Прибор для измерения солнечного сияния. Что такое гелиограф? Зачем нужен этот прибор? История появления приборов уходит в глубокую древность

Этот стеклянный шар называется гелиографом Кэмпбелла-Стокса и находится на территории метеорологического бюро в Дарвине, Австралия. Раньше он служил для измерения интенсивности солнечного света, а сейчас используется, в основном, как демонстрация чрезвычайно простых, но при этом очень точных научных приборов прошлого. Гелиограф Кэмпбелла-Стокса является одним из самых простых метеорологических устройств, которое может использоваться даже сегодня, поскольку он предоставляет очень точные измерения, сопоставимые с данными современных электронных приборов.

Принцип работы гелиографа

Гелиограф измеряет интенсивность солнечного света в любой день так же эффективно, как термометр измеряет температуру, а барометр — давление воздуха. Устройство состоит из твердой стеклянной сферы, обычно около 10 сантиметров в диаметре, которая концентрирует солнечные лучи в одно пятно на калибровочной бумаге, в результате чего на ней получается дорожка от ожога. Когда солнце перемещается по небу, его лучи оставляют на бумаге прожженный след. Ширина ожога указывает на время, интенсивность и продолжительность сияния солнца в течение дня. Благодаря этой простой идее, метеорологи могут четко определить облачность неба в любой измеренный день.

credit: CambridgeBayWeather/Wikimedia

Как был изобретен гелиограф Кэмпбелла-Стокса

Гелиограф был изобретен известным шотландским писателем и ученым Джоном Фрэнсисом Кэмпбеллом (John Francis Campbell) в 1853 году. Он обратил внимание, что в солнечный день его лупа, оставленная на столе с бумагами, оставляет на них небольшой ожог. Таким образом Кэмпбелл решил создать устройство, которое сможет записывать интенсивность солнечного света в течение дня. Ученый не мог сделать цельный стеклянный шар, но зато он нашел полый шар, который наполнил водой, превратив его в большую линзу. Затем он установил его над деревянной миской так, чтобы концентрированный луч солнечного света падал на ее края. По мере того как солнце перемещалось по небу, на деревянном ободке тарелки оставался выжженный путь. А всякий раз, когда солнце закрывали облака, прожженная линия обрывалась или становилась заметно слабее. Продолжительность перерыва линии ожога на тарелке указывала на то, как долго солнце оставалось закрытым, а положение разрывов на ней указывало на время суток. Кэмпбелл также обнаружил, что, чем активнее было солнце, тем глубже получался ожог.

credit: CambridgeBayWeather/Wikimedia

Устройство Кэмпбелла являлось настолько простым и эффективным, что оно было быстро принято метеорологами. В 1879 году ирландский физик Стокс заменил деревянный каркас на металлический, добавив сменные бумажные карты для записи ожога. С тех пор устройство стало называться гелиографом Кэмпбелла-Стокса. Он был стандартным инструментом для записи солнечного света во многих частях мира на протяжении более ста лет, что делало прибор хорошим источником долгосрочных и надежных данных. Многие старые ожоговые карты, которые пылятся в библиотеках обсерваторий и университетов по всему миру на протяжении многих десятилетий, в настоящее время используются исследователями для изучения и сравнения количества солнечной радиации, достигающей Земли, в разные годы и для изучения параметров облаков прошлого.

credit: Rolf Gebhardt/Wikimedia

Хотя эти антикварные инструменты сегодня заменены современными электронными датчиками, все-равно все еще можно найти функционирующие гелиографы Кэмпбелла-Стокса на многих метеорологических станциях и обсерваториях по всему миру. В этой статье приведены фотографии некоторых из них.

credit: Lenz/Flickr
credit:

Слово «гелиограф» в переводе с греческого языка означает «пишущий солнце» .


В настоящее время существует два вида приборов, носящих такое название:

— метеорологический прибор для измерения продолжительности солнечного освещения;

— сигнальный аппарат, являющийся видом оптического телеграфа.

Оба прибора достаточно просты и существуют уже давно, несмотря на это, не потеряли своей актуальности.

Гелиограф в метеорологии

Простым, но эффективным устройством для измерения продолжительности на небосводе пользуются все метеостанции мира. Прибор выглядит очень красиво: шар из чистейшего стекла, представляющий собой линзу для сбора солнечных лучей, закреплен на дугообразной подставке.

