Fulldome.pl

Blog o planetariach i technologii fulldome

Historia Planetarium

Jak działa planetarium?

Autor: Kazimierz Schilling

Wersja elektroniczna: Tomasz Lewicki

Poniższy artykuł został opublikowany pod tytułem "Planetarium — urządzenie do demonstrowania wyglądu nieba" w specjalnym numerze miesięcznika "Urania" z sierpnia 1976 r., poświęconego w całości polskim planetariom, których wówczas było dziewięć, z czego szerokiej publiczności swoje podwoje udostępniało pięć (Frombork, Olsztyn, Grudziądz, Warszawa, Chorzów). W tekście znajdują się uwagi pisane kursywą i opatrzone moimi inicjałami (TL), aktualizujące niektóre dane. Ponadto pewne informacje są niepełne z powodu techniki rozwiniętej przez ponad trzydzieści lat, jakie minęły od publikacji oryginalnego tekstu. Z tego powodu poniższy tekst ma wyłącznie wartość historyczną.

Inny artykuł na temat zasady działania aparatury planetaryjnej i jej możliwości projekcyjnych jest tutaj.

Przygotowanie i publikacja wersji elektronicznej za zgodą redakcji czasopisma "Urania-Postępy Astronomii".

Wprowadzenie

Z wyrazem planetarium kojarzy się zwykle budynek z kopułą, pod którą można w dzień oglądać gwiazdy. Jest to jednak wtórne znaczenie wyrazu planetarium. Pierwotnie oznaczał on po prostu urządzenie służące do odtwarzania wyglądu nieba. W niniejszym artykule będziemy zajmować się planetarium właśnie jako aparaturą (o planetarium jako instytucji mowa w artykule M. Pańków).

Zamiar skonstruowania "sztucznego nieba" jest prawie tak stary jak sama astronomia. Już w X wieku p.n.e. budowano pierwsze globusy nieba, a w III wieku p.n.e. Archimedes zbudował, napędzane wodą urządzenie do demonstrowania ruchu gwiazd i planet. Od czasów Kopernika do początku XX wieku budowano wiele różnych urządzeń służących do demonstrowania ruchu planet. Urządzenia te: planetaria, planetolabia, stellaria, telluria, lunaria itp., były urządzeniami czysto mechanicznymi i w porównaniu ze współczesnymi planetariami bardzo prymitywnymi.

Pierwsze współczesne planetarium wyprodukowały zakłady Zeissa w latach 1919-1924. Konstruktorem był pracownik firmy Zeiss, niemiecki inżynier, prof. dr Walter Bauersfeld. Jego pomysł, polegający na umieszczeniu szeregu projektorów na powierzchni ruchomej kuli i rzutowaniu obrazów gwiazd i planet na kulisty ekran, jest powszechnie stosowany do dzisiaj. Od momentu wyprodukowania pierwszego egzemplarza, aparatura projekcyjna planetarium była i nadal jest ulepszana i uzupełniana dodatkowymi urządzeniami, poszerzającymi możliwości demonstrowania zjawisk astronomicznych. Prócz zakładów Carl Zeiss Jena (NRD) planetaria produkuje obecnie kilka innych firm (Zeiss — RFN, Spitz — USA, Goto — Japonia), a produkowane przez nie urządzenia różnią się wielkością, możliwościami demonstracji a także szczegółami rozwiązań technicznych.

W Polsce znajdują się wyłącznie planetaria firmy Carl Zeiss Jena, ale za to trzech różnych typów:

  • Duże Planetarium Zeissa (drugie zdjęcie — TL) — DP — Chorzów,
  • Planetarium Lotów Kosmicznych (trzecie zdjęcie — TL) — PLK — Olsztyn, (obecnie również Toruń — TL)
  • Małe Planetarium Zeissa (pierwsze zdjęcie — TL) — MP — Frombork (obecnie ZKP 2 — TL), Gdynia WSM i WSMW, Grudziądz (obecnie ZKP 2 — TL), Kraków (obecnie w Niepołomicach — TL), Szczecin, Warszawa.

W dalszej części artykułu będziemy zasadniczo ograniczać się do skrótów: DP, PLK i MP. Odpowiednie zdjęcia znajdują się na 2, 3 i 4 stronie okładki a objaśnienia do zdjęć w dalszej części artykułu — numery objaśnień są wspólne dla wszystkich trzech zdjęć.

