Планетарий ( мн.: планетарии или планетарии ) — театр , построенный в первую очередь для показа образовательных и развлекательных шоу об астрономии и ночном небе или для обучения астронавигации . [1] [2] [3]
Доминирующей особенностью большинства планетариев является большой куполообразный проекционный экран , на котором сцены со звездами , планетами и другими небесными объектами могут реалистично появляться и двигаться, имитируя их движение. Проекцию можно создать различными способами, например, с помощью звездного шара , слайд-проектора , видео , полнокупольных проекторных систем и лазеров. Типичные системы могут быть настроены на имитацию неба в любой момент времени, в прошлом или настоящем, и часто для изображения ночного неба таким, каким оно будет выглядеть из любой точки широты Земли .
Размеры планетариев варьируются от 37-метрового купола в Санкт-Петербурге (Россия) (так называемого «Планетария № 1») до трехметровых надувных переносных куполов, где посетители сидят на полу. Самый большой планетарий в Западном полушарии — планетарий Дженнифер Чалсти в Научном центре Либерти в Нью-Джерси , его купол имеет диаметр 27 метров. Планетарий Бирла в Калькутте, Индия, является крупнейшим по вместимости: 630 мест. [4] В Северной Америке планетарий Хейдена в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке имеет наибольшее количество мест - 423.
Термин «планетарий» иногда используется в общем для описания других устройств, иллюстрирующих Солнечную систему , таких как компьютерное моделирование или планетарий . Программное обеспечение планетария — это программное приложение, которое отображает трехмерное изображение неба на двухмерном экране компьютера или в гарнитуре виртуальной реальности для трехмерного представления. [5] Термин «планетарий» используется для описания профессионального персонала планетария.
Древнегреческому эрудиту Архимеду приписывают создание примитивного устройства-планетария, которое могло предсказывать движения Солнца , Луны и планет . [ нужна цитация ] Открытие Антикиферского механизма доказало, что такие устройства уже существовали в древности , хотя, вероятно, после жизни Архимеда. Кампан из Новары описал планетарный экваториум в своей «Теорике Планетарум» и включил инструкции о том, как его построить. На Готторфском глобусе , построенном около 1650 года, внутри были нарисованы созвездия. [6] Эти устройства сегодня обычно называют оррери (названными в честь графа Оррери ). Фактически, многие планетарии сегодня имеют проекционные системы, которые проецируют на купол Солнечной системы (включая Солнце и планеты до Сатурна ) по их обычным орбитальным траекториям.
В 1229 году, после завершения Пятого крестового похода , император Священной Римской империи Фридрих II Гогенштауфен привез обратно палатку с разбросанными отверстиями, изображающими звезды или планеты . Устройство работало внутри с помощью вращающегося стола, который вращал палатку. [7]
Небольшой размер типичных оррери XVIII века ограничивал их влияние, и к концу того же века ряд педагогов попытались создать версию большего размера. Усилия Адама Уокера (1730–1821) и его сыновей заслуживают внимания, поскольку они пытались соединить театральные иллюзии с образованием. «Эйдуранион » Уокера был сердцем его публичных лекций и театральных представлений. Сын Уокера описывает эту «Тщательно продуманную машину» как «двадцать футов в высоту и двадцать семь в диаметре: она стоит вертикально перед зрителями, а ее шары настолько велики, что их отчетливо видно в самых отдаленных частях театра. Каждый Планета и спутник кажутся подвешенными в космосе без какой-либо поддержки, совершающими свои годовые и суточные обороты без какой-либо видимой причины». Другие лекторы продвигали свои собственные устройства: Р.Э. Ллойд рекламировал свой «Диастродоксон», или «Большой прозрачный Оррери», а к 1825 году Уильям Китченер предлагал свою «Уранологию» диаметром 42 фута (13 м). Эти устройства, скорее всего, пожертвовали астрономической точностью ради развлекательного зрелища и сенсационных и вызывающих трепет образов.
