Как сделать планетарий дома: Как сделать домашний планетарий — Статьи на сайте Четыре глаза
Домашние планетарии
Рисовать звездное небо люди пытались с древних времен, но создавать почти полную иллюзию ночного небосвода над головой научились менее 100 лет назад. С тех пор оборудование планетариев развивалось от точной механики к «бездушной цифре», рождая все более эффектные зрелища.
Олег Макаров
Как странно, что простейшая мысль — проецировать картину звездного неба на полусферический экран — пришла в голову человеку разумному лишь в первой трети XX веке, когда уже столетиями были известны камера-обскура и проектор, около века прошло с изобретения фотографии и несколько десятилетий минуло с первых опытов братьев Люмьер. Ведь в сущности идея планетария (а этим словом обычно обозначается как в целом «купольный театр», так и проекционный аппарат) крайне проста. Еще полвека назад у нас в стране мастерили «бюджетные» проекторы — из папье-маше лепили две полусферы и иголкой протыкали в них отверстия, повторявшие карту звездного неба.
Гантели и маски
Такой «планетарий» можно попытаться сделать и в домашних условиях, однако есть пара существенных проблем. Во-первых, из-за рассеивания света «звезды» получатся расплывчатыми, причем чем дальше находится экран, тем более «вялой» окажется картинка. Ну а во-вторых, настоящий планетарий должен не просто разбрасывать вокруг себя светящиеся пятнышки — его задача демонстрировать положение звезд, а также других небесных тел для заданных времени суток, времени года и широты. Решить эти проблемы помогают оптика и точная механика.
Классический оптико-механический планетарий — такие приборы можно увидеть еще и в наши дни — имел форму гантели. На обоих концах «спортивного снаряда» располагались два металлических шара с 16 проекционными объективами каждый. Один шар предназначался для проекции неба Южного полушария, другой — Северного, так что любой из объективов давал изображение 1/32 небесной сферы.
Космические часы
Если бы мы видели на небе только кажущиеся нам неподвижными далекие звезды, то двух проекционных шаров вполне хватило бы, но в реальности на фоне неба постоянно передвигаются прочие небесные тела — Солнце, Луна, видимые невооруженным глазом планеты Солнечной системы, а также кометы, астероиды, метеоры. Чтобы изобразить движение планет, на «ручке гантели» были устроены специальные площадки для дополнительных проекторов. Каждому из полушарий — отдельный набор планетных проекторов.
Всего планетарий мог включать в себя более сотни разнообразных проекционных устройств. Для создания на куполе планетария точной картины неба на заданные время и дату все эти проекционные устройства должны были действовать как единое целое. Чтобы добиться этого, в аппарате использовался механизм, состоящий из системы редукторов, построенных на основе коперниковской модели Солнечной системы. Для отображения суточного движения небосвода и годичного движения планет на фоне звезд шары и планетные проекторы вращались вокруг продольной оси аппарата (оси мира). Кроме того, «гантеля» могла двигаться в вертикальной плоскости вокруг поперечной оси — так изменялся вид неба в зависимости от широты и времени года.
Атмосфера — враг астронома, а потому чаще всего во время образовательных лекций в планетариях звезды горят ровным светом, как будто мы их наблюдаем из космоса. Однако порой требовалось создать знакомый наземному наблюдателю эффект мерцания. Для этого в старых планетариях использовался вентилятор — его лопасти перемешивали слои воздуха под куполом, искажая изображения искусственных звезд.
Звездные нити
Те, кто посещал планетарии лет 20 назад, помнят, что в начале лекции гас свет, а звездное небо зажигалось лишь некоторое время спустя. Пауза требовалась для того, чтобы человеческий глаз успел привыкнуть к темноте, иначе темный купол показался бы зрителю пустым.
Главной проблемой была низкая яркость и небольшой динамический диапазон, то есть контрастность проецируемой картинки. Корень проблемы — в конструкции традиционного оптико-механического планетария. Через звездные маски на купол попадало менее 1% света, излучаемого находящейся внутри шара лампой. Отраженный свет искусственных звезд, каким бы тусклым он ни был, вдобавок «засвечивал» купол, и небо из черного превращалось в сероватое, что снижало контрастность всей картины. Если же на купол проецировалось крупное световое пятно — например, лекционный киноматериал, звездное небо фактически гасло.
Повысить яркость звезд при сохранении высокой контрастности изображения позволило новое поколение оптико-механических планетариев, созданных на основе оптоволоконных технологий. Главное новшество заключается в более эффективном использовании лампы, находящейся внутри проектора. С помощью линз свет лампы заводят в светопроводный жгут, отдельные волокна которого затем разводят по отверстиям звездной маски по принципу «одно волокно — одно отверстие».
