Планировка и оборудование астрономической площадки. Опишем астрономическую площадку, расположенную на земной поверхности. Площадка может быть квадратной, круглой или прямоугольной формы. Она должна быть достаточно просторной (площадью не менее 30- 40 м2), чтобы на ней могла поместиться группа учащихся в 20-25 человек. Площадку квадратной или прямоугольной формы нужно ориентировать так, чтобы две ее стороны были направлены с севера на юг, а другие две - с востока на запад. Участок земли, отведенный под площадку, необходимо разровнять и после установки необходимого оборудования вымостить щебнем и зацементировать. По краям площадку следует огородить, оставив с одной стороны небольшой проход. Неплохо также разместить на периферии площадки кустарниковые насаждения.

На площадке в определенном порядке (рис. 1) устанавливают: несколько невысоких столбов 1 с горизонтальной поверхностью для переносных инструментов, большую модель небесной сферы 7, солнечные часы 4, гномон 3, нитяной пассажный инструмент 2 и небольшой стол 6 со скамейкой для записи наблюдений, рассматривания звездной карты и т.д. Очень полезно также установить вертикальный квадрант 5. Если имеется возможность, то к астрономической площадке можно подвести электричество от городской электросети. Розетки лучше установить под крышкой стола. Там же можно поместить и понижающий трансформатор для питания электроламп на 3,5-6 В. Столбики для установки переносных инструментов можно сделать из бетона или из кирпича. Над поверхностью земли столбики должны возвышаться на 80-100 см.

Нитяной пассажный инструмент (рис. 2) позволяет наблюдать прохождение светил через меридиан как при верхней, так и при нижней кульминации. Он состоит из трех глубоко вкопанных в землю столбов, снабженных кронштейнами для нитяных отвесов. Нити должны располагаться на прямой линии, ориентированной точно вдоль меридиана.

Высота среднего столба около 4 м, а крайних - до 1,5 м. Расстояние между столбами - по 2 м. Для изготовления отвесов лучше использовать толстую белую нитку или алюминиевую проволоку. Чтобы нити отвесов были лучше видны на темном фоне неба, их надо освещать ручным фонариком.

Для определения зенитных расстояний светил в верхней кульминации можно изготовить вертикальный квадрант. Его устройство понятно из рисунка 3, а. На вкопанном в землю вертикальном столбе высотой в рост человека укрепляют равнобедренный прямоугольный треугольник. Точность установки проверяют уровнем, который кладут на горизонтальный катет. Для нанесения градусных делений вдоль гипотенузы треугольника от 0 до 90° можно использовать формулу:

где z - зенитное расстояние, l - длина катета, х - расстояние соответствующего деления от нижнего конца гипотенузы (рис. 3, б).

Значительная длина этой рейки позволяет нанести на нее деления с точностью до десятых долей градуса. Вращающаяся около горизонтальной оси О рейка В снабжена па концах визирами, с помощью которых и производится ее наводка на светило. Прибор позволяет определять зенитные расстояния с точностью до 10′. При замене визиров на небольшую трубу точность измерений возрастает в два-три раза. Для уравновешивания подвижной рейки полезно на ее переднем конце с помощью небольшого кронштейна подвесить груз.

Квадрант можно укрепить на среднем столбе нитяного пассажного инструмента на стороне, противоположной нитяному отвесу. На астрономической площадке устанавливают горизонтальные или экваториальные солнечные часы. Гномон может быть выполнен в виде конусообразного деревянного столбика высотой до 1,0 м. Его вертикальность нужно тщательно проверить с помощью отвеса. С северной стороны от гномона должна быть сделана надлежащих размеров горизонтальная площадка для наблюдений за его тенью.

Весьма важно на астрономической площадке иметь большую модель небесной сферы (рис. 4), войдя внутрь которой учащиеся могут видеть в проекции расположение главных линий и точек на небе, а также проводить упражнения по отсчету горизонтальных и экваториальных координат видимых светил. Модель выполняют в виде полусферы диаметром 3-5 м и укрепляют на столбах на высоте 120-130 см. Материалом для сферы могут служить трубы диаметром 1,5-2 см или полосовое железо. На модели должны быть представлены следующие линии: небесный меридиан, математический горизонт, небесный экватор, первый вертикал, а также точки севера, юга, востока, запада, зенита и северного полюса мира.

Для отсчета азимутов и высот светил необходимо вдоль математического горизонта и небесного меридиана проставить небольшие выступы-деления с интервалом в 10°. Для отсчета часовых углов деления надо проставить с интервалом в 1 час=15°. Для предохранения от сырости все оборудование, стационарно расположенное на площадке, следует покрасить, а металлические подвижные соединения регулярно смазывать машинным маслом.

