stringtranslate.com

Квадрант (инструмент)

Большой квадрант рамы в Пекинской древней обсерватории . Он был построен в 1673 году.

Квадрант — это инструмент , используемый для измерения углов до 90° . Различные версии этого инструмента могли использоваться для вычисления различных показаний, таких как долгота , широта и время суток . Его самое раннее зарегистрированное использование было в Древней Индии во времена Ригведы Риши Атри для наблюдения солнечного затмения. [1] [2] Затем он был предложен Птолемеем как лучший вид астролябии . [3] Несколько различных вариаций инструмента были позже созданы средневековыми мусульманскими астрономами . Настенные квадранты были важными астрономическими инструментами в европейских обсерваториях 18-го века , устанавливая использование позиционной астрономии .

Этимология

Термин квадрант , означающий одну четвертую, относится к тому факту, что ранние версии инструмента произошли от астролябии. Квадрант сжимал работу астролябии в область размером в одну четвертую часть от лицевой стороны астролябии; по сути, это была четверть астролябии.

История

Птолемей, использующий квадрант
Квадрант на турецкой иллюстрации

Во времена Ригведы в Древней Индии квадранты, называемые «Туреям», использовались для измерения масштаба великого солнечного затмения . Использование Туреяма для наблюдения солнечного затмения Риши Атри описано в пятой мандале Ригведы , [ 1] [2], скорее всего, между 1500 и 1000 годами до н. э. [4]

Ранние описания квадранта также встречаются в « Альмагесте» Птолемея , датируемом примерно 150 годом н. э. Он описал «постамент», который мог измерять высоту полуденного солнца, проецируя тень колышка на градуированную дугу в 90 градусов. [5] Этот квадрант отличался от более поздних версий инструмента; он был больше и состоял из нескольких подвижных частей. Версия Птолемея была производной от астролябии, и целью этого элементарного устройства было измерение меридионального угла солнца.

Исламские астрономы в Средние века усовершенствовали эти идеи и построили квадранты по всему Ближнему Востоку, в таких обсерваториях, как Мараге , Рей и Самарканд . Сначала эти квадранты обычно были очень большими и неподвижными, и их можно было вращать в любом направлении, чтобы получить как высоту, так и азимут для любого небесного тела. [5] Поскольку исламские астрономы достигли успехов в астрономической теории и точности наблюдений, им приписывают разработку четырех различных типов квадрантов в Средние века и позже. Первый из них, синусный квадрант , был изобретен Мухаммадом ибн Мусой аль-Хорезми в 9 веке в Доме Мудрости в Багдаде. [6] : 128  Другими типами были универсальный квадрант, хорарный квадрант и квадрант астролябии.

В Средние века знания об этих инструментах распространились по Европе. В 13 веке еврейский астроном Яаков бен Махир ибн Тиббон ​​сыграл решающую роль в дальнейшем развитии квадранта. [7] Он был искусным астрономом и написал несколько томов по этой теме, включая влиятельную книгу, подробно описывающую, как построить и использовать улучшенную версию квадранта. Квадрант, который он изобрел, стал известен как novus quadrans , или новый квадрант. [8] Это устройство было революционным, потому что это был первый квадрант, который был построен, не включающий в себя несколько движущихся частей и, таким образом, мог быть намного меньше и более портативным.

Еврейские рукописи Тиббона были переведены на латынь и улучшены датским ученым Питером Найтингейлом несколько лет спустя. [9] [10] Благодаря переводу Тиббон, или Профатиус Иудей, как его называли на латыни, стал влиятельным именем в астрономии. Его новый квадрант был основан на идее, что стереографическая проекция, которая определяет планисферическую астролябию, все еще может работать, если части астролябии сложить в один квадрант. [11] Результатом стало устройство, которое было намного дешевле, проще в использовании и более портативным, чем стандартная астролябия. Работа Тиббона имела большой охват и повлияла на Коперника , Христофора Клавия и Эразма Рейнгольда ; а его рукопись была упомянута в «Божественной комедии» Данте . [7]

Поскольку квадрант стал меньше и, следовательно, более портативным, его ценность для навигации вскоре была осознана. Первое задокументированное использование квадранта для навигации в море относится к 1461 году, его сделал Диогу Гомеш . [12] Моряки начали с измерения высоты Полярной звезды, чтобы определить свою широту. Такое применение квадрантов обычно приписывают арабским морякам, которые торговали вдоль восточного побережья Африки и часто путешествовали вне видимости земли. Вскоре стало более распространенным измерять высоту солнца в определенное время из-за того, что Полярная звезда не видна к югу от экватора.

