DE76003C - Vorrichtung zur Veranschaulichung der Bewegung der Gestirne - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.\%

Die Planetarien sind ihrer Unvollkommenheit wegen lediglich für den Elementarunterricht verwendbar. Die Bewegung der die Himmelskörper darstellenden Kugeln erfolgt viel zu rasch und auf allzu primitive Art und Weise, als dafs ihre Stellung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Sicherheit entnommen werden könnte.

Vermittelst des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung können dagegen die Constellationen der Wandelsterne unter einander, wie die der Wandelsterne zu den Fixsternen, die Neigung der Ekliptik, Phasen, Finsternisse, Tages- und Jahresbewegung, überhaupt alle sinnlich wahrnehmbaren Veränderungen am Sternenhimmel für jeden beliebigen Zeitpunkt und für jeden gedachten Standpunkt mit einer Genauigkeit veranschaulicht werden, die die Vorrichtung wissenschaftlich brauchbar macht. Je nach der Art und dem Zweck der Veranschaulichung — Forschung oder Demonstration in kleineren oder gröfseren Räumen — können die die Sterne darstellenden Punkte unmittelbar beobachtet oder als leuchtende Punkte von Spiegeln aufgefangen oder auf eine Wand projicirt werden.

Zur Darstellung der fortwährenden Veränderung der Stellung eines Wandelsterns am Firmament bedient man sich der vorliegenden Erfindung gemäfs zweier excentrischer Reifen, von welchen der eine mit einer Drehachse fest verbunden ist, während der zweite, welcher die den Stern versinnbildlichende Markirung (oder das zu gleichem Zweck dienende Körperchen oder eine Glaslinse oder ein Spiegelchen) trägt, entweder lose über dem ersterwähnten Reifen hängend und einen gröfseren Durchmesser als dieser besitzend, bei dessen Drehung mit seinem inneren Umfang auf dem Aufsenumfang des ersteren abrollt, oder von kleinerem Durchmesser, als der mit der Drehachse rotirende Reifen ist und, lose darin stehend, auf seinem Innenumfang rollt. Infolge der Ungleichheit der Reifenumfänge wird nach einer Umdrehung des an der Drehachse sitzenden Reifens die auf dem losen Reifen befindliche Markirung nicht dieselbe Lage gegen die Drehachse einnehmen, welche sie bei Beginn der Umdrehung besafs. Sie wird auf einem losen Reifen gröfseren Durchmessers angebracht, im Sinne der Drehungsrichtung um ein Bestimmtes zurückgeblieben, auf einem losen. Reifen kleineren Durchmessers (als der mit der Drehachse verbundene) in gleichem Sinne um ein Bestimmtes vorgeeilt sein. Das Mafs dieses Zurückbleibens bezw. Voreilens beträgt genau so viel, als der Unterschied in der Länge der sich bei der Drehung und Abrollung berührenden Reifenumfänge. Entspricht nun die Länge des rollenden Umfanges des die Marke tragenden losen Reifens der in irgend einer Einheit gemessenen Umlaufszeit, und besitzt der sich mit der Achse drehende tragende Reifen einen um solche Einheit kleineren (wenn innen liegend) oder gröfseren (wenn aufsen liegend) Umfang, so wird nach jeder Umdrehung der Achse die Markirung um so viel zurückgeblieben oder vorgeeilt sein, als der Ortsveränderung des betreffenden Sternes in der angenommenen Zeiteinheit entspricht. Hat der mit der Achse fest verbundene Tragreifen jene Anzahl Umdrehungen vollendet, welche der durch den rollenden

Umfang des markirten Reifens versinnlichten Umlaufszeit entspricht, so wird sich die Marke genau in jene Lage gegen die Achse einstellen, welche sie vor Beginn der ersten Umdrehung besafs, d. h. sie befindet sich nach der dem betreffenden Stern eigenthümlichen Umlaufszeit wieder am Ausgangspunkt ihrer Bewegung, wie sie soll.

