Прибор для определения направления астрономического меридиана Советский патент 1947 года по МПК G01V3/40 G01C17/34 

При производстве топографических съемок необходимо для определения величины магнитного склонения знать направление астрономического меридиана. Известные способы определения направления астрономического меридиана можно разделить на три группы.

1.Очень точные способь, котэрые требуют применения теодолита и хронометра, а также знания астрономии. Эти способы отнимают много времени и связаны с производством вычислений. Крупным шагом вперед является способ КрасовскогоВиноградова, который позволяет определять склонение теодолитом без хронометра и без вычислений при помощи особых таблиц.

2.Достаточно точные способы, не требующие ни теодолита, ни хронометра, ни специальных знаний по астрономии. К таким способам относится определение направления астрономического меридиана по солнцу гномоном, а также по отвесу во время верхней кульминации Полярной звезды. Топографы обычно пользуются гномоном. Но этот способ отнимает почти целый рабочий день, а иногда и 2-3 дня, если в первый день наблюдения солнце оказалось закрытым после полудня, а следующий день стал пасмурным. Использование отвеса в момент верхней кульминации Полярной звезды в течение летних месяцев невозможно, поэтому этот способ неприменим в то время, когда производится наибольщее количество топографических съемок.

3. Способы очень быстрые и не требующие ни инструментов, ни специальных знаний. К таким способам относится способ проф- Н. Д. Павлова, но он крайне неточен. Геологи и разведчики во время своих исследований ведут глазомерную топографическую съемку, работая буссолью или горным компасом с диоптрами, а величину магнитного склонения берут или с карты изогон или запрашивают геофизическую обсерваторию. При этом предполагается, что величина магнитного склонения остается постоянной на всей площади съемки, хотя в очень многих случаях это совершенно не отвечает действительности.

Топографы, работая в местности, где уже разбита триангуляционная сеть или где имеются астрономические пункты, легко и быстро устанавливают мензулу, пользуясь азимутами определенных предметов.

405

Но если топограф должен производить съемку там, где нет ни триангуляционной сети, ни астрономических пунктов, а такие случаи бывают весьма часто, особенно при съемке рЗдоносных площадей, то установление направления истинного астрономического меридиана без теодолита превращается в трудную задачу.

Согласно настоящему изобретению, для определения астрономического меридиана предлагается прибор, который дает возможность геологам и топографам определять магнитное склонение без дорогостоящего теодолита, без хронометра, без вычислений и без наличия специальных знаний по астрономии.

Определение направления астрономического меридиана предлагаемым прибором производится путем наблюдения Полярной и вспомогательной звезды (й-Б. Медведицы или i;-Кассиопеи) и введением по положепию последней и широте места наблюдения поправки на величину азимута Полярной. Согласно изобретению, прибор выполнен в виде горизонтальной доски, поворотной вокруг вертикальной оси и снабженной горизонтальным диоптром и двумя наклонными диоптрами, подвешенными к доске и стабилизированными маятником. Диоптры предназначены для установки вертикала Полярной и провешивания направления астрономического меридиана. Для определения азимута Полярной в момент наблюдения доска снабжена вертикальным кругом, служащим для отсчета положения линейки, которая вращается в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости визирования Полярной и совмещаемой при наблюдениях с линией, проходящей через Полярную и вспомогательную звезды.

По второму конструктивному варианту прибора для определения астрономического меридиана в качестве доски, несущей диоптры, использован планшет мензулы, а для определения азимута Полярной в момент наблюдения применен кипctg (90-5) sin (90-f/) - cos (a-aO cos (QO-oQ

ctg X

регель, расположенный в плоскости, перпендикулярной плоскости вйзирования Полярной.

Фиг. 1 поясняет способ определения направления астрономического меридиана предлагаемым прибором, фиг. 2 изображает общий вид предлагаемого прибора, фиг. 3 видоизмененную конструкцию прибора.