Planetarium typu ZKP 1
Planetarium typu ZKP 1
Planetarium typu DP (Duże Planetarium)
Planetarium typu DP (Duże Planetarium)
Planetarium typu PLK (Planetarium Lotów Kosmicznych)
Planetarium typu PLK (Planetarium Lotów Kosmicznych)

Oznaczenia na zdjęciach (wspólne dla wszystkich trzech typów planetarium):

1 — projektor gwiazd

2 — kula z projektorami gwiazd: 2a — północ, 2b — południe

3 — projektory Słońca, Księżyca i planet

4 — konstrukcja z projektorami Słońca, Księżyca i planet

5 — projektor Drogi Mlecznej

6 — projektor równika niebieskiego

7 — projektor południka niebieskiego

8 — projektor ekliptyki

9 — projektor sztucznego satelity Ziemi

10 — projektor rysunków gwiazdozbiorów wymienne z projektorami siatek współrzędnych równikowych i ekliptycznych

11 — projektor nazw gwiazdozbiorów

12 — projektor komety

13 — projektor gwiazd zmiennych; 13a — δ Cep, 13b — Algol

14 — projektor Syriusza

15 — projektor rysunków gwiazdozbiorów zodiakalnych

16 — projektor siatki współrzędnych horyzontalnych

17 — projektor róży wiatrów

18 — projektor panoram

19 — pulpit operatorski

20 — magnetofon

21 — rozkaz dla automatyki

Opis planetarium

Planetarium jest aparaturą projekcyjną służącą do odtwarzania wyglądu nieba. W skład planetarium wchodzi kilkadziesiąt różnych projektorów, które rzutują obrazy gwiazd, Słońca, Księżyca, planet i innych obiektów niebieskich na półkulisty ekran, tzn. na wewnętrzną powierzchnię kopuły. Większość tych projektorów jest konstrukcyjnie ze sobą połączona, tworząc tzw. główny projektor planetarium, stojący w środku kopuły. Główny projektor DP jest dostosowany do kopuły a średnicy od 16 do 30 m, PLK — 10 do 15 m, a MP — 6 do 8 m.

Projektory gwiazd (1). Są one umieszczone wewnątrz kuli (2) — na zewnątrz kuli widoczne są tylko ich obiektywy. Każdy z projektorów jest zbudowany (podobnie jak zwykły projektor do wyświetlania przeźroczy) z kondensora i obiektywu, pomiędzy którymi znajduje się "klisza" — metalowa płytka z mikroskopijnymi otworkami, rozmieszczonymi tak, jak gwiazdy na niebie. Wspólnym źródłem światła dla wszystkich projektorów gwiazd, jest żarówka znajdująca się dokładnie w środku kuli. Światło żarówki przechodzi przez kondensory, następnie przez otworki w metalowych płytkach i przy pomocy obiektywów jest rzucane na kopułę. Każdy projektor daje na kopule obrazy pewnego wycinka nieba. W sąsiednich projektorach znajdują się płytki z otworkami imitującymi gwiazdy sąsiednich wycinków nieba. Wszystkie projektory razem dają na kopule wierny obraz gwieździstego nieba. Otworki w metalowych płytkach są różnej wielkości i dlatego obrazy gwiazd na kopule są mniejszymi lub większymi świetlnymi plamkami — im jaśniejsza gwiazda tym większa plamka.

W DP i PLK są po dwie kule (2) — jedna zawiera projektory rzutujące gwiazdy północnej (2a), a druga południowej (2b) półkuli nieba. W MP jest tylko jedna kula (2) z projektorami gwiazd, dającymi obraz całej sfery niebieskiej z wyjątkiem okolic południowego bieguna niebieskiego. DP daje obrazy około 9000 gwiazd, w tym kilka gwiazd ma kolory odpowiadające ich klasom widmowym, PLK — około 6000 gwiazd, a MP — około 5000 gwiazd. Prócz tego na kopułę są rzutowane obrazy kilku gromad gwiazd, mgławic oraz galaktyki w gwiazdozbiorze Andromedy, a w DP i PLK także Obłoków Magellana.