Die bei der Drehung und Abrollung sich berührenden Umfange sind gewöhnlich glatt; man kann sie aber auch aufrauhen, canneliren oder verzahnen, um die Mitnahme des losen Reifens durch den mit der Achse verbundenen zu sichern. Eine Verzahnung wird für Instrumente, bei denen gröfsere Genauigkeit erfordert wird, jedoch kaum zu empfehlen sein, da die Bewegungsübertragung eine zu rohe und stofsweise für diesen Zweck wäre.

Fig. ι zeigt einen die Sternmarkirung M tragenden Reifen s, welcher lose über dem mit der Achse rotirenden Reifen s¹ hängt. In Fig. 2 ist der zweite der angeführten Fälle verdeutlicht, in welchem der die Sternmarkirung M tragende Reifen s lose auf dem Innenumfang des mit der Achse rotirenden Reifens s¹ abrollt. Damit sich in beiden Fällen die Markirung M nach jeder Umdrehung in gleichem Sinne verschoben habe, werden die Drehrichtungen entgegengesetzt sein müssen, wie durch die Pfeile α und β angedeutet.

Bei den folgenden Erläuterungen soll der ersterwähnte Fall des über dem mit der Drehachse verbundenen Reifen lose hängenden, die Markirung tragenden Reifens (Fig. i) angenommen werden, da sich die bei einer Anordnung nach Fig. 2 als nothwendig herausstellenden Abänderungen rechnerischer und constructiver Natur ohne Weiteres ergeben.

Ist beispielsweise für den Planeten Mercur, dessen Umlaufszeit 88 Tage beträgt (87 · 96926), das in Fig. 1 dargestellte Reifengefüge (im Nachstehenden die Sphäre genannt) herzustellen, so wird der Innenumfang des äufseren losen Reifens s um Y₈₈ seiner Länge den Aufsenumfang des inneren rotirenden Reifens s¹ zu übertreffen haben. Da sich die Halbmesser so verhalten wie die Umfange, so wird der Radius des äufseren Umfanges des Innenreifens gleich sein

i_ r _ 87

(Bei dem in Fig. 2 dargestellten Falle müfste dagegen sein:

^{r r+} 88 88 ^r)'

Wird der Innenreifen s^l um seinen Mittelpunkt einmal gedreht, so werden sich vom

Umfang des Aufsenreifens s nur -^- abrollen, so dafs der den Planeten versinnlichende Punkt, welcher sich bei Beginn der Umdrehung im Sinne des Pfeiles α bei M befand, nach Vollendung der ersten Umdrehung nicht wieder bei M, sondern erst bei M¹ angelangt sein wird, nach vollendeter zweiter Umdrehung bei Ai'², nach vollendeter dritter Umdrehung bei M³ u. s. f., wobei MM¹= M¹M⁰' = M² M³

Die jeweilige Stellung des Punktes M verdeutlicht demnach vollkommen seine Ortsverä'nderung nach dem 1., 2., 3. ... 87. Tag, bis er nach der 88. Umdrehung die ursprüngliche Lage gegen den Mittelpunkt O einnimmt.

Sollen die Constellationen einer Anzahl Planeten dargestellt werden, so wird dieses für jeden einzelnen dieser Planeten eine Sphäre der beschriebenen Art besitzen müssen. Alle diese Sphären, deren abrollende Umfangslängen sich zu einander verhalten wie die Umlaufszeiten der betreffenden Planeten, sind mit der erforderlichen Excentricität und Neigung an einer gemeinschaftlichen Drehachse befestigt. Werden die die Sterne versinnlichenden Markirungspunkte auf dem äufseren, lose über den rotirenden Reifen hängenden Ringen der Constellation eines bestimmten Zeitpunktes entsprechend angebracht, so werden sie nach der ersten Umdrehung der Achse mit und gegen einander die Constellation darstellen, welche die Planeten nach Ablauf derjenigen Zeiteinheit bilden, in welcher die Umlaufszeiten gemessen sind. Die Constellafionsänderung vollzieht sich während der Umdrehung der Achse continuirlich, so dafs sie für jeden Theil der Zeiteinheit — entsprechend dem gleichwerthigen Theil einer Umdrehung —■ beobachtet werden kann.