Если две свободно висящие нити, например, два отвеса, совместить с направлением на Полярную звезду, то вертикальная плоскость, образованная этими нитями, дает вертикал Полярной в момент наблюдения. Прикладывая к этой плоскости буссоль, отсчитывают по ее северному концу величину магнитного склонения, в которую надлежит ввести поправку на величину азимута Полярной следующим путем.

Величина азимута Полярной может быть вычислена; способом, указанным на фиг. 1, где Z-зенит, М- полярная звезда, Р - полюс мира, Ф, если ср - географическая широта места наблюдения, F, - а - Б. Медведицы; ZPN - астрономический меридиан; ZMS - вертикал полярной; WNE-горизонт; угол PZM - азимут Полярной; угол ZMP - параллактический угол Полярной.

Допустим, что величина параллактического угла Полярной () HaiM известна. Тогда азимут Полярной Вычисляется по известной формуле:

. sin и sin С,..

sin , (1)

sin с

которая в данном случае примет вид:

sln k sin рх

(2)

sin (90 - to) где p-полярное расстояние Полярной или дуга РМ.

Затем угол можно вычислить по формуле:

ctg а sin С - cos В cos с

(3)

ctg 5

которая в данном случае принимает вид: sin (a-a.)

Здесь а и а - величины прямых восхождений, о величины склонений Полярной звезды и я-Б. Медведицы. Параллактический угол Полярной /С ZM/ - X. Угол К можно онределить, измерив угол ZMF.

Если угол ZMF спроектировать на вертикальную нлоскость, расположенную перпендикулярно к плоскости вертикала Полярной звезды, то этот угол практически может быть измерен.

Измерение этого угла можно произвести при помощи отвеса горного компаса. Для этого, держа горный компас в вытянутых руках, располагают его вертикально и отвесом к себе так, чтобы отвес качался, а затем наклоняют компас вокруг его оси и совмещают его длинную стоpioHy с линией, мысленно проведенной от Полярной к а-Б. Медведицы.

Таким образом, измерение угла наклона к горизонту линии, соединяющей Полярную с а-Б. Медведицы (вспомогательная линия), может дать величину азимута Полярной в момент наблюдения. Для составления таблицы, по которой можно определить азимут Полярной в любое время, необходимо поступить несколько иначе. Так как Полярная в течение суток соверщает полный круг, то величина угла К изменяется от 0° до 360. Разделим этот круг на 120 частей с промежутками в 3°. Для .каждого Из таких положений величина угла К будет последовательно равна: 0°, 3°, 6°, 9°, ... 180°, . . . 270°, . . . 360°. Каждому из этих положений Полярной будет соответствовать свой азимут, который легко вычислить, лодставляя в формулу (2) соответствующие величины угла /С. Для данной щироты можно составить таблицу, в которой в первом вертикальном столбце будут расположены азимуты Полярной, а во втором вертикальном столбце ,соответствующие им параллактические углы Полярной. Затем во втором столбце таблицы к каждому значению параллактического угла нужно прибавить X, после чего эти исправленные значения углов необходимо перевычислить в их проекции на вертикальную плоскость. Указанная таблица подвергается упрощению, которое основано на том, что азимуты Полярной в течение суток повторяются четыре раза и одинаковы для всех положений Полярной, имеющих параллактические углы: от 90 до 180° от 180° до 270°, от 270° до 360° и от 90° до 360°. Вместе с тем и величина наклона вспомогательной линии FM (фиг. 1), которая изменяется от 0° до 360°, с большим удобством может измеряться по квадрантам, т. е. от 0° до 90°.

В итоге получается очень простая таблица, в которой ио углу наклона линии, соединяющей обе выщеуказанные звезды, можно сразу получить азимут Полярной. При пользовании такой таблицы надо только учитывать, в какую сторону, т. е. к западу или к востоку, наклонена линия, соединяющая обе звезды.

Так как ранней весной и зимой яБ. Медведицы поздно вечером стоит высоко, то пользоваться ею технически невозможно.. Для этих времен года надо воспользоваться другой вспомогательной звездой, для чего наиболее удобной является р-Касоиопеи.