Когда солнечные лучи попадают на шар, то при прохождении сквозь стекло искривляются, собираясь в одной точке – фокусе линзы. Там проложена специальная светочувствительная лента с делениями.

По мере перемещения солнца по небосклону передвигается и сфокусированный на ленте пучок лучей, выжигая на ней полосу. Если же небо закрывают облака, лучи исчезают, и выжженная полоска прерывается. На ленту нанесена временная сетка с делениями по 0,5 и 1 часу.

К концу светового дня в распоряжении метеорологов появляется полная запись прохождения солнца, по которой можно определить, сколько времени в течение этого дня была ясная погода, и сколько – облачная.

Для того, чтобы получить точный результат, гелиограф вначале ориентируют по сторонам света, боковую панель выставляют по широте точки, в которой находится площадка для наблюдений. Подставка для гелиографа должна быть выставлена точно по горизонтали, ее поверхность не должна иметь неровностей.

Записывающую ленту гелиографа необходимо заменять ровно в 8-00 и 20-00 местного времени. Кроме того, прибор настраивают для утренней и вечерней записи и для работы в зимнее время или для высокоширотных наблюдений.


Гелиограф очень полезен метеорологам для сбора и накопления статистических данных, которые после обработки и анализа позволяют составлять кратковременные и долгосрочные прогнозы.

Светосигнальный гелиограф

Устройство, называемое светосигнальным гелиографом, или солнечным телеграфом, до изобретения радиосвязи использовалось, чтобы передавать короткие информационные сообщения на дальние расстояния. Колебания зеркала, отражающего солнечные лучи, шифровались особым образом, наподобие азбуки Морзе.

Сегодня необходимость в таком устройстве возникает, как правило, у людей, терпящих бедствие и затерявшихся в лесу, в гористой и труднопроходимой местности. В солнечный день с помощью гелиографа можно подать сигнал пролетающему спасательному самолету, сократив время поисков.

Светосигнальный гелиограф – это очень простое устройство, состоящее из двух стальных пластин, соединенных наподобие книги или блокнота. Одна из них отполирована до зеркального блеска, в другой, с матовой поверхностью, посредине проделано отверстие небольшого размера (около 2-3 мм).

Для того, чтобы подать сигнал, створки гелиографа раздвигают до упора, зеркальную створку располагают напротив солнца и ловят в визирное отверстие пролетающий самолет, после чего наклоняют зеркальную створку, чтобы совместить отраженный солнечный луч с отверстием. Яркая вспышка хорошо заметна наблюдателю на расстоянии нескольких километров.


Если вы оказались в такой ситуации, когда необходимо послать сигнал о помощи, гелиограф можно изготовить самому из подручных материалов. Для этого достаточно подобрать небольшое зеркальце и соединить его под углом 60-70 градусов с пластинкой или дощечкой, в которой заранее проделать маленькое отверстие.

Поскольку подача сигналов с помощью гелиографа требует некоторой сноровки, нужно вначале потренироваться, посылая луч на стволы деревьев, отдаленные скалы или другие предметы.

Это специальный прибор, называется гелиограф, что в переводе с греческого означает «пишущий солнце» (в греческой мифологии бог солнца - Гелиос). Первый гелиограф был сконструирован английским ученым-астрономом Уорреном Деларю лишь в начале 19-го века. Это была широкая труба со специальными линзами, приспособленная к получению изображения Солнца на светочувствительной пластинке.

Гелиографы имеют некоторые разновидности и используются также для передачи информации на видимом расстоянии посредством солнечных вспышек. Такие гелиографы монтировались на треногах и использовались на вооружении армий нескольких стран в конце 19-го, начале 20 столетия.

История появления приборов уходит в глубокую древность

В древние времена люди строили довольно замысловатые сооружения и конструкции для наблюдения за Солнцем, чтобы понять, в чем его сила. Памятники, сохранившиеся до наших дней - больше, чем просто храмы. Это календари и обсерватории - инструменты для изучения Солнца. Некоторые из них действуют еще и в наши дни. Это свидетельств того, насколько важную роль играло Солнце в жизни человека.

