Как изобретали планетарий

Об имитации звёздного неба в закрытом помещении мечтали многие с древних времён. Вспомним, например, Архимеда, который якобы построил прибор, имитирующий звёздное небо с планетами и даже описал его в сочинении «Об изготовлении небесной сферы». Ни прибор, ни сочинение до нас не дошли...

Московский планетарий

Но вот в книге Вольтера «Вавилонская принцесса» (1768) описывается овальный павильон диаметром 300 футов, «синеватый свод которого, усеянный золотыми звёздами, представлял созвездия с планетами, каждое в своём реальном месте; и этот свод вращался так, как настоящее небо, с помощью невидимых машин...» (Здесь и далее - перевод автора).

Изобретение телескопа (ок. 1609 г.) и связанное с ним бурное развитие астрономии стало стимулом для строительства механических моделей астрономического видения мира. Прежде всего, начали строить механические модели гелиоцентрической системы - с целью популяризации ещё оспариваемой теории Коперника. Т.к. все планеты движутся вокруг Солнца в одну сторону и почти в одной плоскости, то с помощью набора валов и зубчатых передач изготавливали устройства, где шарики-планеты двигались вокруг центрального шара-Солнца с соблюдением тех же относительных скоростей и расстояний, как на небе. Эти модели называли коперниковскими планетариями. (рис. 1).

Традиционный коперниковский планетарий,

в данном случае - с шестью планетами.

Такие механические модели Солнечной системы получили названия «орарий», по имени Ч. Бойли, графа Оррери, для которого около 1712 г. был изготовлен один из экземпляров

Но были иные подходы к моделированию. В частности, строили большие сферы (диаметром три метра и более), внутри которых на неподвижной платформе со скамьёй сидели зрители (до 10-12), наблюдавшие нарисованные на внутренней поверхности звёзды и фигуры созвездий. Сфера поворачивалась вокруг своей оси, параллельной земной, со скоростью суточного вращения реального неба; иногда добавлялась моделька Солнца - золочёный шарик, который двигался вдоль нарисованной эклиптики в темпе годового движения нашего светила. Эти сферы-глобусы (ибо их внешняя поверхность разрисовывалась, как глобус Земли) тоже именовали планетарием, или птолемеевским планетарием. Первым из них был Большой Готторпский глобус, подаренный Петру I и находящийся ныне в Санкт- Петербурге, в Кунсткамере.

История планетариев решительным образом изменила свой ход в ХХ в., и связано это с основанием в 1903 г. Немецкого музея в Мюнхене. Это был музей нового типа, где артефакты не просто экспонируются, но являются действующими моделями научно-технических изобретений. С подсказки астронома Макса Вольфа, директора астрономической обсерватории в Гейдельберге, Немецкий музей захотел получить действующие модели планетариев - по типу исторических, но усовершенствованные.

Как развивались события в связи с этим, лучше рассказать словами главных участников. А это: Вальтер Бауэрсфельд - берлинец по месту рождения, инженер-механик по образованию, защитивший в 26 лет степень д.т.н. (Dr.-Ing) и в 1905 г. переехавший в Йену, чтобы на 40 лет стать ведущим инженером фирмы «Цейс»; д-р Вальтер Виллигер(1872-1938) - профессиональный астроном, попавший в Йену в 1902 г.и с 1913 г. проработавший 25 лет научным руководителем цеха астрономических приборов; Франц А. Майер (1868-1933) - первый дипломированный инженер-механик завода Цейса с 1903 г.