Эти таблицы дают возможность определить азимут Полярной звезды без хронометра в любой час любого дня года на всех щиротах, для которых они вычислены, если видны Полярная, и и- Б- Медведицы или 8-Кассиопеи.

Прибор для определения направления астрономического меридиана (фиг. 2) выполнен в виде горизонтальной доски /, поворотной на вертикальной оси и наглухо закрепленной, в центре круга, который навинчен на обыкновенный деревянный фотографический штатив 2, не имеющий железных винтов. На доске 1 подвещены два наклонных диоптра 3 и 4, которые внизу соединены щарниром 5. Оба диоптра свободно качаются и находятся в вертикальной плоскости, так как вверху они опираются на два острия 6, входящие свободно в гнезда, а внизу оттягиваются маятником 7, имеющим два центра качания. В переднем ди407

оптре 3 на различной высоте находятся щели 8; смотря в них вверх, через горизонтальный диоптр 9 в доске } можно наблюдать Полярную звезду. Совмещение этой вертикальной плоскости с Полярной звездой производится сначала грубо, вращением от руки доски / прибора. После грубой наводки доска закрепляется арретиром 11, а затем производится точная наводка на Полярную звезду микрометрическим винтом }2. После этого, слегка ослабив винт J3, наклоняют линейку J4 и совмещают ее с линией, проходящей через Полярную и а -Б. Медведицы. Закрепив после этого винт 13, отсчитывают угол наклона линейки к горизонту по вертикальному лимб} /5.

В таблице на той странице, которая соответствует щироте места наблюдения, находят величину угла наклона линейки М, а по этому углу азимут Полярной. Затем вращением микрометрического винта 12 поворачивают доску 1 на угол, равный азимуту Полярной, причем эта уста- новка делается с точностью до 1. После этого вертикальная плоскость, проходящая через диоптры 3 н 4, совмещена с плоскостью астрономического меридиана, и можно проделать одну из следующих операций.

1.Смотря через щель в верхней части главного диоптра 3 и через второй диоптр 4, ставят на значительном от прибора расстоянии веху, которая вместе с точкой наблюдения дает положение астрономического меридиана на местности.

2.Освободив арретир 17 буссоли 16 и .дав магнитной стрелке успокоиться, отсчитывают показание северного ее конца и получают величину магнитного склонения.

Само собой раз}шеется, что доска / прибора должна быть приведена в горизонтальное положение. Для этого на доске имеются два уровня 10, а выравнивание доски производится от руки посредством перестановки или укорочения ножек штатива.

Для того, чтобы придать всему прибору большую устойчивость, к головке зажимного винта щтатива 408

подвещивается на крючке небольщой мещок, наполненный песком или камнями.

Наводка вертикальной плоскости на Полярную может быть сделана с точностью до 7. Величина азимута Полярной определяется во всяком случае с точностью до /. Совмещение вертикальной плоскости с астрономическим меридианом производится с точностью до /. Отсчет ориентир-буссоли имеет точность не более 10. Суммируя все ошибки, получаем 20, если все ошибки имеют один знак. Среднее из нескольких наблюдений позволит значительно увеличить точность наблюдения, тем более что вышеуказанные ощибки не обязательно будут иметь один знак.

Описанный выше прибор можно видоизменить и упростить, если иметь в виду топографа, работающего мензулой.

К планшету мензулы, а именно к ее восточному или западному краю привинчивается наглухо узкая метал, лическая планка (фиг. 3). В северной половине этой планки делается прорез с натянутой в нем нитью для получения горизонтального диоптра (на фигуре не показаны). Кроме того, на концах планки сверху делаются конические углубления, в которые вставляются острия обоих наклонных диоптров прибора. Таким образом получается вертикальная плоскость, которую при наблюдении совмещают с плоскостью вертикала Полярной. Угол наклона вспомогательной линии для определения азимута Полярной в момент наблюдения измеряется при помощи кипрегеля 2 (фиг. 3). Для этого кипрегель располагают в направлении запад-восток и измеряют угол наклона вспомогательной линии, совмещая верхний край трубы кипрегеля с этой линией. Угол наклона отсчитывается по вертикальному лимбу 4 кипрегеля.