Die Befestigung der rotirenden Innenreifen auf der Achse kann in verschiedener Weise erfolgen. Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen stellt eine Sphäre dar, deren Innenreifen s¹ vermittelst zweier Nieten η mit einem auf demselben senkrecht stehenden Reifen t fest verbunden ist, welcher von der an ihm befestigten Achse AA durchdrungen wird. Diese an die Anordnung der Armillarsphären erinnernde Construction ermöglicht es, die Sphären s s¹ innerhalb einander auf der Drehachse anzuordnen. Um die Sphären ss¹ in der erforderlichen Neigung der Bahn und Excentricität einstellen zu können, empfiehlt es sich, an den Achsenreifen t Längsschlitze ν anzuordnen, damit man die Achse in der geforderten Lage an der Sphäre befestigen könne, wozu (in der Zeichnung weggelassene) Klemmschräubchen dienen.

Sollen die die Sterne darstellenden Markirungen M als leuchtende-Punkte wirken, so

werden an ihrer Stelle seitlich des losen Reifens s undurchsichtige oder durchsichtige Kügelchen angebracht· und von einer innerhalb des Sphärengefüges angebrachten festen oder mitrotirenden Lichtquelle L aus beleuchtet (Fig. 9). Die sich bei der Drehung der Achse ergebenden Constellationen können . direct beobachtet werden, wenn man nicht vorzieht, ihr Bild vermittelst aufserhalb des ganzen Sphärensystems aufgestellter planer oder gekrümmter Spiegel aufzufangen und diese Bilder zu beobachten, welche den gestirnten Himmel in einer die Uebersicht erleichternden Verjüngung darstellen werden.

Um die Bilder gröfser und wirksamer zu machen, kann man die von den Planetenkörperchen der Sphären reflectirten Strahlen der früher erwähnten Lichtquelle durch Linsen, welche passend: an den losen Aufsenreifen der Sphären in der Nähe der Markirungskörperchen angeordnet sind, auf■ eine dunkle Wand projiciren, so dafs man ein sehr anschauliches Bild des dunklen, mit Sternen besetzten Nachtfirmamentes erhält.

Auch können die von den Markirungskörperchen reflectirten Lichtstrahlen in einem im Sphärensystem angeordneten kugelförmigen Spiegel n> — in der Art der bekannten spiegelnden Zierkugeln für Garten — aufgefangen und von diesen nach aufsen projicirt werden.

Als äufserste Sphäre kann man einen einfachen breiteren Reifen F mitrotiren lassen, auf dessen innerer Mantelfläche die Fixsterne markirt sind. Dieser Reifen kann undurchsichtig und an den die Fixsterne markirenden Punkten^" durchlocht sein, so dafs die Lichtstrahlen der inneren Beleuchtung durchdringen. Oder er wird von durchsichtigem Material (Glas) gemacht, an dessen Innenfläche die Strahlen der Lichtquelle reflectirende Unebenheiten an den Stellen f angeordnet sind, so dafs die von diesen Punkten zurückgeworfenen Strahlen von dem inneren Kugelspiegel aufgefangen und nach aufsen projicirt werden können.

Das ganze Sphärensystem kann von einer kugelförmigen Hülse G umgeben sein, welche zwecks ihrer Durchsichtigkeit aus feinem Drahtgeflecht gebildet wird, oder aber undurchscheinend (ein hohler Erdglobus) und nur an gewissen Stellen mit lichtdurchlassenden Fensterchen oder Linsen g versehen ist. Auf solche Weise ist es möglich, den an bestimmter Stelle der Erdkugel sichtbaren Sternenhimmel mit seinen Constellationsänderungen zu veranschaulichen, indem durch das Fensterchen bezw. die Linse nur die Bilder der Gestirne jenes Firmamenttheiles nach aufsen projicirt werden, welche vom betreffenden Standpunkt des gedachten Beobachters in Wirklichkeit sichtbar wären.