Вот как Майер описал ход событий в «Журнале Союза немецких инженеров» в 1925 г. «Когда в 1911-1912 гг. появилась идея открыть астрономическую выставку в Немецком музее с помощью усовершенствованных и крупногабаритных планетариев, в Германии не нашлось фирмы, пожелавшей принять заказ на их конструирование и постройку. Фирма «Цейс» в Йене сначала также отклонила это предложение, т.к. трудности требований, предъявленных руководством Музея, казались непреодолимыми. Только осенью 1913 г. фирма «Цейс» выказала готовность взяться за эту работу, после того как предварительные разработки и эскизы убедили в её осуществимости. Запланировано было сделать два планетария: один должен был показывать звёзды и планеты так, как они видны с Земли; второй, напротив, должен был стать моделью реальной картины, где Земля и другие планеты кружатся вокруг Солнца. Чтобы их различать, первый назвали Птолемеевским, а второй Коперниковским планетарием...»

Первая мировая война прервала реализацию этих планов, но с 1918 г. работы возобновились. Коперниковский (или механический) планетарий сконструировала и построила группа под руководством Ф. Майера. Отличие их конструкции от типичных исторических моделей в том, что если последние дают вид Солнечной системы сверху, то конструкция группы Майера - вид снизу: в цилиндрическом помещении диаметром 12 м и высотой 2,8 м зритель, стоящий на полу, видит планеты подвешенными к приводному механизму под потолком (рис. 2).

Конструкция группы Майера - вид снизу: в цилиндрическом помещении диаметром 12м и высотой 2,8м зритель, стоящий на полу, видит планеты подвешенными к приводному механизму под потолком

Другая группа под руководством В. Бауэрсфельда работала над моделью по образцу Готторптского глобуса. Вот что писал об этом сам В. Бауэрсфельд. «Незадолго до войны Председатель Немецкого музея д-р Оскар фон Миллер обратился к фирме «Цейс» с предложением построить планетарий, в котором зритель мог бы наблюдать движение небесных светил внутри полусферической полости точно так же, как звёзды наблюдаются с Земли. При этом сначала предполагали, что неподвижные звёзды будут изображаться маленькими лампочками, размещёнными по сферической оболочке из жести. В целом эта оболочка должна вращаться вокруг оси, параллельной земной оси. Солнце, Луна и планеты должны изображаться светящимися дисками, которые с помощью соответствующего механизма должны двигаться по внутренней стороне сферической оболочки так, чтобы получились известные эпициклические траектории небесных тел. Это движение должно осуществляться с такой быстротой, чтобы события одного года проходили бы за несколько минут. Уже первые разработки показали, что здесь мы сталкиваемсяс задачей, механически почти неразрешимой...» («Журнал Союза немецких инженеров», 1924 г.).

Об этих же трудностях рассказывает В. Виллигер в своей книге «Das Zeiss Planetarium» /Jena, 1927/. «... Предложение фон Миллера после многих попыток не нашло удовлетворительного решения. И это понятно, т.к. получить точную модель природы невозможно, если стремиться достичь цели с помощью неповоротливого механизма, т.е. с помощью устройства, которое никогда не будет в состоянии скопировать таинственный бесшумный мировой ход Природы...». И вдруг в марте 1919 г.В. Бауэрсфельд неожиданно для всех предложил иной подход к задаче. Его слова сохранил нам В. Виллигер. «...Какой же счастливой была мысль доктора Бауэрсфельда, сделавшего следующее предложение: «Большая сфера должна быть неподвижна, а её внутренняя белая поверхность должна стать экраном для многих малых проекторов, размещённых в центре сферы. Взаимное положение и движение маленьких проекторов должно управляться подходящим механизмом так, чтобы создаваемая на экране картина небесных тел и видимых невооружённым глазом созвездий по положению и движению была такой, которую мы привыкли видеть в природе вне помещения»... Приведя эти исторические слова изобретателя проекционного, или оптико-механического, планетария, В. Виллигер добавил тут же: «С Птолемеевским планетарием это устройство ничего общего не имеет, ибо [проекционный] аппарат должен давать нам точное изображение природы, искусственный небосвод, и мы увидим, что для осуществления этого в конструктивном исполнении применены основы нашего сегодняшнего мировоззрения, доктрины Коперника». Отметим: этот подход В. Бауэрсфельда был настоящим разрывом с зацикленностью конструкторов на чисто механических моделях предыдущих веков. Это был идейный прорыв в духе техническогопрогресса начала XX в. - эпохи зарождения фото- и киноиндустрии и разработки первых проекционных аппаратов.