Projektory Słońca, Księżyca i planet (3). W DP i PLK znajdują się one w żebrowanej konstrukcji (4) łączącej obie kule z projektorami gwiazd, a w MP są mocowane pod kulą z projektorami gwiazd. Przy pomocy tych projektorów są rzutowane na kopułę, na tło gwiazd, obrazy Słońca, Księżyca i pięciu planet widocznych gołym okiem — Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Wewnątrz projektora Księżyca znajduje się dodatkowa przysłona do demonstrowania faz Księżyca.
W PLK projektory Słońca i Księżyca są wyposażone w dodatkowe urządzenia służące do demonstrowania całkowitych i częściowych zaćmień Słońca i Księżyca.

Inne projektory wchodzące w skład projektora głównego. Projektor Drogi Mlecznej (5) — rzutujący na kopułę, na tło gwiazd, świetlną smugę Drogi Mlecznej. Projektory; równika niebieskiego (6), południka niebieskiego (7), ekliptyki (8) oraz innych linii i punktów sfery niebieskiej, będących niezastąpioną pomocą naukową podczas lekcji astronomii. Prócz tego są jeszcze projektory:

  • w MP: sztucznego satelity Ziemi oraz rysunków gwiazdozbiorów,
  • w DP: nazw gwiazdozbiorów (11), sztucznego satelity, komety (12), gwiazd zmiennych (ο Ceti — Mira, δ Cephei (13a), β Persei — Algol (13b), Syriusza (14) i inne)
  • w PLK: rysunków gwiazdozbiorów (10), siatek współrzędnych równikowych i ekliptycznych (10) (wymiennie z rysunkami gwiazdozbiorów), rysunków gwiazdozbiorów zodiakalnych (15), sztucznego satelity (9), komety (12), siatki współrzędnych horyzontalnych (16), róży wiatrów (17), panoram (18) i inne.

Urządzenia dodatkowe. Na wyposażeniu DP i PLK znajdują się prócz tego niezależne, tzn. nie związane konstrukcyjnie z projektorem głównym, projektory: spadających gwiazd, ruchomego modelu Układu Słonecznego oraz przezroczy (DP i PLK), rysunków gwiazdozbiorów (DP), zaćmień Słońca i Księżyca (DP) oraz Jowisza z czterema krążącymi wokół niego księżycami (PLK). Projektory te znajdują się na pulpitach operatorskich DP i PLK.

Ruchy

Główny projektor planetarium może wykonywać kilka ruchów:

Ruch dzienny — obrót projektora wokół osi przechodzącej przez północny i południowy biegun niebieski, który jest z kolei odzwierciedleniem obrotu Ziemi wokół osi raz na 24 godziny. W planetarium "ruch dzienny" jest oczywiście szybszy i pełen obrót sfery niebieskiej można zademonstrować w czasie od 0,5 do kilku minut. Następne ruchy są jeszcze bardziej przyspieszone.

Ruch roczny — po włączeniu którego zaczynają się obracać projektory Słońca, Księżyca i planet. Pozwala on. demonstrować przemieszczanie się Słońca, Księżyca i planet po niebie, na tle gwiazd, wywołane sumarycznym efektem: ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca, ruchu obiegowego Księżyca wokół Ziemi oraz ruchów obiegowych poszczególnych planet wokół Słońca. Małe Planetarium "ruchu rocznego" nie posiada — dla danego roku i dnia trzeba specjalnie ustawiać, na tle gwiazd Słońce, Księżyc i planety, wg ich współrzędnych branych z rocznika astronomicznego.

Ruch po południku — obrót projektora w płaszczyźnie południka niebieskiego, tzn. zmiana nachylenia projektora do horyzontu kopuły. Zmiana wyglądu nieba, wywołana tym ruchem, odpowiada zmianie wyglądu nieba przy przemieszczaniu się po powierzchni Ziemi po południku czyli z północy na południe lub odwrotnie. Przy pomocy tego ruchu można zademonstrować wygląd nieba z dowolnej szerokości geograficznej — np. z terenu Polski, z równika, z biegunów, itd. W PLK z ruchem tym jest sprzężony specjalny "projektor mapy", na której widać w jakim miejscu Ziemi aktualnie się znajdujemy.

Ruch precesyjny — obrót projektora wokół osi nachylonej pod kątem około 23° do osi wokół której obraca się projektor ruchem dziennym. Ruch precesyjny odpowiada precesyjnemu ruchowi osi obrotu Ziemi w przestrzeni o okresie około 26 tys. lat i pozwala zademonstrować (dla dowolnej szerokości geograficznej) wygląd nieba w dowolnej epoce wcześniejszej lub późniejszej od naszej.

