устройство для демонстрации геоцентрического положения и движения спутников земли

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ГЕОЦЕНТРИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ И ДВИЖЕНИЯ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ, включающее вращающийся геоцентрический круг с макетами зодиакальных знаков, Солнца, Луны и планет Солнечной системы, циферблаты звездного и среднего солнечного времени, шкалы календарных дат и геоцентрических долгот, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения точности интерпретации и получения наглядной геоцентрической картины положения и движения Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли относительно экватора, эклиптики, горизонта, небесного меридиана и зенита, устройство снабжено указателями координатных линий экваториальной системы небесных координат, указателем линии эклиптики в указанной системе, выполненными из упругого материала и установленными с возможностью фиксированного перемещения относительно координатных линий круга подвесками макетов Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли, при этом неподвижно относительно круга установлен диск, выполненный из оптически прозрачного материала, с линиями небесного меридиана и математического горизонта, а на указателе линии эклиптики установлен диск с указателями положения Солнца, Луны и планет относительно эклиптики и зодиакальных знаков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для демонстрации астрономических явлений и применяется для изображения в геоцентрической системе положения и движения естественных "спутников" Земли (Солнце, Луна и планеты Солнечной системы) и искусственных спутников при суточном вращении небесной сферы на различных географических широтах.

Устройство может быть использовано при определении наиболее благоприятных условий для визуального наблюдения спутников на заданной широте или, например, условий, при которых искусственный спутник не заходит в область тени.

Известно устройство (аналог), ориентированное на определение геоцентрического положения Солнца, Луны и планет Солнечной системы - усовершенствованный астрологический календарь (патент Велико- британии N 2137779, кл. G 09 D 3/06, 1984).

Календарь служит для определения на рассматриваемый момент времени (дата григорианского календаря - новый стиль) расположения Солнца, Луны и планет Солнечной системы относительно зодиакальных знаков эклиптики и места наблюдения на Земле.

Календарь предназначен для любительского использования и конструктивно выполнен в двух принципиально не отличающихся модификациях - в виде календаря-калькулятора и настольного блокнота со специальным накладным трафаретом.

Календарь-калькулятор имеет форму плоской коробки, на лицевой панели которой расположены развертка на плоскость цилиндрической проекции экваториального участка небесной сферы, замкнутая поперечная лента со шкалами для определения суточного положения сферы и два вращающихся диска, один из которых служит для определения положения планет среди знаков зодиака, а другой - относительно линии горизонта на широтах, отличных от тропических. Внутри коробки размещены две катушки с диаграммной лентой, на которой нанесены графические эфемериды Солнца, Луны и планет Солнечной системы.

Данные этих эфемерид - склонение и часовой угол считываются на прямоугольных шкалах экваториального участка небесной сферы в зависимости от расположения участка эфемериды в узкой щели, выполненной на лицевой панели вдоль эклиптики, изображаемой на проекции линией синусоидального вида.

Для определения суточного положения небесной сферы в тропических широтах используется поперечная замкнутая лента со шкалой среднего (местного) солнечного времени. Лента вручную перемещается в поперечном направлении относительно проекции небесной сферы до совпадения заданной временной отметки на шкале ленты с вертикалью, проходящей через участок солнечной эфемериды, видимый через щель на эклиптике.

Для определения положения планет относительно линии горизонта в широтах, отличных от экваториальных, диск, являющийся ортографической проекцией небесной сферы на плоскость с координатными линиями: склонение - часовой угол, поворачивается относительно другого прозрачного диска на лицевой панели с координатной сеткой горизонтальной системы координат: высота - азимут на угол, соответствующий заданному значению географической широты. По величине склонения и часового угла на вращающемся диске для рассматриваемой планеты на прозрачном диске считывается значение высоты планеты относительно горизонта.

Недостатками астрологического календаря являются:

сравнительно низкая точность в связи с использованием развертки цилиндрической (меркаторской) проекции экваториального участка небесной сферы и считыванием координат Солнца, Луны и планет Солнечной системы с эклиптики, изображаемой на проекции в виде синусоидальной линии, тогда как плоскости орбит указанных светил расположены с наклоном к плоскости эклиптики (до 17^о у Плутона); точность оценок снижается в еще большей степени для искусственных спутников, плоскости орбит которых могут иметь значительный наклон с плоскости эклиптики;

неудобство, связанное с необходимостью замены на каждый новый год, диаграммы рулонов (блокнотных листов для второй модификации календаря) с графическими эфемеридами;

ограниченность применения для астрологии в связи с трудностями определения координат весьма важной в астрологии точки восхода эклиптики на заданной географической широте.