Fig. 9 der beiliegenden Zeichnungen macht die Gesammtanordnung eines derartigen Planetariums anschaulich. Der Deutlichkeit halber sind in dem umhüllenden, nicht rotirenden, geschnitten gedachten Hohlglobus G (mit Fensterchen g) aufser der Fixstemsphäre F nur zwei Planetensphären P und P¹ gezeichnet. Die Beleuchtung erfolgt von einer centralen Lichtquelle L aus, welche im dargestellten Falle als elektriches Glühlämpchen gedacht ist, welches vermittelst in der hohlen Drehachse A befindlicher Leitungsdrähte a^l in einen Stromkreis eingeschaltet ist. Fig. 10 ist die Sonderansicht eines Drehachsenendes bei solcher Anordnung. Wie ersichtlich, durchsetzt die Hohlwelle A den Lagerständer B, an welchem die äufserste Hülle G des Planetariums befestigt ist. Ein leitender, mit dem Zuleitungsdraht α¹ verbundener, in die Hohlachse einzuschraubender Pfropfen ρ steht mit einer Commutatorbürste b in beständiger Berührung und trägt andererseits den Zapfen des letzten Bewegungsübertragungsrades c eines die Drehung veranlassenden Uhrwerkes.

Damit die Reifen bei innerer Beleuchtung keine störenden Schatten werfen, wird man sie in solchen Fällen aus durchsichtigem oder durchscheinendem Material oder durchbrochen aus je zwei durch Querstege mit einander verbundenen dünnen Ringen herstellen.

Zum Zwecke genauerer Einstellbarkeit der die Planeten markirenden Körperchen oder Spiegel wird man diese nicht unmittelbar am losen Reifen befestigen, sondern radial und seitlich verschiebbar am Stängelchen anordnen, welche ihrerseits an den Reifen unverschiebbar befestigt sind. Fig. 4 stellt eine derartige Anordnung dar. Auf dem losen Reifen s ist ein Stäbchen α befestigt, an welchem eine einen Querarm b tragende Hülse drehbar und vermittelst eines Klemmschräubchens feststellbar ist. Dieser Querarm kann glatt oder mit Gewinde versehen sein, so dafs das durchbohrte, aufzuschiebende oder aufzuschraubende PIanetenkörperchen c an ihm an beliebiger Stelle vermittelst eines dasselbe durchsetzenden Klemmschräubchens festgestellt werden kann, oder es ist an ihm eine zweite Hülse verschieblich und feststellbar angeordnet, an der das Planetenkörperchen c, die Linse oder das Spiegelchen sitzt.

Die Umfange der beiden die Sphäre bildenden Reifen s und s¹ müssen dann etwas kleiner gewählt werden, als sie eigentlich sein sollten, da die Planetenmarkirung nicht unmittelbar auf dem losen Reifen s sitzt, müssen aber selbstverständlich unter einander in dem richtigen Verhältnifs Umfang s : Umfang s¹ = Umlaufszeit : Umlaufszeit weniger einer Zeiteinheit stehen.

Die losen, sich mit ihrer Innenfläche auf dem rotirenden Innenreifen s¹ abrollenden Reifen s müssen genügende Schwere besitzen,

dafs ihre Mitnahme bei Drehung des Innenreifens gesichert, ihr Gleiten auf letzterem aber Verhindert ist. Das Herabgleiten der losen Aufsenreifen von den Innenreifen der Sphären wird am leichtesten dadurch verhindert, dafs man einen dieser Reifen rinnenförmig anordnet, so dafs der lose Aufsenreifen entweder auf dem Ul -förmigen Innenreifen hängt oder mit seinen nach abwärts gebogenen Rändern den letzteren umfafst (Fig. 5 und 6).

Statt der Reifen s und s¹ können durchsichtige, parallel zur Ebene der Ekliptik abgeplattete Kugeln zur Anwendung kommen (wie in Fig. 11 angedeutet), von welchen die eine mit der Drehachse in fester Verbindung steht, während die zweite excentrisch lose über ihr hängt oder in ihr steht. Die lose Kugel wird sich dann über bezw. in der mit der Drehachse verbundenen abrollen, wie es die beschriebenen Reifen thun.