Из переносных приборов, дополняющих оборудование астрономической площадки, отметим рамку для зарисовки созвездий, звездную указку, угломерный прибор, высотомер, модель универсального инструмента и проволочную модель небесной сферы. Рамка для зарисовки созвездий (рис. 5) представляет собой деревянный брусок длиной 60 см, на одном конце которого находится фанерная рамка, а на другой - визир. Прибор снабжается простейшей азимутальной установкой (на чертеже не показана). Сеть натянутых нитей, которыми отверстие рамки разбивается на небольшие квадратики, облегчает зарисовку созвездий. Размеры рамки должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы площадь обозреваемого участка неба была не менее 100-150 квадратных градусов.

Звездная указка (рис. 6) состоит из небольшой деревянной рамки с параллельными планками. Прицелившись одной из планок на звезду, мы ориентируем в том же направлении и остальные планки. Прибор монтируется на простейшем азимутальном штативе.

Простейший угломерный прибор (рис. 7) состоит из деревянного бруска длиной 60 см, к которому с одной стороны присоединен визир, а с другой - широкая деревянная планка с расположенными по дуге окружности булавками или мелкими гвоздиками с интервалом в 1 см. При радиусе упомянутой окружности (с центром в отверстии визира) 57,3 см интервалы между соседними булавками, рассматриваемыми через отверстие визира, будут соответствовать одному градусу дуги. Прибор служит для приближенных угловых измерений па небе. Им можно пользоваться без штатива, держа в руках и приставив глаз вплотную к отверстию визира.

Высотомер (рис. 8) состоит из деревянной линейки с булавками (вместо визиров) на концах, к которой присоединен обычный школьный транспортир и небольшой отвес. После наводки линейки на светило производится отсчет его высоты по шкале транспортира. Прибор можно укрепить на деревянной подставке с горизонтальной осью вращения. Простейшая модель универсального инструмента (рис. 9) состоит из двух градуированных кругов, вращающихся вокруг горизонтальной и вертикальной осей, визирной трубки, компаса и уровня. Эта модель служит для объяснения сущности методов, при помощи которых измеряют высоты и азимуты светил. Сами измерения проводят при помощи теодолитов. Для учебных целей более подходят старые марки теодолитов с открытыми шкалами.

Если на астрономической площадке нет большой небесной сферы, то для тех же целей может быть приспособлена небольшая проволочная модель небесной сферы (рис. 10). Проволочную модель устанавливают по широте и ориентируют так, чтобы ее ось вращения была направлена на северный полюс мира, т. е. практически на Полярную звезду. Располагая глаз в различных плоскостях модели, можно определить положения соответствующих линий на небе, т. е. положения математического горизонта, небесного меридиана, небесного экватора.

Наконец, для фотографирования неба с небольшими экспозициями (до 5-10 мин) можно изготовить экваториальный столбик (рис. 11), конструкция которого была предложена еще С. В. Орловым. Основанием прибора является большая призма А с верхним острым углом, равным широте места. Около оси О, закрепленной перпендикулярно наклонной грани этой призмы, может поворачиваться доска В. Ее перемещения вслед за суточным движением светил осуществляются при помощи упорного болта D. На этой доске расположена подставка С для фотоаппарата с контрольной трубой - гидом. Винт Е позволяет во время экспозиции подправлять фотоаппарат по склонению. Перед съемкой прибор устанавливают на горизонтальной поверхности и ориентируют вдоль меридиана так, чтобы ось О была параллельна оси мира. Затем фотоаппарат с гидирующей трубой направляют на нужный участок неба и в таком положении закрепляют на подставке С. Вращением винта D осуществляют поворот фотоаппарата с гидом за контрольной звездой, которую нужно в течение всего времени съемки удерживать на кресте нитей. Несмотря на простоту устройства, прибор дает хорошие результаты.

Астрономическая площадка, устраиваемая на крыше здания, по существу, мало чем отличается от только что рассмотренной наземной площадки. Отличия могут быть только в размерах и в ориентировке самой площадки. При меньших размерах будет, естественно, и меньшим комплект стационарно размещенного оборудования.

Из педагогических соображений при оборудовании астрономической площадки необходимо привлекать к работе как школьников, так и студентов. Как бы ни были примитивны в большинстве своем приборы и инструменты астрономической площадки, работа с ними принесет учащимся несомненную пользу и, помимо развития интереса к астрономии, облегчит им изучение целого ряда теоретических вопросов, особенно по сферической и практической астрономии.