Сооружение «Мейс Холл» на тысячу лет старше египетских пирамид. Это один из самых любопытных архитектурных сооружений времен каменного века. В день зимнего солнцестояния, в одной из комнат случалось нечто необъяснимое; лучи заходящего солнца проникали через тоннель внутрь этого зала и с этого момента продолжительность дня начинала увеличиваться. Знания о движении Солнца по небу выясняло также и многие другие необъяснимые ранее явления. Со временем появлялись всевозможные приборы для наблюдения Солнца.

Устройство гелиографа и принцип работы

Современный гелиограф имеет значительные отличия. Такой прибор имеют все метеостанции мира. Устроен гелиограф сравнительно просто. Его главные части: стеклянный шар, отшлифованный из специального, чистого стекла, расчерченная на часы и минуты лента. Они закреплены на металлической платформе, сориентированной по сторонам горизонта в соответствии с географической широтой места.

Солнце перемещается по небосводу, и его лучи, проходя через стеклянный шар, неподвижно установленного гелиографа, оставляют на ленте черную прорезь прожога. Это след движения Солнца от рассвета до заката. Часовой механизм, вращая наружный цилиндр, делает полный оборот в течение суток; таким образом, щели все время следуют за движением солнца и солнечные лучи, падая через них на неподвижную бумагу, оставляют на ней запись солнечного света в течении дня. Прожог на ленте гелиографа прерывается, если солнце хотя бы на небольшое время закрывается облаками. В ясные дни число часов солнечного сияния совпадает с продолжительностью светового дня. В конце дня ученые подводят итог - сколько времени поступал от солнца поток радиации. Используя светопоглощающие фильтры, делаются фотоснимки солнечного диска.

Гелиограф, в метеорологии - прибор, назначение которого записывать, сколько времени и насколько ярко светило солнце в течение суток. Для записи пользуются тепловым или химическим действием солнечного луча. Лучшим представителем приборов, в основу которых положено тепловое действие солнечных лучей, служит Гелиограф Кэмпбелла и Стокса (Campbell and Stokes Sunshine Recorder) - один из первых приборов для записи солнечного сияния. Это стеклянный шар, отшлифованный из хорошего, чистого стекла, пройдя через который, солнечные лучи собираются в его фокусе; на подставке прибора помещается бумажная, пропитанная особым составом лента, огибающая шар на расстоянии, равном его фокусному расстоянию. Лучи солнца, собранные шаром на бумажке, прожигают ее; при движении солнца перемещается вдоль бумажки и его ; полученная таким образом запись по выжженным местам дает судить о продолжительности и силе солнечного сияния. Однако приборы, основанные на тепловом действии солнечных лучей (в частности и прибор Кэмпбелла и Стокса), были признаны не вполне пригодными для метеорологической практики: недостаточная резкость переходов от моментов яркого сияния солнца к моментам, когда оно было покрыто облаками, сильно затрудняет расчет времени, в течение которого солнце ярко светило. Это заставило изменить принцип Гелиограф и обратиться к химическому действию солнечного луча, что и было сделано впервые М. Леодом в 1885 г. Более известен (и лучше) основанный на том же принципе прибор Маурера - представляет собой полый цилиндр, прикрепленный к подставке наклонно, так что после его установки ось цилиндра становится параллельно оси мира; цилиндр, срезанный сверху под таким углом, чтобы верхнее его основание после установки было горизонтально, плотно прикрывается крышками. В середине верхней крышки сделан узкий прорез, через который солнечные лучи проникают в цилиндр. Внутри последнего помещается фотографическая (цианоферная) бумага, плотно прилегающая к его стенкам, и солнечные лучи, падая на бумагу, оставляют на ней темно-синий след за все время, пока солнце ярко светит, прерывающийся и даже совершенно исчезающий, когда светило покрыто более или менее густыми облаками. Ежедневно вечером бумага вынимается из прибора и промывается водой для проявления и закрепления изображения. Прибор Маурера дает довольно удовлетворительные результаты: однако в нем отсутствует запись до полутора часов после восхода и до заката солнца, потому что лучи солнца при восходе и закате идут почти горизонтально и параллельно крышке прибора, и солнце должно подняться на довольно значительную высоту, чтобы лучи его проникли в прибор и начали писать.