Um die Ortsveränderungen von Sternen zu versinnlichen, welche in ihrer Bewegung von einander abhängen, kann man Sphären benutzen, welche statt eines getragenen losen Ringes s deren mehrere sich auf einander abrollende (Fig. 7) oder in einander abwälzende (Fig. 8) besitzen. Der am Aufsenumfang des mit der Achse A A rotirenden Reifens s¹ abrollende (Fig. 1) bezw. am Innenumfang desselben sich abwälzende Reifen s, Fig. 2, bildet dann die Bahn für den nächsten losen Reifen s^x u. s. w. Mit derartigen mehrfachen Sphären angestellte Versuche können vielleicht zur Aufklärung mancher Constellationen am Sternenhimmel dienen und die bisher unerkannte gegenseitige Abhängigkeit von Sternen entdecken lassen.

Man wird vortheilhaft die Drehachse A A durch ein Uhrwerk in Bewegung setzen. Ist dieses ein richtig gehendes, so bildet die beschriebene Vorrichtung ein (eventuell mit einem Zifferblatt zur Zeitablesung zu verbindendes) immerwährendes Kalendarium.

Wird der Drehachse durch das Uhrwerk eine beschleunigte Bewegung ertheilt, so ist man in den Stand gesetzt, Ortsveränderungen am Firmament, welche sich in Wirklickeit in langen Zeiträumen vollziehen, innerhalb kurzer Fristen zu veranschaulichen.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Ein Mittel zur Veranschaulichung der Bewegung der Gestirne, gekennzeichnet durch um eine gemeinsame Achse drehbare Sphären, deren jede aus einem mit der Achse drehbaren Reifen (oder einer parallel zur Ebene der Ekliptik abgeplatteten Kugel) besteht, über welchem oder in welchem ein die Sternmarkirungen tragender Reifen (oder eine Kugel) lose hängt bezw. steht, um bei der Drehung des mit der Achse fest verbundenen Reifens (oder der Kugel) mitgenommen zu werden, wobei der Umfang des losen Reifens (oder der Kugel) zum Umfang des mit der Achse rotirenden Reifens in demselben Verhältnifs steht wie die Umlaufszeit des dargestellten Sternes zu der um die Zeiteinheit verminderten bezw. vermehrten Umlaufszeit, so dafs nach jeder Umdrehung der Achse die Markirung um einen der Zeiteinheit entsprechenden Umfangsbruchtheil des sie tragenden Reifens (oder der Kugel) zurückbleibt oder voreilt.
2. 2. An Vorrichtungen der unter 1. gekennzeichneten Art die Anordnung einer im Innern des Sphärengefüges festen oder rotirenden Lichtquelle zur Beleuchtung von Planetenmarkirungen, welche aus an den losen Sphärenreifen ί unbeweglich oder verschiebbar befestigten Körperchen, Spiegelchen oder Linsen c bestehen, zum Zwecke der unmittelbaren Erhellung des Ganzen oder der Projicirung der leuchtenden Punkte nach aufsen, wo ihre Bilder durch Spiegel aufgefangen oder an dunkle Wände geworfen werden.
3. 3. An Vorrichtungen der unter 1. gekennzeichneten Art zum Zwecke der Veranschaulichung des Fixsternhimmels die Anordnung einer mit der Achse A A rotirenden, aus einem einzigen Reifen bestehenden äufseren Sphäre, an welcher die Fixsterne durch Lochungen oder durch entsprechende Spiegelflächen dargestellt sind.
4. 4. An Vorrichtungen der unter 1. gekennzeichneten Art die Anordnung eines kugelförmigen Spiegels w im Centrum, welcher Spiegel die auf seine Oberfläche fallenden Lichtstrahlen nach aufsen wirft.
5. 5. An Vorrichtungen der unter 1. gekennzeichneten Art und mit der unter 2. erwähnten Lichtquelle zum Zwecke der Veranschaulichung des von einem bestimmten Standort auf der Erde sichtbaren Sternenhimmels eine undurchsichtige, kugelförmige, unbewegliche, äufsere Hülle um das ganze Sphärengefüge, welche als Erdglobus ausgebildet sein kann und an bestimmten Stellen mit Fensterchen oder Linsen versehen ist, durch welche nur ein gewisser Theil der dargestellten Gestirne bezw. deren Spiegelbilder aufsen sichtbar wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.