В 1618 году английский математик Эдмунд Гюнтер дополнительно адаптировал квадрант с помощью изобретения, которое стало известно как квадрант Гюнтера. [13] Этот карманный квадрант был революционным, потому что на нем были нанесены проекции тропиков, экватора, горизонта и эклиптики. С правильными таблицами можно было использовать квадрант, чтобы найти время, дату, продолжительность дня или ночи, время восхода и захода солнца и меридиан. Квадрант Гюнтера был чрезвычайно полезен, но у него были свои недостатки: шкалы применялись только к определенной широте, поэтому использование инструмента было ограничено в море.

Типы

Гравюра с фрагмента фрески Тихо Браге « Квадрант в Ураниборге » , 1598 г., изображающая двое часов.

Существует несколько типов квадрантов:

Их также можно классифицировать как: [15]

Хорарный квадрант для широты около 51,5°, как показано в инструктивном тексте 1744 года: Чтобы найти час дня: положите нить точно на день месяца, затем удерживайте ее, пока не проскользнете маленькой бусиной или головкой булавки [по нити] так , чтобы она оказалась на одной из 12-часовых линий; затем позвольте Солнцу светить из точки G в другую на D, при этом отвес свободно висит, бусина будет находиться на часе дня.
  1. Синусный квадрант (араб. Rubul Mujayyab) — также известный как синусоидальный квадрант — использовался для решения тригонометрических задач и проведения астрономических наблюдений. Он был разработан аль-Хорезми в Багдаде 9-го века и был распространен до 19-го века. Его определяющей чертой является сетка, похожая на миллиметровую бумагу, с одной стороны, которая разделена на шестьдесят равных интервалов на каждой оси, а также ограничена градуированной дугой в 90 градусов. К вершине квадранта был прикреплен шнур с бусиной для расчета и отвесом. Их также иногда рисовали на задней стороне астролябий.
  2. Универсальный (шакказия) квадрант – используется для решения астрономических задач для любой широты: Эти квадранты имели один или два набора сеток шакказия и были разработаны в четырнадцатом веке в Сирии. Некоторые астролябии также напечатаны на обратной стороне с универсальным квадрантом, как астролябия, созданная Ибн аль-Сарраджем.
  3. Хорарный квадрант — используется для определения времени по солнцу: хорарный квадрант можно было использовать для определения времени как в равных, так и в неравных (продолжительность дня делится на двенадцать) часах. Были созданы различные наборы отметок для равных или неравных часов. Для измерения времени в равных часах хорарный квадрант можно было использовать только для одной определенной широты, в то время как квадрант для неравных часов можно было использовать в любом месте на основе приблизительной формулы. Один край квадранта должен был быть выровнен с солнцем, и после выравнивания бусина на отвесе, прикрепленная к центру квадранта, показывала время дня. Британская версия, датированная 1311 годом, была указана Christie's в декабре 2023 года с заявлением о том, что это «самый ранний датированный английский научный инструмент» без указания какого-либо происхождения. [17] Существует еще один пример, датированный 1396 годом, из европейских источников ( Ричард II Английский). [18] Самый старый хорарный квадрант был найден во время раскопок в 2013 году в ганзейском городе Зютфен (Нидерланды), датируется примерно 1300 годом и находится в местном музее Стеделейк в Зютфене. [19] [20]
  4. Квадрант астролябии/ альмукантара – квадрант, развившийся из астролябии: этот квадрант был отмечен одной половиной типичной пластины астролябии, поскольку пластины астролябии симметричны. Шнур, прикрепленный к центру квадранта с бусиной на другом конце, был перемещен, чтобы представить положение небесного тела (солнца или звезды). Эклиптика и положение звезд были отмечены на квадранте для вышеуказанного. Неизвестно, где и когда был изобретен квадрант астролябии, существующие квадранты астролябии имеют либо османское, либо мамлюкское происхождение, в то время как были обнаружены египетские трактаты двенадцатого века и сирийские трактаты четырнадцатого века по квадранту астролябии. Эти квадранты оказались очень популярной альтернативой астролябиям.

Геометрический квадрант

Геометрический квадрант с отвесом.