Самый старый, до сих пор действующий планетарий можно найти во фризском городе Франекер . Его построил Эйсе Эйсинга (1744–1828) в гостиной своего дома. Эйсинга потребовалось семь лет, чтобы построить свой планетарий, строительство которого было завершено в 1781 году. [8]
В 1905 году Оскар фон Миллер (1855–1934) из Немецкого музея в Мюнхене заказал обновленные версии планетария с приводом и планетария от М. Зендтнера, а позже работал с Францем Мейером, главным инженером оптического завода Carl Zeiss в Йене , над крупнейшим когда-либо построенный механический планетарий, способный отображать как гелиоцентрическое , так и геоцентрическое движение. Он был выставлен в Немецком музее в 1924 году, строительные работы были прерваны войной. Планеты перемещались по воздушным рельсам, приводимым в движение электродвигателями: орбита Сатурна составляла 11,25 м в диаметре. 180 звезд проецировались на стену с помощью электрических лампочек.
Пока он строился, фон Миллер также работал на заводе Zeiss с немецким астрономом Максом Вольфом , директором обсерватории Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl при Гейдельбергском университете , над новым и новым дизайном, вдохновленным работами Уоллеса В. Этвуда . работами в Чикагской академии наук и идеями Вальтера Бауэрсфельда и Рудольфа Штробеля [9] в Цейссе . Результатом стала конструкция планетария, который будет генерировать все необходимые движения звезд и планет внутри оптического проектора и будет установлен в центре комнаты, проецируя изображения на белую поверхность полушария. В августе 1923 года первый планетарий Цейсса (Модель I) проецировал изображения ночного неба на белую штукатурку 16-метрового полусферического бетонного купола, возведенного на крыше завода Цейсса. Первый официальный публичный показ состоялся в Немецком музее в Мюнхене 21 октября 1923 года. [10]
Когда после войны Германия была разделена на Восточную и Западную Германию, фирма Zeiss также была разделена. Часть осталась в своей традиционной штаб-квартире в Йене , в Восточной Германии , а часть мигрировала в Западную Германию . Дизайнер первых планетариев Zeiss Вальтер Бауэрсфельд также эмигрировал в Западную Германию вместе с другими членами управленческой команды Zeiss. Там он оставался в команде менеджеров Zeiss West до своей смерти в 1959 году.
Западногерманская фирма возобновила производство больших планетариев в 1954 году, а восточногерманская фирма несколько лет спустя начала производить небольшие планетарии. Между тем, отсутствие производителей планетариев привело к нескольким попыткам создания уникальных моделей, например, модели, построенной Калифорнийской академией наук в парке Золотые Ворота в Сан-Франциско , которая действовала в 1952–2003 годах. Братья Коркош построили большой проектор для Бостонского музея науки , который был уникален тем, что был первым (и в течение очень долгого времени единственным) планетарием, проецировавшим планету Уран . Большинство планетариев игнорируют Уран, поскольку он в лучшем случае едва виден невооруженным глазом.
Огромный толчок популярности планетариев во всем мире был обеспечен космической гонкой 1950-х и 60-х годов, когда опасения, что Соединенные Штаты могут упустить возможности нового рубежа в космосе, стимулировали масштабную программу по установке более 1200 планетариев в США. вузы.
Арманд Шпитц признал, что существует жизнеспособный рынок для небольших недорогих планетариев. Его первая модель, «Шпиц А», была разработана для проецирования звезд из додекаэдра , что позволило снизить затраты на обработку при создании глобуса. [11] Планеты не были механизированы, но их можно было перемещать вручную. Затем последовало несколько моделей с различными улучшенными возможностями, пока A3P, который проецировал более тысячи звезд, не имел моторизованных движений для изменения широты, ежедневного движения и годового движения Солнца, Луны (включая фазы) и планет. Эта модель была установлена в сотнях средних школ, колледжей и даже небольших музеев с 1964 по 1980-е годы.
Япония вошла в бизнес по производству планетариев в 1960-х годах, когда Goto и Minolta успешно продавали ряд различных моделей. Гото добился особенного успеха, когда Министерство образования Японии установило одну из своих самых маленьких моделей, E-3 или E-5 (цифры относятся к метрическому диаметру купола) в каждой начальной школе Японии.
