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Konstellations-Globus Diese Erfindung beschreibt einen Crlobus für
Unterrichts- und Demonstrationszwecke, mit dessen Hilfe ein Beobachter die Stellung
von Fixsternen, Sonne und Planeten relativ zu seiner Position auf der Erdoberfläche
in Abhängigkeit von Jahres- und Tageszeit einstellen bzw ablesen kann. Das Instrument
ist außerdem als Uhr verwendbar, wenn die Orientierung der Gestirne relativ zum
Reobachtungsort auf der Erde kontinuierlich und automatisch geändert wird.
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Die bekannten Astrogloben stellen bbbildungen des Fixsternhimmels
dar, die unabhängig vom Standort eines Beobachters sind. Diese Globen gestatten
daher nicht unmittelbar eine Ablesung der Orientierung des Fixsternhimmels relativ
zum Beobachtungsort als Funktion von Datum und Uhrzeit. Andrerseits nehmen gewöhnliche
Frdgloben keinen Rezug auf Sternbilder, so daß mit ihnen die obige Aufgabe ebenfalls
nicht durchfUhrbar ist. Dieser Mangel kann mit einem kombinierten Stern-Erdglobus
dadurch behoben werden, daß eine Zentralprojektion des Fixsternhimmels auf die Erdoberfläche
herbeigeführt und das Azimutsystem durch ein Koordinatensystem dargestellt wird,
dessen Ursprung im Standort des Beobachters liegt. Die Stellung der Sonne bzSJ eines
Planeten im Fixsternhimmel wird durch eine besondere Vorrichtung anedeutet, mit
deren Hilfe die Jahreszeiten bzw. das Datum sowie die Uhrzeit einstellbar sind.
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Der Konstellationsglobus (Abb.l und 2) besteht im wesentlichen aus
zwei konzentrischen Kugclschalen, deren äußere (R) matt transparent ist und die
Erdoberfläche abbildet, während die innere Schale (H) eine Abbildung des Fixsternhimmels
trägt - derart, daß mir die Stellung der Fixsterne und die notwendigen Orientierungslinien
der Sternbilder transparent, die übrigen Stellen dagegen opak sind, Eine im Inneren
von lT sitzende Lichtquelle (L) gestattet eine Direktprojektion des Fixsternsystems
auf die äußere Schale R. Auf der Innenfläche von H ist eine reflektierende Schicht
aufgebracht, die nur an den Stellen i'r T'ro,jektionspunkte und -linien unterbrochen
ist.
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E ist um ihre Achse, die gegen die als senkrecht angenommene Ekliptikachse
um 23,5° geneigt ist, drehbar, An den Ekliptikpolen von H befinden sich kreisförmige
Öffnungen, in denen zylindrische Gleitkörper (G) sitzen, die in einer ihrer Stellungen
Licht in die aus einem transparenten Material bestehende rugelschale H eintreten
lassen Die in Abb.l und 2 gezeigte Konstruktion des Konstellationsglobus besitzt
zum Finblenden des Sonnenstandes bzw der Stellung eines Planeten einen kreisförmigen
Lichtleiter (A) mit rechteckigem Querschnitt, der zwischen E und H gelegen ist.
Durch die besondere Prismenform des oberen transparenten Gleitkörpers (Abb.3) kann
Licht bei geeigneter Schaltung von G1 in A eindringen. 7um Bewegen der G leitkörper
dienen transparente Kreisschienen (9), die zu beiden Seitein von A (Abb.4) derart
befestigt sind, daß sie durch Antrieb über Zahnräder entgegengesetzt rotieren und
dabei G1 und G2 über Mitnehmer in vertikaler Richtung bewegen können.
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Eine weitere Komponente des Konstellationsglobus ist eine transparente
Halbkugelschale (B) mit eingravierten Azimut- und Höhenlinien, die auf den Erdglobus
gelegt wird, um Standort und Horizont eines Beobachters zu markieren.
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Das Stativ (F) nimmt den Mecanismus zum Bewegen der drehbaren Komponenten
auf* Ein Handknopf (D) dient zum Rinstellen des Datums; er trägt eine Gradation,
die in 365 mage unterteilt und mit tonatsnamen versehen ist, sowie eine 36O0-Skala.