Конструкторы цеха оптических инструментов, где докладывал В. Бауэрсфельд, с энтузиазмом приняли его идеи. Началась техническая разработка первого в мире оптико-механического проекционного Аппарата Планетарий (далее: АП). И уже через три с половиной года, в октябре 1922 г., фирма «Карл Цейс» получила государственный патент № 391031, кл. 42 h, группа 23 на «Механизм для проецирования созвездий на сферический экран». Через год был построен сам АП - позже его назовут «Цейc I» (рис. 3) - и начато строительство куполообразного здания диаметром 16 м на плоской крыше одного из заводских корпусов фирмы. В августе 1924 г. первый в мире планетарий принял зрителей (рис. 4).

Проекционный Аппарат Планетарий «Цейс I».

Иллюстрация из книги: Heinz Letsch, «Das Zeiss-Planetarium», издание 4-е, Йена, 1955

Опять слово В. Виллигеру: «Пять лет напряжённой работы потребовалось для всех участников, чтобы осуществить идею д-ра Бауэрсфельда и создать искусственное небо, которое превзошло все ожидания. В течение этих пяти лет не было недостатка в скептиках, борьба вокруг искусственного неба переживалась очень близко, и было неверие в успех. Однако всё это отступило перед реальностью, когда модель была сконструирована: ошеломляющее, сбивающее с толку искусственное небо глубоко переживалось в первые памятные часы. Никакое описание не в состоянии передать глубокое впечатление, которое получаешь от этой небесной модели.

Первый в мире планетарий современного типа на крыше фабричного цеха.

Из журнала «Popular Astronomy», 1925, v.33, №7, p.447

Прошло более года с тех пор, как в этом своеобразно сконструированном тонкой работы куполе - также построенном по новой технологии, предложенной В. Бауэрсфельдом - на крыше завода «Цейс» впервые засветилось искусственное небо. С тех первых августовских дней 1924 г., когда предназначенный для Немецкого музея инструмент впервые был продемонстрирован публике, до конца [января] 1926 г. около 80000 людей посетило искусственное небо на заводской крыше. Возложенные на инструмент ожидания полностью исполнились...».

В печати всего мира появились сообщения об этом чуде. Планетарий получил всемирную известность, а фирма «Карл Цейс» - десятки заказов на АП. Первый экземпляр «Цейс I» в 1925 г. был передан в Немецкий музей, где для него построили здание с 10-метровым куполом. А второй (и последний!) «Цейс I» занял его место в заводском планетарии.

Почему же модель «Цейс I» перестали делать? Дело в том, что она могла демонстрировать звёздное небо только одной широты, 510, широты города Йена (и почти Мюнхена). Конечно, можно было бы делать«Цейс I» и для других широт. Но конструкторы решили создать универсальную модель («Цейс II»), такую, чтобы, сидя в зале, скажем, в Берлине, можно было увидеть звёздное небо, например, на широте Сиднея (Австралия). Разработка «Цейс II», начатая в 1923 г., была завершена в 1925 г., а первый его экземпляр, построенный в 1926 г., стал работать в Берлинском планетарии.

Конструктивно две первые модели АП различаются, говоря кратко, так. «Цейс I» состоит из одного шара, несущего проекторы звёзд, видимых только в северном полушарии Земли, и цилиндрической фермы с приводами и проекторами Солнца, Луны и планет. «Цейс II» имеет уже два шара с проекторами всех звёзд (один шар для звёзд северного полушария Земли, другой - для южного) плюс двухсекционную ферму между шарами с проекторами Солнца, Луны и планет (рис. 5).