Геометрический квадрант — это панель в четверть круга, обычно из дерева или латуни. Маркировка на поверхности могла быть напечатана на бумаге и приклеена к дереву или нанесена непосредственно на поверхность. Медные духовые инструменты имели маркировку, нанесенную непосредственно на латунь.

Для морской навигации самые ранние образцы были найдены около 1460 года. Они не были градуированы в градусах, а имели широты наиболее распространенных пунктов назначения, непосредственно начерченные на лимбе. При использовании навигатор плыл на север или юг, пока квадрант не показывал, что он находится на широте пункта назначения, поворачивал в направлении пункта назначения и плыл к пункту назначения, сохраняя курс постоянной широты. После 1480 года больше инструментов стали делать с лимбами, градуированными в градусах. [21]

Вдоль одного края располагались два прицела, образующие алидаду . Отвес подвешивался на линии, проведенной из центра дуги вверху.

Чтобы измерить высоту звезды, наблюдатель должен был смотреть на звезду через прицел и держать квадрант так, чтобы плоскость инструмента была вертикальной. Отвес висел вертикально, а линия указывала показания на градуировке дуги . Нередко второй человек снимал показания, пока первый концентрировался на наблюдении и удерживании инструмента в правильном положении.

Точность прибора ограничивалась его размером и влиянием ветра или движения наблюдателя на отвес. Для штурманов на палубе движущегося корабля эти ограничения могли быть труднопреодолимыми.

Наблюдения за Солнцем

Рисунок заднего наблюдательного квадранта. Этот инструмент использовался в качестве рейки для измерения высоты солнца путем наблюдения за положением тени на инструменте.

Чтобы не смотреть на солнце, чтобы измерить его высоту, навигаторы могли держать инструмент перед собой, так чтобы солнце было сбоку. Заставив флюгер, направленный на солнце, отбрасывать тень на нижний флюгер, можно было выровнять инструмент по солнцу. Необходимо было позаботиться о том, чтобы была определена высота центра солнца. Это можно было сделать, усреднив высоты верхней и нижней тени в тени.

Задний квадрант наблюдения

Для измерения высоты солнца был разработан задний наблюдательный квадрант. [21]

С таким квадрантом наблюдатель смотрел на горизонт через визирный флюгер (C на рисунке справа) через щель в горизонтальном флюгере (B). Это обеспечивало горизонтальное положение прибора. Наблюдатель перемещал теневой флюгер (A) в положение на градуированной шкале так, чтобы его тень казалась совпадающей с уровнем горизонта на горизонтальном флюгере. Этот угол был высотой солнца.

Обрамленный квадрант

Большие квадранты рамок использовались для астрономических измерений, в частности, для определения высоты небесных объектов . Они могли быть постоянными установками, такими как настенные квадранты . Меньшие квадранты могли перемещаться. Как и аналогичные астрономические секстанты , их можно было использовать в вертикальной плоскости или делать регулируемыми для любой плоскости.

Установив их на пьедестал или другую опору, их можно было использовать для измерения углового расстояния между любыми двумя небесными объектами.

Подробная информация об их конструкции и использовании по сути такая же, как и у астрономических секстантов ; подробности см. в этой статье.

Военно-морской флот: Используется для измерения возвышения корабельных пушек, квадрант должен был быть помещен на цапфу каждой пушки, чтобы оценить дальность, после заряжания. Показания снимались в верхней части крена корабля, пушка корректировалась и проверялась, снова в верхней части крена, и он переходил к следующей пушке, пока все, которые должны были выстрелить, не были готовы. Корабельный канонир был проинформирован, который, в свою очередь, сообщил капитану... Вы можете стрелять, когда будете готовы... при следующем высоком крене пушка выстрелит.

В более современных приложениях квадрант крепится к кольцу цапфы или большой морской пушки, чтобы выровнять его по отметкам, приваренным к палубе корабля. Это делается для того, чтобы гарантировать, что стрельба из пушки не «деформировала палубу». Плоская поверхность на орудийной рубке или башне также проверяется по отметкам, также, чтобы убедиться, что большие подшипники и/или дорожки подшипников не изменились... для «калибровки» пушки.