Über D wird A um die Ekliptikachse bewegt. Rin relativ zu E und um die Achse von
E drehbarer Ring (U), der eine Zeitskala in 24 Stunden sowie ebenfalls eine 360°-Teilung
trägt, gestattet die Vorgabe des Zeitnormals für den Beobachter; die Tageszeit wird
mit Hilfe des Erdglobus E von Hand eingestellt bzw durch ein in das Stativ eingebautes
(nicht gezeigtes) Uhrwerk kontinuierlich geändert, wobei im letzteren Fall D im
Verhältnis 1:365 mitgeführt wird. Ein Markierungsstrich am lialtering (R) des G
stativs dient als Index (Prühlingspunkt); wie weiter unten beschrieben, trägt P
noch zusätzliche Indexmarken und Angaben für die Planeten. Außerdem gestattet ein
Schaltring (T) das Umschalten der Gleitkörper G über die Schienen S.
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Die Funktion des Konstellationsglobus ist vie folgt: Ist die Lampe
L nicht einreschaltet, so tritt nach außen hin nur die Oberfläche der Erde in wrscheinung
wie bei einem gewöhnlichen Erdglobus mit dem Zusatz, daß die transparente Halbkugelschale
R eine Globushälfte bedeckt. B liegt normalerweise zentriert über dem Standort (Z)
des Beobachters; da ein äußerer Achsenbefestigungspunkt am Nordpol von E fehlt,
kann B praktisch über jedem Punkt der nördlichen Erdhalbkugel zentriert werden ei
eingeschalteter Lampe 1, sind zwei Arten der Beleuchtung möglich, je nachdem in
welche Stellung die Gleitkörper G gebracht werden.
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In der in Abb.l dargestellten Stellung wird Licht in die polseitigen
Eintrittsaperturen der dann als Lichtleiter wirkenden rugelschale H geleitet, wo
es sich gleichmäßig über die gesamte rferipherie verteilt.
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Durch Streuung des Lichts an den Oberflächen von H wird somit eine
indirekte Beleuchtung des Untergrundes von R herbeigeführt und eine andere Darstellungsform
der Globusstruktur, z.R, eine politische wenn die vorhergehende physikalisch war,
ermöglocht; der Fixsternhintergrund tritt dann kontrastmäßig nicht stark in Erscheinung.
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In der in Abb.2 gezeigten Stellung der CrleitEörper G wird die Lichtleiterwirkung
von H ausgeschaltet und der Lichtleiter A geöffnet.
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Licht gelangt dann über A an dessen einseitig angeschliffenen Austrittsspiegel
(M in Abb.l und 4), von wo es auf E projiziert wird und dort einen Lichtfleck erzeugt,
der als Sonnen- bzw. Planetenbild gedeutet werden kann, abhängig davon, welche Einstellung
der Drehknöpfe am Stativ vorgenommen worden ist.
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In der zuletzt beschriebenen Beleuchtungsform wirken die verschiedenen
Koordinatensysteme des Konstelationsglobus zusammen, um die Stellung eines Himmlskörpers,
bezogen auf einen Beobachter auf der Erde, in Bestimmungsgrößen ausdrücken bzw.
dadurch diese festlegen zu können.
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Die Halbkugelschale R representiert das Azimutsystem von r, innerhalb
dessen ein Gestirn mit Azimut a und Höhe h erscheint. 7ird die Hauptazimutachse
durch den Nordpol der Erde gelegt, so bezieht dieses System den Himmelskörper auf
die Halbsphäre des Beobachters.
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Der Erdglobus E trägt das Koordinatensystem der Erde mit Länge # und
Bereite #. Es bezieht den Beobachter auf die Bestimmungsgrößen der Erdoherfläche.
Bei Rotation von E gleitet die Erdoberfläche entlag
der projizierten
Himmelskörper. Die Sterne scheinen dann im mitbeTiegten Azimutsystem zli wandern.
Da die Uhrzeit des Beobachters am Stativ ablesbar ist, läßt sich auf diese art ein
Himmelskörper in relativen Raum-Zeit-Koordinaten erfassen.
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Die Fixsterne sind auf der Kugelschale H im absoluten Rektaszensionssystem
mit gerader Aufsteigung S und Deklination # erfa£t, wobei die Pole der Erde die
Himmelsachse festlegen. Um ene Ablesung von # und # von außen her zu ermöglichen,
braucht E nur in eine solche Stellung gebracht zu werden, daß der Greenwichlsche
Längenkreis durch den Frühlingspunkt, der am Stativ gekennzeichnet ist, verläuft;
dann liefern die Längen- und Breitenkoordinaten der Erdoberfläche unmittelbar die
Rektaszensionskoordinaten, wenn # ostwärts von Oo bis 7600 gezählt wird.
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Der kreisförmige Lichtleiter A enthält einen Längenkreis des Ekliptiksystems.
Da er über D um die Achse dieses Systems beweglich ist, stellt der Längenkreis einen
geometrischen Ort eines zum Sonnensystem gehörenden Uimmelskörpers dar, wenn A geeignet
gestellt ist.
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Der Stundenwinkel # eines Fixsterns leitet sich aus # = t - # her,
worin t ein Winkel ist, der sich aus Reobachterstandort und Frühlingspunkt ergibt
und von U über dem Indexstrich des Flühlingspunktes auf R abgelesen werden kann,
wenn die westwärts ansteigende Gradskala von U mit ihrem Nullpunkt zunächst auf
den Meridian des Beobachters gebracht worden ist. Bei negativem r liegt der Fixstern
östlich des Meridians, andernfalls westlich hiervon.
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Zum Auffinden veränderlicher Himmelskörper könnte D herangezogen i7erden,
um die Länge des aufsteigenden Knotens des Himmelskörpers im Ekliptiksystem zu liefern.
Sie ist für die Sonne 0° (aufsteigender Knoten der Sonnenbahn # Frühlingspunkt)
und für die Planeten verschieden groß. Weitere Knöpfe am Stativ müPten dann für
die genaue Einstellung der Planeten auf ihrer sahn sorgen. Weil jedoch die Neigung
der Planetenbahnen gegen die Ekliptik gering ist (i.a. unter 3,4° - größer nur für
Merkur # 7° und Pluto # 17°), kann der Mechanismus nur Andeutung der veränderlichen
Himmelskörper erheblich vereinfacht werden, man hat dann eine Unschärfe der Ekliptikbreiten
çE hinzunehmen, die in der obigen Größenordnung liegt.
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Der Stand der Sonne kann mittels der westwärts ansteigenden Datumskala
auf D und dem Index des Frühlingspunktes auf R sofort und exakt sowohl in AR als
auch in EE eingestellt werden. Schneidet der Borizont des Beobachters (Äquator von
B) bei ostwärts gerichteter Rotation von s das auf E erscheinende Sonnenbild, so
herrscht für den Standort Z Sonnenaufgang, wenn das Bild in die Halbsphäre des Beobachters
eintritt, und Sonnenuntergang, wenn es hieraus verschwindet. Beim Durchtritt des
Sonnenbildes durch den Hauptazimutkreis von Z (Meridian) ist die Ortszeit 1200 Uhr.
Sie ist das über U einstellbare Zeitnormal für nautische Beobachtungen. eaöhnlich
wird das Zeitnoraal jedoch durch die Zonenzeit ausgedrückt, die für bestimmte geographische
Gebiete bekannt ist und für Z an U vorgegeben wird. Liegt das Sonnenbild innerhalb
von B, so kann T auf Tag geschaltet oder L ganz ausgeschaltet werden, um die Himmelskörper
nicht in Erscheinung treten zu lassen. Im entgegengesetzten Fall wird T auf Nacht
geschaltet, wodurch die Himmelskörper deutlich auf R hervortreten.
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Die Lage eines Planeten zu einer gegebenen Zeit ist mit Hilfe der
auf R markierten Indexstriche und Umrechnungsfaktoren einstellbar.
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Über A wird dann das Planetenbild (genauer die Lage des Ekliptik längenkreises
des Planeten, s.o.), und nicht das Sonnenbild, auf E projiziert. Die zu einem bestimmten
Stichtag aus astronomischen Tabellen gewonnenen Null-Indizes sind auf R für jeden
Planeten als Striche unter gleichzeitiger Angabe der zugehörigen Umrechnungsfaktoren
x für die siderischen Umlaufzeiten markiert. Das Aufsuchen eines Planeten geschieht
dann wie folgt: 1. Das Datum, gerechnet in Tagen vom Stichtagt wird mit x multipliziert.
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2. Aus der gewonnenen Zahl wird der Modul zu 365 gebildet (Differenz
zum nächst-niederen Vielfachen von 365).
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3. Die als Modul errechnete Zahl wird mittels D auf den Nullindex
des entsprechenden Planeten gebracht.
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Um die Aufgabe der Planeten-Einstellung zu erleichtern, trägt die
D-Skala neben den Angaben des Datums in Monaten und Tagen eine durchlaufende Nummerierung
in Jahres tagen.