Известны приборы для определения меридиана по широте места наблюдеиия и по склонению солнца под названиями «солнечное приспособление и чсоляр, которые описаны, например, в книге Девис, Фут и Рейнер - Геодезия, теория и практика, и в переводе этой книги под редакцией профессора Чеботарева.
Предлагаемое приспособление того же назначения, согласно изобретению, отличается от известных тем, что в нем полярной осью служит визирная ось трубы теодолита и для визирования солнца используется труба самого теодолита, на объективный конец которой оно (приспособление) насаживается с возможностью вращения вокруг оси, приблизительно совпадающей с визирной осью теодолита. Для этого визирная ось трубы теодолита отклоняется от первоначального направления на угол, равный полярному расстоянию солнца, при посредстве одной или более отражающих плоскостей.
На фиг. 1 чертежа изображена теоретическая схема, обосновывающая построение приспособления; фиг.2-изображает приспособление с одним зеркалом; фиг. 3 - то же с зеркалами; фиг. 4 - двухпризменное приспособление в продольном разрезе; фиг. 5 - то же в плане; фиг. 6, 7 и 8 изображают видоизменение двухпризменного приспособления в трех проекциях.
В приспособлении к теодолиту для определения направления меридиана по солнцу (условимся для краткости в дальнейшем называть его просто «меридианоскоп) существенным является применение одной или более отражающих плоскостей, представляющих зеркала или отражательные призмы. В случае двух или трех отрах ающих плоскостей они располагаются так, что при сохранении их взаимного расположения изменение их ориентировки относительно визирной линии трубы теодолита на малые углы первого порядка вызывает изменение угла отклонения лишь на малые углы второго порядка (как наклон трубы в секстантах).
При выполнении этого условия угол отклонения визирной линии трубы системой зеркал или призм будет ociaваться практически постоянным при epameinni меридианоскопа вокруг его
оси даже в том случае, если эта ось не совсем параллельна визирной оси трубы и даже если меридианоскоп имеет некоторое шатание на своей оси вращения.
Меридианоскоп практически может быть выполнен в простейшем виде с одним зеркалом (фиг. 2). В этом случае он состоит из патрубка 1, надеваемого на объективный конец трубы 2 теодолита и закрепляемого на нем при посредстве винта 3. Конец патрубка 1 имеет, вытянутый кольцевой буртик, внутренняя канавка которого служит для подвижного сочленения с фланцем патрубка, несуш;его диск 4 с окном и откидываюишмся на шарнире б зеркалом 5. Однако, такой меридианоскоп имеет существенный недостаток: если ось вращения диска 4 не параллельна визирной линии, а образует с ней малый угол Е, то при вращении диска 4 угол Р, который должен быть постоянным, па самом деле будет колебаться с амплитудой 2Е.
В мерих4,иаиоскопе по фиг. 3 чертежа этот - недостаток устраняется применением двух зеркал. В этом случае на объективный конец трубы 1 теодолита надет, с возможностью свободного вращения, патрубок 3 с жестко прикрепленным к нему диском 2 с окном в центре. К этому диску 2 прикреплены не изменяющее своего положения зеркало 4 и зеркало 5, имеющее грубое и мелкое вращение вокруг оси 6, связанной с диском 2. При таком устройстве меридианоскопа, если визирная линия трубы перпендикулярна к линии взаимного пересечения плоскостей обоих зеркал, то, как известно из теории секстанта, угол Р, на который зеркала отклоняют визирную ось, равен двойному углу между зеркалами и изменяется па малую величину второго порядка и даже при нарушении вышеуказанного условия - на малую величину первого порядка, угол между зеркалами сохраняется неизменным. В виду сказанного отпадает необходимость в точном совпадении или параллелизме оси вращения меридианоскопа с визирной осью трубы и можно допустить его вращение просто вокругобъективного конца трубы 1 теодолита.
В мсридианоскопе вместо плоских отражательных зеркал могут быть применены отрал :ательные призмы (фиг. 4, 5 чертежа).
Меридиаиоскоп при таком выполнении состоит из коробки 1 с патрубком 2 для надевания на объективный конец трубы 3 теодолита. На задней стенке коробки 1 укреплена неподвижно прямоугольная равнобедренная призма 4, закрывающая небольшую часть объектива и дающая возможность наблюдать земные предметы через отверстие 5 в верхней стенке коробки.
В правой стороне коробки монтирована прямоугольная равнобедренная призма 6, вращающаяся в пределах 23,5° вокруг оси 7, приблизительно церепендикулярной к ребру 8 прямого двухгранного угла прнзмы и к визирной оси трубы теодолита.
Вращение нризмы 6 производится нри посредстве червячного винта 9, головка 10 которого с отверстием для шпильки выступает из коробки, сцепленного с зубчатым сектором, надетым жестко на ось 7 призмы 6. Застопоривание нризмы 6 в приданном ноложении осуществляется прижатием сектора к стенке коробки, проходящим через кулису, и винтом 13, затягиваемым гайкой 12. Путь преломляемых лучей показан ломаной линией а, Ь, с, d. Меридианоскоп снабжен уровнями 17 и 18 для ориентировки его установки. Как известно, направление луча (с) получается из направления луча (а) поворотом на 180° вокруг ребра 8 призмы 6. Поэтому, если визирная линия трубы, ребро 8 и нормаль к гипотенузе призмы 4 параллельны одной плоскости (плоскости фиг. 4), то, подобно тому, как в теории секстанта, можно доказать, 1)что отклонение визирной линии трубы обеими призмами равно двойному углу ребром 8 призмы 6 и гипотенузой неподвижной призмы 4 и 2) что при нарушении вышеуказанного условия, т. е. при наклонении визирной линии трубы к плоскости, параллельной ребру 6 и нормали к гипотенузе призмы 4 на малый угол Е первого порядка, угол отклонения (р) изменится на величину Е arc Г ctg Р. второго порядка, т. е. практически останется постоянным.
Выгода применения здесь призмы 6 с двумя отражениями заключается в TOiM, что призма 4 не загораживает луча (а) и при лучах нормальных к граням входа и выхода (при р 90°).
Видоизменение двухпризменного меридианоскопа изображено на фиг. 6, 7 и 8 чертежа. В этом варианте призма 2 с одним отражением выполнена вращаемой вокруг оси 1, перпендикулярной к оси трубы теодолита, а вторая призма 3 с двумя отражениями укреплена неподвижно в крышке 4 цилиндрической насадки. Обе призмы 2 и 3 имеют расположение вне насадки, свободно поворачиваемой вместе с обеими призмами вокруг объективного конца трубы теодолита.
Пользование теодолитом с надетым меридианоскопом сводится к следующему;
1)приводи1М вертикальную ось теодолита в действительно отвесное положение и устанавливаем алидаду горизонтального круга на отсчет, равный нулю;
2)взяв из астрономического ежегодника (лучше морского, где координаты солнца даются на каждый четный час Гринвичского гражданского времени) склонение о солнца на время наблюдения, устанавливаем подвижное зеркало или призму меридианоскопа так, чтобы угол, на который отражатели меридианоскопа отклоняют визирную ось теодолита, стал равен полярному расстоянию р 90° - о солнца. Как именно производится такая установка, будет подробно объяснено ни.же в п. 6;
3)при помощи вертикального круга теодолита даем его трубе наклон к горизонту, равный известной широте - места наблюдения. Иными словами, устанавливаем визирную линию трубы теодолита (не отклоненную отражателями меридианоскопа) на зенитное расстояние 8 90 - -f;
4)вращением теодолита вместе с лимбом вокруг вертикальной оси, т. е. вокруг визирной линии трубы, приводим изображение солнца в поле зрения трубы и наводим перекресток нитей на центр изображения солнца (или
па суточную параллель центра солнца, о чем сказано ниже в п. 7). Для облегчения этой операции желательно направить трубу приблизительно на полюс по буссоли, обычно имеющийся на теодолите. Тогда ориентировку теодолита по азимуту лишь немного придется изменить.
По выполнении указанных действий труба теодолита будет направлена на полюс мира, т. е. будет находиться в плоскости меридиана; место меридиана на горизонтальном круге будет равно нулю, и мы отсчитаем на горизонтальном круге азимут любого предмета, на который наведе.м затем трубу вращением алидадной части теодолита, не меняя ориентировки лимба.
Для исключения влияния коллимационной ошибки и ошибок от неперпендикулярности осей теодолита и от неточного знания места зенита на вертикальном круге следует перевести трубу теодолита через зенит и повторить наблюдение как солнца, так и зенитного предмета.
5) В результате действий, указанных в п. 4 визирная ось трубы, отклоненная меридианоскопом будет направлена на солнце. Следовательно, не отклоненная визирная линия трубы образует угол (р), а с отвесной линией она образует угол & в силу п. 3, но те же самые углы с направлением на солнце и с отвесной линией образуют направление на полюс. Этим, в сущности, и обосновывается действие прибора.
Точку V, соответствующую на небесной сфере направлению трубы теодолита, мы определяем таким образом, как точку пересечения двух окружностей: описанной вокруг солнца S (фиг. 1) сферическим радиусом SP р, и описанной вокруг зенита Z сферическим радиусом ZP : &.
Таких точек, очевидно будет две: Vj и V.,. Одна из них, например, Yj совпадает с полюсом мира, ибо и полюс мира удален от S и Z на р и &, соответственно, другая же - симметрично с полюсом мира относительно вертикала солнца. Чтобы направить трубу именно на полюс мира (Р Vj), а не на точку V.., симметричную с ним относительно вертикала ZS солнца S, очевидно достаточно знать, производится ли наблюдение до истинного местного полдня или после него или же заранее приближенно определить направление меридиана по буссоли, как уже было рекомендовано выше.
Таким образом, смещение точек Vj и Vs было бы возможно лишь в том случае, если наблюдение производится около полудня, когда точки V и Vg близки между собой, но в этом случае, т. е. при S, близком к продолжению большого круга PZ, как ясно из фиг. 1, окружности с полюсами Z и S пересекутся под весьма острым углом и, следовательно, точки Vi и V, определятся вообще неточно. Поэтому близ полдня вообще нельзя определять направление меридиана этим способом;
6) установка подвижного отражателя по склонению солнца производится следующим образом.
I. Способ установки по отдаленному предмету. Установить на горизонтальном круге отнивеллированного теодолита отсчет - о и застопорить алидадный круг по отношению к лимбу.
а)вращая трубу вместе с лимбом, навести ее визирную линию, не отклоненную меридианоскопом (т. е. пользуясь лучами, идущими через отверстие 5 на фиг. 5 мимо призмы 4) на далекий (дальще 1 км) отчетливо видимый предмет, удаленный от истинного горизонта не более, чем на ° (при этом условии разница между плоским углом ртах И измеряеД1ЫМ теодолитом приближением этого угла на горизонтальную плоскость будет меньще 0,5);
б)вращением алидады сделать отсчет горизонтального круга равным нулю и закрепить алидаду в этом положении;
в)вращением меридианоскопа вокруг трубы и вращением подвижной призмы вокруг ее оси 7 (фиг. 5) привести изображение того же земного предмета в лучах, отраженных призмами, на перекресток нитей трубы, обращая особое внимание на точное приведение его на вертикальную нить.
Теперь визирная линия трубы будет отклонена отражателями меридианоскопа от ее первоначального направления, очевидно, на заданный угол (р).
II. Способ установки при помощи уровней меридианоскопа. Пусть на приборе имеются два (одноминутных) уровня, из которых один 17 на фиг. 4 укреплен на стенке прибора и через нее жестко связан с неподвижной призмой 4, другой же 18 - на оси 7, через которую связан с подвижной призмой 6. Уровни регулируются так, чтобы их оси были параллельны между собой, когда ребро 8 подвижной призмы параллельно гипотенузе неподвижной призмы(точке, когда угол отклонения визирной оси трубы призмами равен 90°).
При noMOuyi таких уровней можно будет установить отражатели на заданный угол отклонения р 90°-б, и в закрытой местности, где нет подходящего отдаленного предмета. Для этого ставим стенку с уровнями вертикально при помощи специально сделанных для этого меток на корпусе трубы и на патрубке 2; затем, вращая трубу вокруг горизонтальной оси, приводим пузырек уровня 17 на середину трубки и отсчитываем вертикальный круг(е). Изменяем отсчет вертикального круга на J% о в надлежащую сторону, отдаем гайку 12, вращением головки 10 приводим на середину трубки пузырек уровня 18 и снова застопориваем подвижную призму гайкой 13.
7) Двойная призм а для визирования элемента суточной параллели солнца. Из обоснования действия меридианоскопа, изложенного в п. 3, ясно, что можно наводить визирную линию трубы не на центр солнца, а на какую-нибудь другую точку его суточной параллели. С целью заменить визирование ничем не отмеченного центра солнечного диска более удобным и более точным визированием малой дуги его параллели в пучок лучей может быть введена (поворотом рукоятки 16 фиг. 5) примерно нормальная к осевому лучу бипризма 14 с ребрами, перпендикулярными к оси трубы. Ее углы отклонения - около 13 каждый, причем равенство их друг другу должно быть соблюдено с точностью около 0,2.
Призма удвоит изображение солнца,.
