Служба пассажного инструмента

Для определения точного времени существуют отдельные астрономические инструменты в обсерваториях и назначены на небе особые, «часовые» звезды, или «звезды времени». Эти звезды достаточно ярки, и их положение на небе определено с величайшей точностью. Астроном знает, во сколько часов, минут, секунд и сотых долей секунды та или иная «часовая» звезда пройдет через меридиан.

В Пулковской обсерватории при ее основании было выбрано 44 часовых звезды. Сейчас их число значительно увеличено, с тем чтобы каждую ночь в любой час можно было проверить часы по нескольким звездам.

Вот этот коренастый астрономический инструмент, изображенный на рисунке, и является главным добытчиком точного времени; он повелитель и судья всех астрономических часов, их прямой и непосредственный начальник.

По рисунку трудно догадаться, как в эту трубу смотрят астрономы. Снизу у нее какие‑то рычаги, средняя часть имеет форму куба; весь инструмент больше напоминает миномет, чем астрономическую трубу.

Однако это самая настоящая астрономическая труба, и притом очень удобная. Она гораздо удобнее, чем обычные школьные телескопы, возле которых приходится стоять или сидеть, выгнув шею и подняв голову.

Около пассажного инструмента – а этот инструмент называется пассажным– наблюдатель работает совершенно спокойно. Как бы ни была наклонена труба, астроному не приходится менять положения. Ось, поддерживающая трубу, оттого такая толстая, что она полая и служит продолжением инструмента. В конце ее, который выступает за опору инструмента, находится окуляр.

А в металлическом кубе в средней части инструмента помещена трехгранная стеклянная призма. Она принимает изображение звезды от объектива и отражает вдоль оси к окуляру. Поэтому объектив можно поднимать, опускать, а окуляр остается всегда неподвижным. Наблюдатель смотрит в него, как в окошечко.

Пассажный инструмент установлен на массивном основании так, что его трубу можно поворачивать только в одном направлении – с севера на юг – и обратно, точно по меридиану, то есть двигать ее только вверх или вниз. Вправо или влево труба не поворачивается, Поэтому в пассажный инструмент нельзя рассматривать любую звезду на небе, а только ту, которая в данный момент проходит через меридиан. Перед наблюдением астроному приходится поджидать, когда нужная ему «часовая» звезда сама заглянет в объектив.

Этой особенностью инструмента объясняется его название – пассажного, так как звезды появляются и проходят в поле зрения, как проезжие, как пассажиры.

Пассажный инструмент. В кружке видно, как проходит звезда в поле зрения трубы.

Ограничение подвижности пассажного инструмента не является его недостатком– наоборот, это его достоинство. Всегда лучше уметь делать одно дело, да как следует, чем много дел, но кое‑как. Пассажный инструмент и приспособлен для выполнения одного дела: он позволяет очень точно замечать момент прохождения звезды через меридиан. И с этой обязанностью инструмент справляется прекрасно, гораздо лучше, чем иной большой телескоп. Неподвижная установка предохраняет астронома от многих ошибок при измерениях.

Внутри трубы пассажного инструменты натянуты тончайшие нити: одна – горизонтальная и несколько – вертикальных. Дождавшись появления «часовой» звезды, астроном подводит инструмент так, чтобы «посадить» звезду на горизонтальную нить. Звезда движется вдоль горизонтальной линии, как по дорожке. По пути ей попадаются вертикальные нити; она их пересекает, а астроном в эти мгновения нажимает клавишу, связанную с хронографом. Клавиша включает ток в одну из катушек хронографа; от этого его перышко вздрагивает и оставляет на бумажной ленте зубчик.

Одновременно к другому перышку хронографа подведены сигналы секунд эталонных часов, и оно на соседней дорожке ставит каждую секунду по зубчику.

Когда звезда уйдет из поля зрения инструмента, астроном берет ленту хронографа и сравнивает вычерченные на ней линии с зубчиками. На одной из них отпечатались секунды по сигналам эталонных часов, а на другом – сигналы от клавиши, на которую нажимал астроном в моменты пересечения звездой вертикальных нитей.