Филиппу Стерну, бывшему преподавателю планетария Хайдена в Нью-Йорке , пришла в голову идея создать небольшой планетарий, который можно было бы запрограммировать. Его модель Apollo была представлена в 1967 году с пластиковой программной доской, записанной лекцией и диафильмом. Не имея возможности заплатить за это самому, Штерн стал главой подразделения планетариев Viewlex, средней аудиовизуальной фирмы на Лонг-Айленде . Было создано около тридцати готовых программ для разных классов и публики, а операторы могли создавать свои собственные или запускать планетарий вживую. Покупателям «Аполлона» было предоставлено на выбор два готовых шоу, и они могли купить еще. Несколько сотен были проданы, но в конце 1970-х компания Viewlex обанкротилась по причинам, не связанным с бизнесом планетариев.
В 1970-х годах была разработана киносистема OmniMax (теперь известная как IMAX Dome) для работы на экранах планетариев. Совсем недавно некоторые планетарии переименовали себя в купольные кинотеатры с более широкими предложениями, включая широкоэкранные или «захватывающие» фильмы, полнокупольное видео и лазерные шоу, в которых музыка сочетается с узорами, нарисованными лазером.
Компания Learning Technologies Inc. в Массачусетсе предложила первый легко переносной планетарий в 1977 году. Филип Сэдлер разработал эту запатентованную систему, которая проецировала звезды, фигуры созвездий из многих мифологий , небесные системы координат и многое другое с помощью съемных цилиндров (Viewlex и другие последовали за своими собственными). портативные версии).
Когда Германия воссоединилась в 1989 году, две фирмы Zeiss сделали то же самое и расширили свои предложения, включив в них множество куполов разных размеров.
В 1983 году компания Evans & Sutherland установила первый цифровой проектор для планетария, отображающий компьютерную графику ( планетарий Хансена , Солт-Лейк-Сити, штат Юта) — проектор Digistar I использовал систему векторной графики для отображения звездных полей, а также штриховой графики . Это дает оператору большую гибкость в отображении современного ночного неба не только видимым с Земли , но и видимым из точек, далеко удаленных в пространстве и времени. Новейшие поколения проекторов для планетариев, начиная с Digistar 3 , предлагают полнокупольную видеотехнологию . Это позволяет проецировать любое изображение. [ нужна цитата ]
Купола планетария имеют размеры от 3 до 35 м в диаметре и вмещают от 1 до 500 человек. Они могут быть постоянными или переносными, в зависимости от применения.
Реализм просмотра в планетарии существенно зависит от динамического диапазона изображения, то есть контраста между темным и светлым. Это может быть проблемой в любой купольной проекционной среде, поскольку яркое изображение, проецируемое на одну сторону купола, будет иметь тенденцию отражать свет на противоположную сторону, «поднимая» там уровень черного и, таким образом, делая все изображение менее реалистичным. Поскольку традиционные шоу планетариев состояли в основном из маленьких точек света (т.е. звезд) на черном фоне, это не было серьезной проблемой, но стало проблемой, поскольку цифровые проекционные системы начали заполнять большие части купола яркими объектами (например, , большие изображения солнца в контексте). По этой причине купола современных планетариев часто окрашиваются не в белый, а в средне-серый цвет, что снижает отражение примерно до 35-50%. Это увеличивает воспринимаемый уровень контраста.
Основная задача при строительстве куполов — сделать швы максимально незаметными. Покраска купола после установки — серьезная задача, и если все сделать правильно, швы можно сделать практически невидимыми.
Традиционно купола планетариев устанавливались горизонтально, повторяя естественный горизонт реального ночного неба. Однако, поскольку эта конфигурация требует сильно наклоненных кресел для удобного просмотра «прямо вверх», все чаще купола строятся наклоненными от горизонтали на 5–30 градусов, чтобы обеспечить больший комфорт. Наклоненные купола, как правило, создают излюбленную «зону наилучшего обзора» для оптимального обзора, расположенную в центре примерно на трети высоты купола от самой нижней точки. В наклонных куполах обычно сидячие места расположены в стиле стадиона прямыми ярусными рядами; Горизонтальные купола обычно имеют сиденья в круговых рядах, расположенных концентрическими (обращенными к центру) или эпицентрическими (обращенными вперед) рядами.