Поворот планщета / мензулы на угол, равный азимуту Полярной, т. е. установка по истинному меридиану, производится двояким способом.

Если микрометрический винт мензулы имеет барабан с калиброванными делениями, то поворот производится вращением винта с отсчетом его делений. Если у него нет барабана с делениями, то к северу от мензулы, на расстоянии около 5 м, выставляют небольшую (30-40 см длины) горизонтальную рейку, по которой и производится поворот планшета 1 на определенный угол, отсчитываемый по делениям рейки.

Так как вертикальный лимб к«прегеля закрывает значительную часть трубы и поэтому будет мешать наблюдению звезд, необходимо надевать на трубу 3 кипрегеля небольшую металлическую линейку 5 длиной 15-20 см. Эта линейка имеет внизу на концах две подставки 6 с полукольцевыми пружиняш,ими зажимами, которые и надеваются на трубу 3 кипрегеля. Линейка 5, которая располагается, следовательно, выше трубы кипрегеля, должна быть установлена параллельно его оптической оси. При определении угла наклона вспомогательной линии верхний край линейки совмещается с наблюдаемыми звездами.

Можно совершенно освободиться от наклонных диоптров и от планки с горизонтальным диоптром, если наблюдать Полярную непосредственно в трубу кипрегеля, при условии, что линейка кипрегеля совмещена с истинным меридианом, начерченным на брульоне. Однако при работах не только на высоких, но и на средних широтах технически невозможно наблюдать Полярную в кипрегель даже при наличии в его окуляре перевертывающей призмы.

Чтобы обойти это препяттствие, необходимо применит кипрегель, снабженный длиннофокусным окуляром с перевертывающей призмой. Фокусное расстояние этого окуляра определяется тем расстоянием, на которое надо отодвинуть скуловую кость лица наблюдателя от трубы кипрегеля, чтобы можно было наблюдать звезду при очень близком положении окулярного «онца трубы кипрегеля к его линейке.

Предмет изобретения

1. Прибор для определения направления астрономического меридиана

наблюдением Полярной и вспомогательной звезды (а-Б. Медведицы или р-Кассиопеи) и введением по положению последней и широте места наблюдения поправки на величину азимута (Полярной), отличающийся тем, что он выполнен в виде горизонтальной доски 1, поворотной вокруг вертикальной оси и снабженной для установки вертикала Полярной и провешивания направления астрономического меридиана горизонтальным диоптром 9 и двумя подвешенными к доске / наклонными диоптрами 3 и 4, стабилизированными маятником 7.

2.Форма выполнения прибора по п. 1, отличающаяся тем, что для определения азимута Полярной в момент наблюдения доска / снабжена вертикальным кругом 15 для отсчета положения линейки 14 поворотной в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости визирования Полярной и совмещаемой при наблюдениях с линией, проходящей через Полярную и вспомогательную звезду.

3.Форма выполнения прибора по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве доски, несущей диоптры 5, 4 и 9 (фиг. 2), применен планшет мензулы.

4.Форма выполнения прибора по п. п. 1-3, отличающаяся применением кипрегеля для определения азимута Полярной в момент наблюдения, расположенного в плоскости, перпендикулярной плоскости визирования Полярной.

5.Форма выполнения прибора по п. п. /, 3, 4, отличающаяся тем, что кипрегель снабжен укрепленной на его трубе линейкой, расположенной параллельно оптической оси трубы и совмещаемой при наблюдении своим верхним краем с направлением линии, соединяющей Полярную со вспомогательной звездой.

6.В приборе по п. п. 1, 3-5 применение кипрегеля с длиннофокусным окуляром и перевертывающей призмой для возможности наблюдения Полярной непосредственно в трубу кипрегеля.

409