Наиболее близким по функциональным возможностям и достигаемому результату к заявленному устройству является устройство - прототип: Астрономическая планисфера Р.И. Цветова (авт. св. N 1554010, кл. G 09 27/00, 1987).

Основными конструктивными элементами планисферы являются гелиоцентрический диск со шкалами долгот и календарных дней и размещенными на его поверхности макетами Солнца, Земли и планет Солнечной системы, геоцентрический диск с осью, проходящей через центр макета Земли, и шкалами календарных дней, зодиакальных знаков и геоцентрических долгот, два циферблатных диска звездного и среднего солнечного времени, а также узел настройки планисферы на заданную географическую широту.

Перед демонстрацией астрономических явлений на планисфере макеты Луны и планет Солнечной системы устанавливают на гелиоцентрическом диске в положении, соответствующие их гелиоцентрическим долготам (по данным астрономического календаря для выбранной даты), планисферу поворачивают в сферическом шарнире узла настройки и по угломеру выставляют на заданную географическую широту места наблюдения, затем после настройки на 0 ч всемирного времени заданной даты, планисферу вращением вокруг продольной оси, параллельной оси мира, устанавливают в положение, соответствующее заданному среднему солнечному времени на циферблатном диске.

Для приближенного определения положения Солнца, Луны и планет Солнечной системы среды зодиакальных знаков эклиптики на планисфере мысленно проводят линию, соединяющую макет Земли с макетом светила, и продолжают ее до пересечения со шкалой зодиакальных знаков.

В планисфере в качестве основных установочных координат светил выбраны их гелиоцентрические (орбитальные) долготы, что в определенной степени затрудняет определение положения светил относительно места наблюдения.

Планисфера сравнительно сложна в конструктивном исполнении, представляет собой трехмерную конструкцию, в которой используются пространственный шарнир, угломер и значительное число крупногабаритных кольцевых шкал.

Поставленная цель изобретения достигается тем, что в известном устройстве для демонстрации геоцентрического положения и движения спутников Земли, включающем вращающийся геоцентрический круг с макетами зодиакальных знаков, Солнца, Луны и планет Солнечной системы, циферблаты звездного и среднего солнечного времени, шкалы календарных дат и геоцентрических долгот, устройство снабжено координатными линиями экваториальной системы небесных координат, линией эклиптики в указанной системе, выполненными из упругого материала и установленными с возможностью фиксированного перемещения относительно координатных линий круга подвесками макетов Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли, установленными неподвижно относительно круга диском, выполненным из оптически прозрачного материала, с линиями небесного меридиана и математического горизонта, ободом, установленным на линию эклиптики, с указателями положения Солнца, Луны и планет относительно эклиптики и зодиакальных знаков.

Наглядную геоцентрическую картину взаимного положения Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли демонстрируют на геоцентрическом круге, на фронтальной плоскости которого расположены диски-символы светил в экваториальной системе небесных координат.

Движение светил при суточном вращении небесной сферы определяют относительно линий небесного меридиана с математического горизонта неподвижного, жестко соединенного с циферблатным кольцом, прозрачного диска. При этом, например, легко находятся условия визуального наблюдения искусственного спутника в отраженном солнечном свете на данной широте (Солнце находится за линией горизонта - часы утренних и вечерних сумерек).

Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявленное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна", а проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявленного технического решения, и сравнения свойств заявленного и известных технических решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показал, что, во-первых, не все признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях, во-вторых, сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием некоторых отличительных признаков в известных решениях и в заявленном техническом решении, показал, что у заявленного технического решения проявляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками в известных технических решениях, чем обусловливается достижение заявленного положительного эффекта, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенное отличие".

На чертеже представлена схема заявленного устройства для демонстрации геоцентрического положения и движения спутников Земли. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - геоцентрический круг, 2 - указатели координатных линий экваториальной системы небесных координат (координатная сетка карты звездного неба), 3 - указатель эклиптики, 4 - диски - символы зодиакальных знаков, 5 - центральная опорная втулка с кольцами - поводками для струн, 6 - ось вращения круга, 7 - диски - символы Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли на струнах, 8 - упругие растяжки струн дисков-символов, 9 - фиксаторы струн, 10 - обод линии эклиптики, 11 - подвижные указатели для обода с фиксаторами, 12 - маркерные диски-символы Солнца, Луны, планет Солнечной системы, 13 - циферблатное кольцо со шкалами часовых углов звездного и среднего солнечного времени, 14 - опоры циферблатного кольца, 15 - дистанционные сегменты круга, 16 - диск из оргстекла, 17 - линии математического горизонта на диске, 18 - струна для линии небесного меридиана на диске, 19 - крепеж диска к циферблатному кольцу, 20 - диск-метка зенита с фиксатором на струне.

