Думка проектувати картину зоряного неба на півсферичний екран прийшла в голову людині розумній лише на початку ХХ століття, коли вже давно були відомі камера-обскура і проектор і близько століття пройшло після винаходу фотографії
Механіка і оптика Крім традиційної для оптико-механічних систем компонування типу «гантеля» # 40; на фото вище) існували й інші варіанти зіркових і планетних проекторів, такі як ця
Ефект мерехтіння Для імітації ефекту мерехтіння зірок, створюваного рухом повітряних мас в атмосфері і знайомого земного спостерігача, існує особлива технологія. Для цієї мети застосовується спеціальний електронний пристрій, що дозволяє постійно варіювати випадковим чином і в невеликому діапазоні яскравість світіння окремого волокна
Зоряне світло У оптико-механічних системах нового покоління використовуються точкові джерела світла для кожної відображається зірки. Роль джерел світла виконують оптичні волокна, що розходяться від світлопровідних джгута, в який надходить світло від проекційної лампи. При необхідності зоряний проектор можна миттєво відключити за допомогою затвора. Використання оптико-волоконних технологій дозволяє створювати яскраве і висококонтрастне зображення на куполі
Зоряний куля Цією системою представлено останнє покоління оптико-механічних систем. Тут проектори Північної і Південної півкуль зоряного неба зібрані в єдину конструкцію, в той час як допоміжні проектори розташовані на окремо стоїть платформі. На відміну від традиційної схеми, «зоряний куля» має більше ступенів руху. Управляється комп'ютером за допомогою крокових двигунів, що дає можливість моментально відобразити потрібну картину зоряного неба
Як дивно, що найпростіша думка - проектувати картину зоряного неба на півсферичний екран - прийшла в голову людині розумній лише в першій третині XX столітті, коли вже століттями були відомі камера-обскура і проектор, близько століття пройшло з винаходу фотографії і кілька десятиліть минуло з перших дослідів братів Люм'єр. Адже по суті ідея планетарію (а цим словом зазвичай позначається як в цілому «купольний театр», так і проекційний апарат) вкрай проста. Ще півстоліття тому у нас в країні майстрували «бюджетні» проектори - з пап'є-маше ліпили дві півсфери і голкою протикали в них отвори, що повторювали карту зоряного неба. Всередину отриманого з двох півсфер кулі поміщали лампочку, і на оточуючих поверхнях з'являлися крапки, що світяться, що зображували зірки.
Гантелі і маски
Такий «планетарій» можна спробувати зробити і в домашніх умовах, проте є пара суттєвих проблем. У # 8209; перше, через розсіювання світла «зірки» вийдуть розпливчатими, причому чим далі знаходиться екран, тим більше «млявою» виявиться картинка. Ну а по-друге, справжній планетарій повинен не просто розкидати навколо себе світні цятки - його завдання демонструвати положення зірок, а також інших небесних тіл для заданих часу доби, пори року і широти. Вирішити ці проблеми допомагають оптика і точна механіка.
Класичний оптико-механічний планетарій - такі прилади можна побачити ще й в наші дні - мав форму гантелі. На обох кінцях «спортивного снаряда» розташовувалися два металеві кулі з 16 проекційними об'єктивами кожен. Одна куля призначався для проекції неба Південної півкулі, інший - Північного, так що будь-який з об'єктивів давав зображення 1/32 небесної сфери. У центрі кулі поміщали джерело світла, промені якого за допомогою лінз фокусувалися на одному з 16 слайдів, що зображують ділянки зоряного неба. Слайди (так звані зоряні маски) представляли собою затиснуті між прозорих стекол листки мідної або олов'яної фольги з тонкими отворами на місці проецируемих зірок. Діаметром отворів і визначалася яскравість світила. Хто пройшов крізь них світло далі потрапляв до відповідного об'єктив, і зображення фокусувалася на куполі.
космічні годинник
Якби ми бачили на небі тільки здаються нам нерухомими далекі зірки, то двох проекційних куль цілком вистачило б, але в реальності на тлі неба постійно пересуваються інші небесні тіла - Сонце, Місяць, видимі неозброєним оком планети Сонячної системи, а також комети, астероїди, метеори. Щоб зобразити рух планет, на «ручці гантелі» були влаштовані спеціальні майданчики для додаткових проекторів. Кожному з півкуль - окремий набір планетних проекторів. Крім того, на самому приладі або поруч з ним встановлювалися проекційні пристрої для зображення Місяця, Сонця, комет, астероїдів, туманностей, Чумацького шляху, метеорних дощів. Інші проектори створювали ефект заходу і сходу, проектували окрему рухому картинку супутникових систем Юпітера і Сатурна, малювали кордону або міфологічні образи сузір'їв.
Всього планетарій міг включати в себе більше сотні різноманітних проекційних пристроїв. Для створення на куполі планетарію точної картини неба на задані час і дату всі ці проекційні пристрої повинні були діяти як єдине ціле. Щоб домогтися цього, в апараті використовувався механізм, що складається з системи редукторів, побудованих на основі коперниковской моделі Сонячної системи. Для відображення добового руху небозводу і річного руху планет на тлі зірок кулі і планетні проектори оберталися навколо поздовжньої осі апарату (осі світу). Крім того, «гантеля» могла рухатися у вертикальній площині навколо поперечної осі - так змінювався вигляд неба в залежності від широти і пори року. Ще одна ступінь руху всієї установки дозволяла відобразити прецесію - коливання земної осі з циклом 26 000 років. Відвідувачі планетарію могли побачити небосхил, Північний полюс якого зміщений від нинішньої Полярної зірки, наприклад, до Веги із сузір'я Ліри. У реальності таке можна буде побачити лише через 12 000 років.
Атмосфера - ворог астронома, а тому найчастіше під час освітніх лекцій в планетаріях зірки горять рівним світлом, ніби ми їх спостерігаємо з космосу. Однак часом потрібно створити знайомий наземному спостерігачеві ефект мерехтіння. Для цього в старих планетаріях використовувався вентилятор - його лопаті перемішували шари повітря під куполом, спотворюючи зображення штучних зірок.
Зоряні нитки
Ті, хто відвідував планетарії років 20 назад, пам'ятають, що на початку лекції гасло світло, а зоряне небо запалювалося лише через якийсь час. Пауза була потрібна для того, щоб людське око встиг звикнути до темряви, інакше темний купол здався б глядачеві порожнім. Головною проблемою була низька яскравість і невеликий динамічний діапазон, тобто контрастність проектованої картинки. Корінь проблеми - в конструкції традиційного оптико-механічного планетарію. Через зіркові маски на купол потрапляло менше 1% світла, випромінюваного знаходиться всередині кулі лампою. Відбите світло штучних зірок, яким би тьмяним він не був, до того ж «засвечивал» купол, і небо з чорного перетворювалося в сіре, що знижувало контрастність всієї картини. Якщо ж на купол проектувалося велике світлове пляма - наприклад, лекційний кіноматеріал, зоряне небо фактично гасло.
красиві ілюзії
Оптоволоконная технологія застосовується в оптико-механічних апаратах виробництва компанії Carl Zeiss - UNIVERSARIUM і STARMASTER. Більшість зірок, які відображаються цими планетаріями, має білий колір, тому в якості ліхтаря для проектора використовують дугову лампу, світіння якої не має ніяких колірних «домішок». Правда, для реалістичності деякі яскраві зірки «підфарбовують» відповідно до їх істинним спектральним класом. Цей ефект досягається за допомогою забарвлення світлопровідних ниток, придатних до відповідних отворів на зоряній масці. Перш для цих цілей доводилося використовувати світлофільтри.
У моделях планетаріїв перших поколінь була відсутня можливість реалістичної передачі мерехтіння зоряного неба. Оптоволоконная технологія допомогла вирішити і цю проблему. Між джерелом світла і світлопровідних джгутом встановлюється спеціальний пристрій - воно випадковим чином варіює кількість світла, що потрапляє в кожне окреме волокно джгута. Невеликі перепади яскравості сприймаються оком як мерехтіння.
Еволюція оптико-механічних планетаріїв привела і до істотної зміни їх конструкції. Якщо, наприклад, апарат SKYMASTER для планетаріїв з невеликим куполом (6-14 м) зберігає традиційну «гантельная форму», то планетарії для середніх і великих куполів (STARMASTER і UNIVERSARIUM) побудовані за схемою «зоряний куля» (starball). Тут проектор зоряного неба має форму, близьку до сферичної, причому на одній півсфері змонтовані об'єктиви для проекції Північної півкулі, а на іншій - для Південного. Планетні проектори встановлені окремо і можуть працювати як синхронно з проектором зоряного неба, так і самостійно.
На відміну від старих оптико-механічних систем, управління проекторами здійснюється за допомогою комп'ютера, який подає команди прецизійним кроковим двигунів. Це дозволило відмовитися від складної механіки, а проектори тепер можуть практично миттєво зайняти будь-яке положення, в той час як в планетаріях традиційної конструкції для цього могло знадобитися певна кількість циклів роботи механізму. Точно так же, переводячи звичайний годинник, скажімо, на три години вперед, нам неминуче доведеться змусити хвилинну стрілку пробігти три кола, в той час як в години на комп'ютері ми можемо відразу ввести необхідні дані з клавіатури.
«Зоряний куля» має перед «гантелей» ще й ту перевагу, що його підвіска допускає набагато більшу кількість ступенів свободи. Якщо в «гантельная» варіанті планетарій міг міняти полюс небесної сфери лише по траєкторії прецесії, то «куля» має в цьому сенсі куди більше можливостей. З його допомогою можна зобразити, наприклад, вид неба з кабіни космічного корабля, що рухається в довільному напрямку.
Від механіки до цифри
Сучасні оптико-механічні планетарії, побудовані на основі оптико-волоконних технологій, відтворюють на куполі дуже точну і при цьому яскраву і контрастну картину зоряного неба. Однак цій апаратурі притаманні природні обмеження, пов'язані з методом формування і проектування зображення. Оскільки положення зірок одна відносно іншої фіксоване, за допомогою оптико-механічного планетарію неможливо показати зміна обрисів сузір'їв або вид неба з найвіддаленішої точки галактики. Подолати ці обмеження здатна лише цифрова техніка нового покоління. Вже досить давно з'явилися так звані програми-планетарії, за допомогою яких можна генерувати картину розташування небесних тіл відповідно до заданих параметрів (наприклад, «вид з Марса») і виводити її на екран комп'ютерного монітора. Наступним логічним кроком стало створення спеціальних проекторів, які здатні відображати вироблену машиною картинку на куполі планетарію. Перші подібні пристрої з'явилися в першій половині 1980-х років.
Серйозним недоліком існуючих цифрових систем залишається їх досить висока ціна. Крім того, такі проекційні апарати, особливо не дуже дорогі, показують зоряне небо з деякими спотвореннями і часом не цілком коректно передають кольору зірок.
Вихід може бути знайдений в комбінації сучасного оптико-механічного планетарію типу STARMASTER SB з проекційними цифровими апаратами. Тут картина зоряного неба формується традиційним способом, а проекторів віддається мультимедійний контент.
На стелі і в ванній
Професійна техніка для планетаріїв взагалі-то і не може бути дешевою, але бажання людини поглянути на зірки настільки сильно, що на ринку з'явилися моделі «домашніх планетаріїв», за допомогою яких можна влаштувати нічний небосхил на стелі і стінах власного житла. Існують навіть пристрої, які плавають в наповнених водою ванні або басейні. Зрозуміло, вони більше підходять не для вивчення астрономії, а для створення «романтичної атмосфери». Однак, незважаючи на переважно декоративні функції, настільна модель Sega HomeStar Extra, наприклад, здатна показати на стелі до 120 000 зірок, що незрівнянно більше, ніж може розглядати наше око в саму темну ніч.
Дякуємо мережу магазинів «Зума» (www.zooma.ru) за надання планетарію Meade MySky на тестування. Дякуємо А.А. Коханова, завсектором астрономії і геофізики МГДД (Ю) Т, за допомогу в підготовці матеріалу