На русских станциях распространяется в настоящее время гелиограф Ф. К. . Это - маленький цилиндр, поддерживаемый устанавливающейся горизонтально подставкой; цилиндр плотно закрывается и имеет три щели, через которые свет падает на вставленную внутрь цилиндра и прилегающую к его стенкам цианоферную бумагу, оставляя на ней след за время, пока Солнце не было покрыто облаками. Ось цилиндра с помощью прикрепленных к подставке круга с делениями и уровня ставится параллельно оси мира; тогда щели, отстоящие одна от другой на 90° по окружности цилиндра, будут обращены на восток, юг и запад. Так как, кроме того, они лежат в разных сечениях цилиндра, то на бумаге получаются три записи, соответствующие утренним, полуденным и вечерним часам дня. Цианоферная бумага для этого прибора, разграфленная на часы и их доли, отличается значительно большей ю сравнительно с бумагой других подобных приборов; благодаря этому запись солнечного сияния отличается значительно большей детальностью, чем в приборе Маурера. Что касается до записи часов около восхода и заката Солнца, то непродолжительные еще пока наблюдения показали, что запись начинается около 1/2 часа спустя после восхода Солнца и прекращается почти за столько же времени до заката. Прилагаемый рисунок дает понятие о приборе.

Одновременно с описанным прибором Ф. К. Величко был устроен гелиограф, начинающий писать минут 10-15 спустя после восхода солнца; на записях его заметны следы самых тонких перистых облаков, не оставляющих ни малейшего следа на записях других приборов. На цилиндре, приводимом в движение часовым механизмом, сделаны две узкие щели - одна над другой; сквозь эти щели солнечный свет, проникая внутрь цилиндра, падает на фотографическую (аристотипную) бумагу, навернутую на второй, внутренний, неподвижный цилиндр. Общая для обоих цилиндров ось, как и в других приборах, должна быть поставлена параллельно оси мира, а щели наружного цилиндра обращены прямо к солнцу. механизм, вращая наружный цилиндр, делает полный оборот в течение суток; таким образом, щели все время следуют за движением солнца; при этом солнечные лучи, падая через них на неподвижную бумагу, оставляют на ней запись солнечного сияния. Различная ширина обеих щелей дает возможность при помощи более узкой из них (ее обычная ширина = 0,2 мм) получить необыкновенно тонкие детали в записи, тогда как при помощи более широкой второй щели является возможность записать лучи Солнца почти при самом его восходе или закате. См. "Метеорологический вестник", 1882, стр. 274.

Гелиограф А. Л.

гелиограф (гелио- + греч. grapho писать, изображать)

метеорологический прибор для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния, т. е. времени, когда Солнце находится над горизонтом и не закрыто облаками.

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.

гелиограф

Прибор для передачи световых сигналов на расстояние, использовавшийся в военном деле в XIX в. - начале XX в.

Прибор, автоматически регистрирующий продолжительность солнечного сияния в течение дня.

Астрономический прибор для фотографирования Солнца.

Энциклопедический словарь, 1998 г.

гелиограф

ГЕЛИОГРАФ (от гелио... и... граф)

прибор для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния в течение дня, т.е. когда Солнце не закрыто облаками.

Телескоп, приспособленный для фотографирования Солнца.

Гелиограф

(от гелио... и греч. grápho ≈ пишу),

в метеорологии прибор для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния, т. е. времени, когда Солнце находится над горизонтом и не закрыто облаками. Существует много конструкций Г. В СССР наиболее распространён Г. Кэмпбелла ≈ Стокса, в котором неподвижный шар служит линзой, собирающей лучи Солнца на картонной ленте, разделённой часовыми линиями. Лента прожигается солнечными лучами, если облученность превышает 0,3≈0,4 кал/см2 мин. Вследствие видимого суточного движения Солнца прожог имеет вид линии, длина которой служит мерой продолжительности сияния. Г. может служить также актинограф с непрерывной регистрацией (см. Актинометр).

Лит.: Стернзат М. С., Метеорологические приборы и наблюдения, Л., 1968, с. 209.