Параметры настройки устройства на чертеже: Москва, 6 апреля 1991 г., 23^ч40^м моск. вр., ( = 55^о45^l, =2^ч30^м, 2^ч40^м всем вр., 23^ч10^м местн.вр.; Солнце : = 57^м49^с, = 6^о10^l38^ll; Сатурн : = 20^ч31,7^м, = -19^о10^l; Юпитер : = 8^ч24,5^м, = 20^о06^l).

Геоцентрический круг 1 (чертеж 1) с нанесенными координатными линиями 2 экваториальной системы координат с помощью центральной втулки 5 с кольцами-поводками для струн, установлены на оси вращения 6. Вдоль линии эклиптики 3 на круге закреплены в точках с соответствующими долготами миниатюрные диски-символы 4 зодиакальных знаков. К кольцам-поводкам струн центральной втулки крепятся струны, упругие растяжки 8 которых, с помощью фиксаторов 9 устанавливаются на ободе круга 1. На натянутых струнах располагаются подвижные относительно струн диски-символы 7 Солнца, Луны, планет Солнечной системы и искусственных спутников Земли. Конструкция креплений дисков 7 к струнам, фиксаторов 9 к ободу круга и колец-поводков струн к центральной втулке 5 позволяет точно устанавливать диски-символы 7 в экваториальной системе небесных координат круга 1 в положения, определяемые значениями склонения и прямого восхождения на рассматриваемый момент времени (согласно данным астрономического справочника).

На ободе 10, установленном на линии эклиптики 3 круга 1, располагаются подвижные относительно обода указатели 11 с фиксаторами для маркерных дисков 12 с символами Солнца, Луны и планет Солнечной системы.

На неподвижных опорах 14 закрепляется циферблатное кольцо 13 со шкалами часовых углов, звездного и среднего солнечного времени. Дистанционные сегменты 15 круга 1 обеспечивают плавное безлюфтовое вращение круга относительно кольца 13.

На кольце 13 закреплен (крепеж 19) диск 16 из оргстекла, на котором нанесены линии математического горизонта 17 для различных географических широт места наблюдения и линия небесного меридиана 18 со струной, по которой диск "центрируется" относительно отметки 12 ч на циферблатном кольце 13. На струне небесного меридиана установлен подвижный диск-метка зенита 20 с фиксатором, положение которого соответствует зениту на данной географической широте.

Заявленное устройство работает следующим образом (на примере для естественных "спутников" Земли - Солнца, Луны и планет Солнечной системы).

Для заданного дискретного времени начала некоторого события определяют всемирное время (по Гринвичу), учитывая часовой пояс, и местное среднее солнечное время по географической долготе места наблюдения. По таблицам эфемерид астрономического справочника, составленным на год и дату события, находят экваториальные небесные координаты -склонение и -прямое восхождение для Солнца, Луны и планет Солнечной системы в 0 часов всемирного времени. Для Луны экваториальные координаты интерполируются на момент начала события.

По найденным эфемеридным значениям и устанавливают на геоцентрическом круге в соответствующие положения диски - символы Солнца, Луны и планет Солнечной системы, затем круг поворачивают относительно циферблатного кольца до совпадения струны, на которой закреплен диск-символ Солнца, с отметкой на циферблате, соответствующей среднему солнечному времени начала события. При этом наблюдают расположение Солнца, Луны и планет Солнечной системы относительно зодиакальных знаков, эклиптики, экватора, линии математического горизонта, небесного меридиана и зенита для видимой (относительно горизонта) частей небесной сферы на заданный момент времени события для географической широты места события.

Указанное расположение светил фиксируют в соответствующих точках обода, установленного на линии эклиптики, с помощью указателей с маркерными дисками-символами Солнца, Луны и планет Солнечной системы. Далее, если, например, ставится задача астрологического анализа, рассчитывают так называемые аспекты-дуги эклиптики между Солнцем, Луной, планетами Солнечной системы, зодиакальными знаками, небесным меридианом и точкой восхода эклиптики в восточной части линии математического горизонта.