Настройка

В средние века производители часто добавляли настройки, чтобы произвести впечатление на человека, для которого предназначался квадрант. В больших, неиспользуемых местах на инструменте часто добавляли сигил или значок, чтобы обозначить принадлежность важному лицу или преданность владельца. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab GV Raghava Rau (1949). Священное Писание Небес. Ananda Press. стр. 8.
  2. ^ ab Университет Калькутты (1924). Журнал кафедры науки Том 6. Университет Калькутты. Кафедра науки. стр. 57.
  3. ^ Кинг, Генри К. (2003) [1955]. История телескопа . Dover Publications . ISBN 978-0-486-43265-6.
  4. ^ Витцель, Майкл (2019). «За пределами полета сокола». В Тапаре, Ромила (ред.). Кто из нас арийцы?: переосмысление концепции нашего происхождения . Алеф. стр. 11. ISBN 978-93-88292-38-2. Кстати, индоарийские заимствования в митанни подтверждают дату Ригведы примерно 1200–1000 гг. до н. э. Ригведа — текст позднего бронзового века, то есть до 1000 г. до н. э. Однако митанни имеют форму индоарийского, которая немного старше этой... Очевидно, что Ригведа не может быть старше примерно 1400 г., а принимая во внимание период, необходимый для языковых изменений, она не может быть намного старше примерно 1200 г. до н. э.
  5. ^ ab Аккерман, Силке; Ван Гент, Роберт. «Квадрант». Эпакт: Научные инструменты средневековой и ренессансной Европы . Музей истории науки.
  6. ^ ab King, David A. (1987). Исламские астрономические инструменты . Лондон: Variorum Reprints. ISBN 0860782018.
  7. ^ ab O'Connor, JJ "Якоб бен Махир ибн Тиббон". Биография Тиббона . Университет Сент-Эндрюс.
  8. ^ "Квадрант Астролябии". Астролябии . Архивировано из оригинала 2018-07-21.
  9. ^ "Питер Филомена из Дакии, также известный как Петрус Дакус, Петрус Данус, Питер Найтингейл". Encyclopedia.com . Полный словарь научной биографии.
  10. ^ Линдберг, Дэвид С., ред. (1988). Наука в средние века . Чикаго, Иллинойс [ua]: Univ. of Chicago Press. ISBN 0226482332.
  11. ^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Кембридж: Cambridge University Press. ISBN 0521408997.
  12. ^ "Quadrant". Кафедра математики . Университет Сингапура. Архивировано из оригинала 2018-10-06.
  13. ^ ab "Gunter Quadrant". Национальный музей американской истории . Смитсоновский институт . Получено 25 апреля 2018 г.
  14. ^ Дрейер, Джон (2014). Тихо Браге . Cambridge University Press. ISBN 978-1-108-06871-0.
  15. ^ Тернер, Джерард Л'Э. (1980). Антикварные научные приборы . Blandford Press Ltd. ISBN 0-7137-1068-3.
  16. ^ Дэвис, Джон (сентябрь 2011 г.). "Средневековый квадрант Гюнтера?" (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 23 (iii) . Получено 25 апреля 2018 г. .
  17. ^ "Мастер квадранта Четвуда. Английский хорарный квадрант, около 1311 года". Christies Ltd. Декабрь 2023 г. Получено 9 декабря 2023 г.
  18. ↑ Клейтон Блум (9 ноября 2011 г.). «Часы 14-го века найдены в сарае фермы в Квинсленде». ABC News Online . Получено 10 ноября 2011 г.
  19. ^ Дэвис, Джон (март 2014 г.). «Зютфенский квадрант – очень ранний равночасовой инструмент, найденный при раскопках в Нидерландах» (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 26 (i): 36–42 . Получено 31 мая 2018 г. .
  20. ^ Фермин, Б.; Кастелен, Д. (2013). Хет Зутфенсе Квадрант. Archeologisch onderzoek in de gracht van de Ringwalburg op de Houtmarkt te Zutphen [ Квадрант Зютфена. Археологические исследования во рву Рингвальбурга на Хаутмаркте в Зютфене ] (на голландском языке). Зутфен: Археологические публикации Зутфенсе 80. doi :10.17026/dans-xyp-9pzw.
  21. ^ ab May, William Edward (1973). История морского судоходства . Хенли-он-Темз, Оксфордшир: GT Foulis & Co. Ltd. ISBN 0-85429-143-1.
  22. ^ Силке Акерманн и Джон Черри (1999). «Ричард II, Джон Холланд и три средневековых квадранта». Annals of Science . 56 (1): 3–23. doi :10.1080/000337999296508.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Квадранты (инструмент) .