несли на латунных рычагах, ведущих из ряда концентрических или коаксиальных трубок. С этой конструкцией было трудно заставить вращаться планеты и заставить луны вращаться вокруг планет. Мартин предположил, что обычная система орбит должна состоять из трех частей: планетария, где планеты вращаются вокруг Солнца, теллура (также теллура или теллура ), показывающего наклонную ось Земли и то, как она вращается вокруг Солнца, и лунария, в котором показал эксцентрическое вращение Луны вокруг Земли. В одном случае эти три механизма можно было установить на общем столе, отдельно используя центральный шпиндель в качестве основного двигателя. ^[1]

Объяснение

Все оррерии - это планетарии или планетарии (альтернативное множественное число). Термин « оррери » существует только с 1714 года. Большой оррери — это тот, который включает в себя внешние планеты , известные на момент его создания. Слово « планетарий » было захвачено и теперь обычно относится к полусферическим театрам, в которых изображения ночного неба проецируются на поверхность над головой. Планетарии (оррерии) могут иметь самые разные размеры: от ручных до комнатных. Оррери используется для демонстрации движения планет, а механическое устройство, используемое для предсказания затмений и транзитов , называется астрариумом .

Планета должна правильно включать Солнце, Землю и Луну (плюс, возможно, другие планеты). Модель, включающая только Землю, Луну и Солнце, называется теллурием или теллуром, а модель, включающая только Землю и Луну, — лунарием . Джовилабе — модель Юпитера и его спутников. ^[13]

Планетарий покажет период обращения каждой планеты и скорость вращения , как показано в таблице выше. Теллурий покажет Землю с Луной, вращающейся вокруг Солнца. Он будет использовать угол наклона экватора из таблицы выше, чтобы показать, как он вращается вокруг своей оси. Он покажет земную Луну, вращающуюся вокруг Земли. ^[14] Лунарий предназначен для демонстрации сложных движений Луны , когда она вращается вокруг Земли.

Orreries обычно не строятся в масштабе . Человеческие планеты, в которых люди движутся как планеты, также были построены, но большинство из них временные. В обсерватории Армы в Северной Ирландии есть постоянная человеческая орбита , в которой есть шесть древних планет, Церера , а также кометы Галлея и Энке . Уран и другие планеты также показаны, но довольно ограниченно. ^[15]Другой находится в Обсерватории Sky's the Limit и Центре природы в Твентинайн-Палмс, Калифорния. Это точная шкала (20 миллиардов к одному), точная позиция (с точностью до четырех дней) человеческого земного шара. Первые четыре планеты расположены относительно близко друг к другу, но для посещения следующих четырех требуется определенное количество пеших прогулок. ^[16] Французская группа F-HOU инициировала перепись всех постоянных человеческих планет с новой целью изучить их влияние на образование в школах. ^[17] Доступна карта известных человеческих планет. ^[18]

Обычные механические часы можно было бы использовать для создания чрезвычайно простого часового пояса с Солнцем в центре, Землей на минутной стрелке и Юпитером на часовой стрелке; Земля сделает 12 оборотов вокруг Солнца на каждый 1 оборот Юпитера. Фактический год Юпитера длится 11,86 земных года, поэтому этот конкретный пример быстро теряет точность. Настоящий круговорот был бы более точным и включал бы больше планет и, возможно, заставлял бы планеты вращаться.

Проекционные орбиты

Многие планетарии (здания) имеют проекционный оррери , который проецирует на купол планетария Солнце с точками или небольшими изображениями планет. Обычно они ограничены планетами от Меркурия до Сатурна , хотя некоторые из них включают Уран . Источники света для планет проецируются на зеркала, которые связаны с двигателем, который приводит в движение изображения на куполе. Обычно Земля совершает оборот вокруг Солнца за одну минуту, в то время как другие планеты завершают оборот по орбите за периоды времени, пропорциональные их фактическому движению. Таким образом, Венере, которая совершает оборот вокруг Солнца за 224,7 дня, потребуется 37 секунд, чтобы совершить полный оборот по орбите, а Юпитеру потребуется 11 минут 52 секунды.

Некоторые планетарии воспользовались этим, чтобы использовать оррерии для имитации планет и их лун. Таким образом, Меркурий обращается вокруг Солнца за 0,24 земного года, а Фобос и Деймос вращаются вокруг Марса с аналогичным соотношением времени 4:1. Операторы планетария, желая показать это, надели на Солнце красную шапочку (чтобы оно напоминало Марс) и выключили все планеты, кроме Меркурия и Земли. Подобные трюки можно использовать, чтобы показать Плутон и его пять спутников.

Известные оррерии

Сапожник Джон Фултон из Фенвика, Эйршир, построил три в период с 1823 по 1833 год. Последний находится в Художественной галерее и музее Келвингроув в Глазго .

Планетарий Franeker , построенный чесальщиком шерсти по имени Eise Eisinga в собственной гостиной в маленьком городке Franeker во Фрисландии , на самом деле является планетарием. Он был построен между 1774 и 1781 годами. «Лицо» модели смотрит вниз с потолка комнаты, при этом большая часть механических работ находится в пространстве над потолком. Он приводится в движение маятниковыми часами, имеющими 9 весов или прудов. Планеты перемещаются по модели в реальном времени. ^[19]

Инновационная концепция состоит в том, чтобы люди играли роль движущихся планет и других объектов Солнечной системы. Такая модель, называемая человеческим летательным аппаратом, была с точностью выложена в обсерватории Армы . ^[15]

В популярной культуре

• Строительная система Meccano является популярным инструментом для создания высокоточных планет. Модель 391, первый Meccano Orrery, была описана в Руководстве по Meccano за июнь 1918 года. ^{[20] [21]}
• В предыстории фильма 1982 года «Темный кристалл » УрСкек ТекТих с помощью своего товарища УрСкека ШодЙода построил гигантский автоматический орбитальный аппарат для Огры в обсерватории на вершине горы, где она живет.
• В научно-фантастическом фильме 2000 года «Черная дыра» орбитальный корабль использовался для демонстрации предстоящего затмения планеты.
• В историческом романе Кейт Гренвилл «Комната, сделанная из листьев » 2020 года импровизированный планетарий, сделанный из обрезков, найденных в ранней колонии Нового Южного Уэльса первым астрономом колонии Уильямом Доусом , служит метафорой желания человеческой любви. в целом и развивающиеся вымышленные отношения Элизабет Макартур с Доусом в частности.

Смотрите также

использованная литература

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Orreries .

• Симулятор солнечной системы JPL
• Фонд Long Now Orrery
• Пенсильванский университет Оррери