W DP i PLK wszystkie ruchy odbywają się przy pomocy silników elektrycznych o regulowanej szybkości obrotu. W MP jest tylko silnik ruchu dziennego, a ruch po południku i ruch precesyjny wykonuje się ręcznie, kręcąc odpowiednimi korbkami, zaś ruchu rocznego nie ma w ogóle.

Przez odpowiednią kombinację ruchów można zademonstrować wygląd nieba o dowolnej godzinie (ruch dzienny) dowolnego dnia (ruch roczny) dowolnego roku (ruch roczny lub precesyjny) z dowolnego miejsca na kuli ziemskiej (ruch po południku). W PLK jest jeszcze ruch poziomy, tzn. obrót całego projektora wokół linii pionu. W odpowiedniej kombinacji z pozostałymi ruchami, ruch ten pozwala demonstrować efekty lotu kosmicznego.

Sposób prowadzenia pokazu — projekcji astronomicznej

Małe Planetarium (pierwsze zdjęcie). Osoba prowadząca projekcję stoi po środku kopuły obok projektora głównego i obsługuje aparaturę oraz pokazuje świetlną strzałką to, co aktualnie dzieje się w kopule, komentując równocześnie demonstrowane zjawiska astronomiczne. Prócz "żywego" komentarza stosuje się komentarz wcześniej opracowany i nagrany na taśmie magnetofonowej.

Duże Planetarium (drugie zdjęcie). Aparatura projekcyjna jest sterowana na odległość z pulpitu operatorskiego znajdującego się pod ścianą kopuły. Projekcję prowadzą dwie osoby: operator, który steruje pracą projektorów, oraz lektor, który komentuje demonstrowane zjawiska i pokazuje je świetlną strzałką. Projekcja jest dodatkowo ilustrowana muzyką, odtwarzaną z magnetofonu. Prócz "żywego" komentarza stosuje się wcześniej opracowane projekcje — swoiste widowiska astronomiczno-slowno-muzycz-ne — w których tekst komentarza i muzyka są odtwarzane z magnetofonu. Rola lektora sprowadza się wtedy do pokazywania strzałką omawianych zjawisk i do pomocy operatorowi.

Planetarium Lotów Kosmicznych (trzecie zdjęcie). Podobnie jak w DP, aparatura jest sterowana na odległość z pulpitu operatorskiego (19), z tym, że sterowanie może być ręczne (tak jak w DP) lub automatyczne. Przy ręcznym prowadzeniu projekcji, co stosuje się np. przy pokazach aktualnego wyglądu nieba, postępowanie jest analogiczne jak w DP.

Automatyczne sterowanie projektorem przebiega następująco. W pulpicie sterowniczym (19) znajduje się dwuścieżkowy magnetofon (20). Z pierwszej ścieżki jest odtwarzany dźwięk, tzn. tekst komentarza i muzyka, a z drugiej specjalnie nagrane impulsy, które poprzez czytnik taśmy perforowanej sterują minikomputerem, sterującym z kolei pracą całej aparatury. Rozkazy (21), tzn. cyfrowe oznaczenia poszczególnych czynności, są zakodowane na taśmie perforowanej. Po otrzymaniu impulsu z magnetofonu, minikomputer uruchamia przekaźniki wykonawcze i "każe" aparaturze projekcyjnej wykonać czynność (rozkaz), który uprzednio zapamiętał. Potem czyta z taśmy perforowanej kolejny rozkaz, zapamiętuje go i czeka na następny impuls z magnetofonu. Wszystkie te czynności muszą być oczywiście ściśle zsynchronizowane z tekstem komentarza.
Jak z tego widać, opracowanie automatycznej projekcji nie jest rzeczą łatwą, ale za to projekcja taka — widowisko astronomiczno-słowno-muzyczne — jest identyczna przy każdym powtórzeniu, zaś rola operatora sprowadza się do pokazywania strzałką demonstrowanych zjawisk oraz do nadzoru automatyki.

Artykuł powyższy nie daje oczywiście pełnej informacji o konstrukcji i działaniu niezwykle precyzyjnej aparatury projekcyjnej planetarium. Czytelników, których te sprawy zainteresowały, zapraszamy do Planetariów, gdzie można uzyskać wyczerpujące objaśnienia a prócz tego, i to jest najważniejsze, zobaczyć jak działa planetarium.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *