Астрономические часы: описание, особенности конструкции. Известные астрономические часы

Термин "астрономические часы" в различных справочниках имеет неоднозначный смысл. Современные энциклопедии и научные источники категорично утверждают, что это точный прибор, применяемый при астрономических наблюдениях и для хранения времени (и далее - допустимая абсолютная погрешность в миллисекундах). "Словарь Брокгауза и Эфрона" приводит и второе толкование.

Какие часы считать астрономическими?

По определению этого издания, астрономическими часами может считаться устройство, выполняющее функции не только прецизионного хронометра, но и "механического" планетария, демонстрирующего движение крупных небесных тел Солнечной системы, фазы Луны в проекции на звездное небо. Самые сложные часы такого класса способны отражать более сотни разнообразных переменных, имеющих непосредственное отношение к астрономии, а лучшие образцы являются не только произведениями высокого инженерного искусства, но и величайшими шедеврами мировой культуры.

Антикитерский артефакт

Поднятые с морского дна вблизи острова Антикитера (Греция) в 1902 году фрагменты древнего механизма повергли в шок археологов и исследователей. Возраст значительно поврежденных временем деталей (бронзовых шестерен, циферблатов и стрелок) оценили в 2 200 лет. До этой находки самые смелые предположения об изобретении и создании шестереночных передач относили к 800 году.

Более ста лет фрагменты тщательно изучались, расшифровывались чудом уцелевшие надписи. Лишь применение современных методов исследований (компьютерной томографии, полиномиального картирования текстур) позволили создать модель антикитерского механизма и определить его функциональные возможности. Устройство идентифицировали не только как астрономические часы, демонстрирующие текущее положение Солнца, Луны и пяти известных на тот момент планет на фоне зодиакальных созвездий, но и как первую в истории человечества аналоговую вычислительную машину, способную определить их место на небесной сфере в любой момент прошлого и будущего, производить арифметические действия. Изучение артефакта продолжаются, и, возможно, нас ждут новые открытия.

Творение Джованни Донди

В исторических источниках существуют довольно ранние упоминания о часовых мастерах и их изделиях, но прошедшие столетия не оставили ни имен, ни каких-либо подробностей. Часы Дж. Донди - это первое устройство подобного рода, существование которого подтверждено документально.

Сам механизм итальянского часовщика, к сожалению, не сохранился. Он был сожжен вместе с монастырем Св. Юста, где хранился до 1809 года. Историки располагают лишь его подробным описанием, сделанным самим итальянцем.

Дж. Донни (1318-1387 гг.) создавал свое творение более 15 лет. Астрономические часы ("Астрариум") были установлены на площади в Падуе в 1364 г. Применяемые технические решения минимум на столетие опережали время. Так, для компенсации либрации Луны (незначительных маятникообразных колебаний), мастер применил шестерни с неравномерным угловым расстоянием между зубцами. По циферблатам можно было определить ежегодные даты переходящих католических праздников.

Известные астрономические часы

Многие механические планетарии стали украшением и неотъемлемой частью городов Западной Европы. Среди них часы на Кафедральных соборах Страсбурга (Франция) и Лунда (Швеция), городской площади Оломоуца (Чехия), а также знаменитые куранты Файхтингера (Австрия, Линц). Астрономические часы собора Святого Петра (Бове, Франция) считаются крупнейшими в мире (1868 г). При высоте 12 м, ширине - 6 м и глубине около 3 метров изделие содержит более 90 тысяч деталей.

А одними из старейших в мире признаются Лионские башенные часы, первое упоминание о которых относится к 1379 году. По их трем циферблатам можно узнать время и календарные данные, расположение небесных тел над французским городом и церковные праздники до 2019 года.

В 1562 г. часы были разрушены, но к концу XVII века восстановлены Гийомом Нурриссоном. При реставрации был добавлен еще один ярус. С полудня и до 15.00 о каждом прошедшем часе возвещает крик петуха, и под мелодичный колокольный перезвон автоматические фигурки разыгрывают сцены Благовещения.

Астрономические часы в Праге

Староместский Орлой - куранты, получившее собственное имя и ставшие настоящим символом столицы Чехии. Они украшают башню городской ратуши с 1410 года. Автор проекта часов - астроном и математик Ян Шиндель. По его эскизам мастер из Кадани Микулаш изготовил самую старую часть Орлоя - часовой и астрономический механизмы.

Скульптурное оформление было выполнено в мастерских архитектора П. Парлержа. И если не брать в расчет обязательные реставрационные работы, гости чешской столицы видят куранты практически в первозданном виде. Исключение составляют указатель лунных фаз, оборудованный в 1597 г., фигурки Смерти и двенадцати апостолов (1659 г.).

Первоначальный календарный циферблат, изготовленный в конце XV века мастером Яном Руже, не сохранился. Автор нынешнего варианта - пражский архивариус К. Я. Эрбен. Механизм был смонтирован в 1866 году. Художественное оформление циферблата сегодня - очередная копия оригинальной работы художника Й. Манеса.

Орлой - не просто астрономические часы. В Праге с ним связано множество легенд, одна из которых утверждает, что народу Чехии ничего не грозит, пока движутся стрелки Орлоя.

От башенных к карманным

С течением времени астрономические функции стали популярными и в хронометрах личного пользования - в напольных, настольных и даже карманных устройствах.

Уникальные астрономические часы, созданные крепостным уральским изобретателем Е. Г. Кузнецовым (Жепинским) более 250 лет назад, сегодня можно увидеть в историко-техническом музее "Дом Черепановых" (Н. Тагил). Лицевая панель, кроме циферблата, показывающего часы и минуты, содержит прорези для демонстрации фаз Луны и положения Солнца. Календарный механизм, в дополнение к привычным данным (число, месяц, год), показывает Святцы - в отдельном окошке выводится имя святого, соответствующее определенному дню. Часы воспроизводят шесть музыкальных композиций. Театральная часть изображает кузнечную мастерскую.

Вызывают восхищение и устройства других гениальных русских механиков и изобретателей - И. П. Кулибина, Л. С. Нечаева.

Дело всей жизни

Датчанин Йенс Ольсен посвятил своим часам всю жизнь. С детских лет он мечтал быть часовым мастером, а увидев в 1897 г. астрономические часы в г. Страсбурге, задумал создать не менее совершенный механизм. На расчеты и составление чертежей у мастера ушло около 30 лет. Только в 1943 г. ему были выделены необходимые деньги. Реализация проекта заняла еще 12 лет, и, к сожалению, Ольсен не увидел свои часы в металле и стекле. Он умер в 1945 г., а работу продолжил его ученик О. Мортенсен.

Часы Йенса Ольсена на момент пуска в декабре 1955 года в Копенгагенском муниципалитете были признаны самым сложным механическим устройством на планете (15448 деталей).

Кроме привычных функций, часы Ольсена показывают движение всех известных планет (кроме Плутона), прецессию земной оси (оборот за 25753 г.) и звездное небо над Данией, демонстрируя при этом поразительную точность (погрешность хода 0,4 секунды за 300 лет).

Хранители времени

Не стоит забывать еще об одной функции звездных хронометров - хранении точного времени. До двадцатого века эта задача возлагалась на точные астрономические часы с секундным маятником. Для обеспечения равномерности колебаний старались создать идеальные условия:

• постоянную температуру;
• пониженное давление воздуха;
• устранение или компенсацию даже незначительных сторонних механических воздействий.

Высокую точность демонстрируют приборы Шорта с двумя маятниками и пределом суточной вариации хода до 0,003 сек. Уменьшить на порядок это значение удалось в пятидесятых годах прошлого века советскому ученому и инженеру Ф. М. Федченко, путем улучшения термокомпенсации маятника и разработки новой конструкции подвеса.

Суть изобретения состоит в том, что свободный маятник связан с часовым механизмом циферблата только электрической цепью, что позволяет поместить герметичный цилиндр с маятником в идеальных условиях (глубокий подвал или термостатированное помещение), а хронометр - непосредственно на месте наблюдений. Электронно-механические астрономические часы Федченко завершили эволюцию маятниковых устройств.

Атомные стандарты

Кварцевые часы не получили распространения в качестве эталонного образца времени. Хотя точность их хода составляет несколько тысячных долей секунды в сутки, кристалл кварца подвержен старению, и ошибка прогрессирует.

В основе атомных часов лежит использование квантовых энергетических уровней атомов (молекул) в качестве источника резонансной частоты. Переходы системы "ядро атома - электроны" с уровня на уровень создает подобие колебательного контура. С 1967 года за одну секунду принимают продолжительность 9192631770 переходов между уровнями основного состояния стабильного изотопа цезия-133.

Сегодняшние атомные часы - это полностью автономное устройство. Активно ведутся работы по его миниатюризации. В США уже выпущена первая партия наручных атомных часов.