Аппарат Планетарий модели «Цейс II»

Став широко известным в мире, АП модели «Цейс II» c 1927 г. производится серийно по заказам, несмотря на солидную стоимость: более 100 000 долл., что для нашего времени эквивалентно 1 000 000. В 1928 г. планетарий с «Цейс II» появился в Риме, в 1929 г. - в Москве, в 1930-м - в Чикаго, в 1933-м - в Филадельфии и далее до 1940 г. ещё в 11 городах планеты. Эти заграничные заказы выполнялись параллельно с заказами для 12 немецких городов, так что Германия к концу 1930-х гг. стала самой «планетаризированной» страной мира.

С началом Второй мировой войны производство АП прекратилось, заводы были разбомблены. В 1945 г. фирма «Карл Цейс» распалась на две части: восточную, в Йене, и западную, в Оберкохене. Производство АП было возобновлено в 1950-е гг. В 1960-е гг. в Йене начали выпуск малых АП, более дешёвых, которые и теперь работают в ряде городов РФ: так, один из них с 1948 г. успешно проработал почти 60 лет в планетарии Нижнего Новгорода.

К этому времени появились и новые производители АП в США - фирма Spitz, в Японии - фирма Goto и фирма Minalto, и т.д. - все они начали с производства малых и средних АП собственного дизайна, но на базе исходных принципов АП Вальтера Бауэрсфельда.

Статистические исследования распространения планетариев в мире до 1987 г. проделал немецкий историк астрономии д-р Диттер Б. Херрманн. Его статью можно прочесть в чудесном сборнике «Планетарий. Вызов педагогам», выпущенном ООН в 1992 г. в рамках мероприятий по случаю Всемирного Года Космоса. В статье читаем: «Число планетариев в мире, выведенное из всей доступной информации, на 1987 г. равно 1600, не учитывая планетариев с диаметром купола менее 5 метров». Далее узнаём, что число планетариев стало быстро расти с начала космической эры (4 октября 1957 г.), а после полётов на Луну в 1968-1972 гг. этот рост стал экспоненциальным.

В 1971 г. было основано International Planetarium Society (IPS), которое ежеквартально издаёт журнал «The Planetarian» («Работник планетария») плюс публикации на специальные темы, и раз в два года собирает своих членов на конференции, издавая затем их «Труды». Так, в «Трудах» 10-й конференции IPS’90 найдём статью того же Херрманна, где он рассказывает об эволюции сеансов в планетарии от чисто учебных занятий до театрализованных шоу. Добавим, что эволюционируют сами АП, и здания планетариев: взамен классических сооружений с вертикальным куполом и круговым размещением кресел для зрителей в 1980-е гг. появились здания, где все кресла однонаправленные, а купол-экран наклонён до 300 от зрителей. Эти изменения обусловили новые поколения АП: с 1967 г. в Йене выпускают модель АП «Spacemaster», где впервые к трём прежним осям вращений (рис. 5) добавлена четвёртая, вертикальная ось, вокруг которой АП вращается в целом. Это новое вращение картины по азимуту плюс наклон купола-экрана делают демонстрации космических полётов вокруг Земли, к Луне и т.д. реалистичными, превращая зрителей в участников этих полётов. Фантастика? Убедитесь сами, посетив такой планетарий, который заработал в октябре 2007 г. (к 50-летию начала космической эры!) в Нижнем Новгороде, - первый в РФ, построенный по инициативе энтузиастов, которые воспитывались на малом АП, выпущенном до 1945 г.

В заключение вспомним о зародившемся в 1930 г. обычае строить именные и мемориальные планетарии, носящие имя либо какой-нибудь знаменитости, либо дарителя денег на постройку. Сегодня в мире их десятки; но, увы, нет ещё планетария имени его изобретателя (и АП, и метода строительства купола). В связи с этим выразим пожелание, чтобы к 100- летию изобретения АП (в 2019 г.) планетарий в Берлине - на родине изобретателя - назвали именем Вальтера Бауэрсфельда.

Список литературы

www.technicamolodezhi.ru

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.galactic.name

Дата добавления: 04.11.2013