Планетарии иногда включают элементы управления, такие как кнопки или джойстики в подлокотниках сидений, чтобы обеспечить обратную связь с аудиторией, которая влияет на шоу в реальном времени .
Часто по краю купола («бухты») располагаются:
Традиционно в планетариях требовалось множество ламп накаливания вокруг бухты купола, чтобы облегчить вход и выход аудитории, имитировать восход и закат солнца , а также обеспечивать рабочее освещение для очистки купола. Совсем недавно стало доступно твердотельное светодиодное освещение, которое значительно снижает энергопотребление и снижает требования к техническому обслуживанию, поскольку лампы больше не нужно менять на регулярной основе.
Самый большой в мире механический планетарий расположен в Монико, штат Висконсин. Планетарий Ковача . Его диаметр составляет 22 фута, а вес - две тонны. Глобус сделан из дерева и приводится в движение мотор-контроллером с регулируемой скоростью. Это самый большой механический планетарий в мире, он больше, чем « Этвуд-Глоуб» в Чикаго (15 футов в диаметре), и в три раза меньше «Хайдена».
Некоторые новые планетарии теперь имеют стеклянный пол , который позволяет зрителям стоять рядом с центром сферы, окруженной проецируемыми изображениями во всех направлениях, создавая впечатление парения в космическом пространстве . Например, в небольшом планетарии AHHAA в Тарту , Эстония , есть такая установка со специальными проекторами для изображения как под ногами зрителей, так и над их головами. [14]
Традиционный проекционный аппарат планетария использует полый шар со светом внутри и отверстием для каждой звезды, отсюда и название «звездный шар». У некоторых самых ярких звезд (например, Сириуса , Канопуса , Веги ) отверстие должно быть настолько большим, чтобы пропускать достаточно света, что в отверстии должна быть небольшая линза, чтобы фокусировать свет в острой точке купола. В более поздних и современных звездных шарах планетариев отдельные яркие звезды часто имеют отдельные проекторы в форме небольших ручных фонариков с фокусирующими линзами для отдельных ярких звезд. Размыкатели контактов не позволяют проекторам выступать ниже «горизонта». [ нужна цитата ]
Звездный шар обычно устанавливается таким образом, чтобы он мог вращаться целиком, чтобы имитировать ежедневное вращение Земли и изменять моделируемую широту на Земле. Обычно существует также средство вращения, создающее эффект прецессии равноденствий . Часто один такой шар прикреплен к южному полюсу эклиптики . В этом случае вид не может идти настолько далеко на юг, чтобы какая-либо пустая область на юге проецировалась на купол. Некоторые звездные проекторы имеют два шарика на противоположных концах проектора, как гантели . В этом случае могут быть показаны все звезды, и вид может быть направлен либо на полюс, либо на любое место между ними. Но необходимо следить за тем, чтобы поля проекций двух шаров совпадали в местах их встречи или перекрытия.
Меньшие проекторы планетариев включают набор неподвижных звезд, Солнца, Луны и планет, а также различных туманностей . Более крупные проекторы также включают кометы и гораздо больший выбор звезд. Можно добавить дополнительные проекторы, чтобы показывать сумерки за пределами экрана (вместе с городскими или деревенскими сценами), а также Млечный Путь . Другие добавляют координатные линии и созвездия , фотографические слайды, лазерные дисплеи и другие изображения.
На каждую планету проецируется остро сфокусированный прожектор , который образует пятно света на куполе. Планетные проекторы должны иметь механизмы для изменения своего положения и, таким образом, имитировать движение планет. Они могут быть следующих типов:
Несмотря на хорошее качество изображения, традиционные проекторы со звездным шаром имеют ряд присущих им ограничений. С практической точки зрения, низкий уровень освещенности требует нескольких минут, чтобы зрители «адаптировались» к темноте . Проекция «Звездного шара» ограничена с точки зрения образования из-за ее неспособности выйти за пределы земного вида ночного неба. Наконец, в большинстве традиционных проекторов различные наложенные проекционные системы не способны обеспечить надлежащее затмение . Это означает, что изображение планеты, проецируемое поверх звездного поля (например), все равно будет показывать звезды, сияющие сквозь изображение планеты, что ухудшает качество просмотра. По этим же причинам в некоторых планетариях звезды показаны ниже горизонта, выступающие на стенах под куполом или на полу, или (с яркой звездой или планетой) сияющие в глазах кого-то из зрителей.