Так как время прохождения звездой меридиана известно заранее и очень точно, то, измеряя расхождение зубчиков от звезды и от часов, астроном определяет, насколько ушли или отстали часы.

Обычно наблюдений только одной «часовой» звезды бывает недостаточно. Для большей надежности за ночь повторяют наблюдения над несколькими звездами и поправку часов определяют с точностью в несколько сотых долей секунды.

Таким сравнительно несложным способом пользовались до конца прошлого столетия. Астрономов тогда удручали чересчур большие ошибки наблюдений. И это было понятно, – астроному приходилось выполнять одновременно два ответственных дела: следить за звездой, улавливая момент пересечения ею нити, и нажимать клавишу хронографа. Внимание рассеивалось, рождалась ошибка. При этом способе она была совершенно неизбежна.

Как установил великий русский физиолог И. М. Сеченов, сигналы головного мозга передаются по нервам с некоторой и сравнительно небольшой скоростью. В среднем она равна всего лишь двадцати семи метрам в секунду. Заметив, как звезда пересекает нить, астроном при всем своем желании не может в тот же момент нажать клавишу. Зрительное впечатление должно сначала передаться в головной мозг, а головной мозг подает команду пальцам руки: «нажать клавишу». Его приказ помчится по нервам, как по телеграфной проволоке, и достигнет пальцев примерно через шесть сотых секунды.

Если бы скорость передачи сигналов головного мозга всегда была постоянной, то это запаздывание можно было бы учесть, но нервы – не телеграфная проволока, и скорость передачи команд головного мозга может сильно изменяться. На нее влияет все – хорошее или дурное настроение, утомление, лишний стакан чая или кофе.

Можно ли добиться идеальной точности?

Астронома надо было освободить от обязанности самому нажимать клавишу. Это должен делать какой‑либо механизм.

Был изобретен прибор, названный саморегистрирующим, контактным микрометром. Его присоединяют к пассажному инструменту вместо окуляра. В поле зрения микрометра натянуты параллельно друг другу две горизонтальные нити и три вертикальные. Горизонтальные нити и одна из вертикальных нитей неподвижны, а две вертикальные можно передвигать вправо и влево, поворачивая небольшие, обшитые мягкой материей рукоятки.

Как только звезда появится в поле зрения, астроном направляет инструмент так, чтобы изображение звезды попало в «коридорчик» между двумя горизонтальными линиями.

Звезда движется по этому «коридору», а наблюдатель подводит к ней одну из подвижных вертикальных линий, совмещает ее с изображением звезды и, тихонько поворачивая рукоятки, ведет нить, не позволяя ей отрываться от звезды.

Рукоятки, которыми астроном ведет нить, соединены со специальным контактным барабаном. Когда барабан поворачивается, в нужные моменты замыкаются контакты и пропускают ток к хронографу. Перышко хронографа щелкает и ставит зубчики (некоторые современные хронографы прямо печатают на ленте минуты, секунды и десятые и сотые доли секунды).

С изобретением саморегистрирующего микрометра у астронома осталось только одно дело – вести нить так, чтобы она не разлучалась со звездой. Остальное делает сам микрометр.

Этот способ был введен в Пулкове с 1897 года, и точность астрономического определения времени значительно увеличилась. Впоследствии метод наблюдения был еще больше упрощен. Астрономы установили моторчик, который вращает барабан микрометра и ведет нить со скоростью, близкой к скорости звезды в поле зрения. Наблюдателю приходится только немножко подправлять нить, наводя ее на звезду.

Первое время астрономы считали саморегистрирующий микрометр прекрасным, совершенным инструментом, но одновременно совершенствовались и часы. Точность часов опять стала превышать точность и астрономических наблюдений.

Получилось нечто совсем нежелательное, – не астроном поправлял часы, а часы поправляли его.