В астрономии телескоп, приспособленный для фотографирования Солнца; применяется для получения фотографий всего или части солнечного диска в широком диапазоне длин волн. Г. может применяться в комбинации с целостатом. Вследствие огромной освещённости, создаваемой Солнцем, светосила объектива Г. может быть минимальной. Для получения изображений Солнца больших линейных размеров фокусное расстояние Г. выбирают возможно большим; чтобы при этом не увеличивать размеров инструмента, применяют дополнительные увеличительные системы. Г. снабжен быстродействующим затвором (обычно шторного типа), дающим время экспозиции от 0,02 до 0,001 сек. Один из первых Г. был установлен русским астрофизиком М. М. Гусевым в Вильно (Вильнюс) в 1854.

В военном деле в 19 ≈ начало 20 вв. светосигнальный прибор для подачи сигналов (с помощью азбуки Морзе) зеркалом, отражающим световые лучи. Дальность действия Г. днём ≈ 18≈40 км, ночью ≈ 3≈8 км.

Википедия

Гелиограф (метеорология)

Гелиограф - в метеорологии и климатологии - прибор для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния в течение дня, то есть когда Солнце не закрыто облаками.

В СССР наибольшее распространение получили гелиографы системы Кэмпбелла - Стокса, в которых шаровая линза собирает солнечные лучи на картонной ленте, разделенной часовыми линиями. Вследствие видимого суточного движения Солнца на ленте остается четкий прожженный след. По российским метрологическим стандартам, гелиографическая система Кэмпбелла - Стокса является средством измерения. Как правило, механическая система позволяет откалибровать прибор для работы на любой широте.

Гелиограф (телеграф)

Гелиограф в технике связи - оптический телеграф , устройство для передачи информации на расстояние посредством световых вспышек. Главной частью гелиографа является закреплённое в рамке зеркало, наклонами которого производится сигнализация серией вспышек солнечного света (как правило, азбукой Морзе) в направлении получателя сигнала.

Обычно гелиографы выполнялись мобильными и монтировались на треноге.

Были широко распространены в армиях многих стран в XIX и начале XX века (в армии Великобритании и Австралии - вплоть до 1960-х).

Дальность связи в хороших условиях могла превышать 50 км. Рекорд дальности связи посредством гелиографа был поставлен в США в 1894 году (расстояние между точками передачи и приёма 295 км, обе располагались на горных вершинах).

В стандартное оснащение спасательных плотов входит зеркальце с отверстием - для возможности привлечения внимания судов и самолётов при помощи «солнечного зайчика».

Гелиограф

Гелиограф может означать:

• Гелиограф - разновидность оптического телеграфа.
• Гелиограф - в метеорологии и климатологии - прибор для автоматической регистрации продолжительности солнечного сияния в течение дня.
• Гелиограф - телескоп для наблюдения за Солнцем.
• Гелиография - ранний фотографический процесс, изобретённый Нисефором Ньепсом в 1822 году.

Примеры употребления слова гелиограф в литературе.

Невиданными чудищами на метеорологической площадке высились будки с термографами, гидрографами-испарителями, флюгеры, дождемеры, барографы, актинометры, снегомеры, гелиографы .

В ведении Тараха находился и гелиограф - аппарат, без которого общение с замком Палинского, - а до того было несколько верст по вертикальной прямой, - не представлялось осуществимым.

Академик и старец между тем благополучно отыскали дом Тараха, на чьей крыше сверкал гелиограф , дружно взялись за дверной молоток в форме змеиной головы и тремя двойными ударами в бронзовую доску попросили разрешения войти.

Препоясахся, взем гелиограф у руци, да сподобися сиятельный граф новостех, еже емеяху!

С помощью гелиографа призвать Палинского, конечно, было возможно, иначе на черта бы вообще вручать змееедам гелиограф, но на памяти живущих использован для этой цели, да и вообще ни для какой, отражатель не был ни разу.

Сквозь люк на Уилера упал голубой лучик, крошечный, но очень яркий - это флотский гелиограф отразил мигнувший у восточной оконечности водоворота луч Воя.

Два дня они плыли вниз по Реке до предполагаемой стоянки большого судна, непрерывно наблюдая сигналы Оскаса, посылаемые то с помощью гелиографа , то вспышками огня и клубами дыма, то стуком барабанов.

На возвышение перед гелиографом взгромоздился Тарах, за ручки взялся его сын, некоторое время больше не происходило ничего.