Однако новое поколение оптико-механических проекторов, использующих оптоволоконную технологию для отображения звезд, показывает гораздо более реалистичное изображение неба.
Все большее число планетариев используют цифровые технологии для замены всей системы взаимосвязанных проекторов, традиционно используемых вокруг звездного шара, чтобы устранить некоторые из их ограничений. Производители цифровых планетариев заявляют о снижении затрат на техническое обслуживание и повышении надежности таких систем по сравнению с традиционными «звездными шарами» на том основании, что в них используется мало движущихся частей и обычно не требуется синхронизация движения по куполу между несколькими отдельными системами. Некоторые планетарии сочетают в одном куполе как традиционную оптико-механическую проекцию, так и цифровые технологии.
В полностью цифровом планетарии изображение купола генерируется компьютером, а затем проецируется на купол с использованием различных технологий, включая электронно-лучевую трубку , ЖК-дисплей , DLP или лазерные проекторы. Иногда используется один проектор, установленный рядом с центром купола, с линзой «рыбий глаз» для распространения света по всей поверхности купола, в то время как в других конфигурациях несколько проекторов по горизонту купола расположены так, чтобы плавно сливаться друг с другом.
Все цифровые проекционные системы работают, создавая изображение ночного неба в виде большого массива пикселей . Вообще говоря, чем больше пикселей может отображать система, тем лучше качество просмотра. В то время как первое поколение цифровых проекторов не могло генерировать достаточное количество пикселей, чтобы соответствовать качеству изображения лучших традиционных проекторов «звездного шара», современные системы высокого класса теперь предлагают разрешение, приближающееся к пределу остроты зрения человека .
ЖК-проекторы имеют фундаментальные ограничения на способность проецировать настоящий черный цвет, а также свет, что ограничивает их использование в планетариях. LCOS и модифицированные проекторы LCOS улучшили коэффициент контрастности ЖК-дисплея , а также устранили эффект «экранной двери», возникающий из-за небольших промежутков между ЖК-пикселями. DLP-проекторы с «темным чипом» улучшают стандартную конструкцию DLP и могут предложить относительно недорогое решение с ярким изображением, но уровень черного требует физического подавления проекторов. По мере того, как технология совершенствуется и снижается в цене, лазерная проекция выглядит многообещающе для купольной проекции, поскольку она предлагает яркие изображения, большой динамический диапазон и очень широкое цветовое пространство .
Во всем мире большинство планетариев проводят шоу для широкой публики. Традиционно популярными были шоу для этой аудитории на такие темы, как «Что сегодня вечером в небе?», или шоу, поднимающие актуальные темы, такие как религиозный праздник (часто рождественская звезда ), связанный с ночным небом. Многие заведения отдают предпочтение живому формату, поскольку живой спикер или ведущий может ответить на вопросы аудитории. [ нужна цитата ]
С начала 1990-х годов полнофункциональные трехмерные цифровые планетарии добавили дополнительную степень свободы ведущему, проводящему шоу, поскольку они позволяют моделировать вид из любой точки космоса, а не только вид с Земли, который нам наиболее знаком. с. Эта новая возможность виртуальной реальности путешествовать по Вселенной обеспечивает важные образовательные преимущества, поскольку она наглядно показывает, что космос имеет глубину, помогая зрителям оставить позади древнее заблуждение о том, что звезды застряли внутри гигантской небесной сферы , и вместо этого понять истинную суть. Схема Солнечной системы и за ее пределами. Например, планетарий теперь может «направить» зрителей к одному из знакомых созвездий, таких как Орион , показывая, что звезды, которые с точки зрения Земли кажутся составляющими скоординированную форму, находятся на совершенно разных расстояниях от Земли и так не связано, кроме как в человеческом воображении и мифологии . Для людей с особым зрительным или пространственным восприятием этот опыт может быть более полезным с образовательной точки зрения, чем другие демонстрации.