Так удалось добиться значительно более эффективного использования проекционной лампы — до 90%, — в результате чего звезды в планетарии стали светить намного ярче. При этом свет рассеивается значительно меньше и проекция звезды на куполе выглядит как яркая светящаяся точка, которая почти не тускнеет, даже если на куполе показывают видео или панораму заката-восхода.
Красивые иллюзии
Оптоволоконная технология применяется в оптико-механических аппаратах производства компании Carl Zeiss — UNIVERSARIUM и STARMASTER. Большинство звезд, показываемых этими планетариями, имеет белый цвет, поэтому в качестве фонаря для проектора используют дуговую лампу, свечение которой не имеет никаких цветовых «примесей». Правда, для реалистичности некоторые яркие звезды «подкрашивают» в соответствии с их истинным спектральным классом. Этот эффект достигается с помощью окраски светопроводных нитей, подходящих к соответствующим отверстиям на звездной маске.
В моделях планетариев первых поколений отсутствовала возможность реалистической передачи мерцания звездного неба. Оптоволоконная технология помогла решить и эту проблему. Между источником света и светопроводным жгутом устанавливается специальное устройство — оно случайным образом варьирует количество света, попадающего в каждое отдельное волокно жгута. Небольшие перепады яркости воспринимаются глазом как мерцание.
Эволюция оптико-механических планетариев привела и к существенному изменению их конструкции. Если, например, аппарат SKYMASTER для планетариев с небольшим куполом (6−14 м) сохраняет традиционную «гантельную форму», то планетарии для средних и больших куполов (STARMASTER и UNIVERSARIUM) построены по схеме «звездный шар» (starball). Здесь проектор звездного неба имеет форму, близкую к сферической, причем на одной полусфере смонтированы объективы для проекции Северного полушария, а на другой — для Южного.
В отличие от старых оптико-механических систем, управление проекторами осуществляется с помощью компьютера, который подает команды прецизионным шаговым двигателям. Это позволило отказаться от сложной механики, а проекторы теперь могут практически мгновенно занять любое положение, в то время как в планетариях традиционной конструкции для этого могло понадобиться определенное количество циклов работы механизма. Точно так же, переводя обычные часы, скажем, на три часа вперед, нам неизбежно придется заставить минутную стрелку пробежать три круга, в то время как в часы на компьютере мы можем сразу ввести требуемые данные с клавиатуры.
«Звездный шар» имеет перед «гантелей» еще и то преимущество, что его подвеска допускает гораздо большее количество степеней свободы. Если в «гантельном» варианте планетарий мог менять полюс небесной сферы лишь по траектории прецессии, то «шар» имеет в этом смысле куда больше возможностей.
От механики к цифре
Современные оптико-механические планетарии, построенные на основе оптико-волоконных технологий, воспроизводят на куполе очень точную и при этом яркую и контрастную картину звездного неба. Однако этой аппаратуре присущи естественные ограничения, связанные с методом формирования и проецирования изображения. Поскольку положение звезд друг относительно друга фиксировано, с помощью оптико-механического планетария невозможно показать изменение очертаний созвездий или вид неба из отдаленной точки галактики. Преодолеть эти ограничения способна лишь цифровая техника нового поколения. Уже достаточно давно появились так называемые программы-планетарии, с помощью которых можно генерировать картину расположения небесных тел в соответствии с заданными параметрами (например, «вид с Марса») и выводить ее на экран компьютерного монитора.
Преимущества цифровых проекторов очевидны — в них нет никакой механики, а значит, они проще в обслуживании, и главное — им не требуются десятки или даже сотни проекционных устройств, которые надо синхронизировать между собой. Изображение звездного неба, объекты виртуальной реальности, видео — все это компонуется как единое целое с помощью соответствующих программ, а затем проецируется на купол. Для небольших планетариев с диаметром купола до 10 м подойдет один-единственный проектор, для более вместительных используются мультиканальные системы, в которых, скажем, один проектор работает на область зенита, а пять других дают изображение на периферийные участки купола. Фактически цифровой планетарий представляет собой частный случай так называемого полнокупольного (fulldome) видео.
Эта технология позволяет проецировать на купол разнообразные мультимедийные программы, не обязательно связанные с астрономией, но дающие зрителю необычное ощущение «погружения» в картинку.
В отличие от изображения, создаваемого оптико-механическими системами, цифровая картинка полнокупольного видео состоит из пикселей. Естественно, что качество проекции напрямую зависит от разрешения матрицы, с которой осуществляется проекция. В идеале размер пикселя спроецированного изображения должен быть ниже разрешающей способности глаза, что достигается высоким разрешением матрицы. Для создания изображения в проекторах используют электронно-лучевые трубки, а также ЖК- и DLP-матрицы. Использование электронно-лучевых трубок продиктовано тем, что ЖК-матрица не способна передавать глубокий черный цвет. Дефект «подсвеченного неба» особо заметен в многоканальных системах, когда в местах стыков проецируемых участков возникают светлые полосы. ЭЛТ с этой проблемой справляются лучше.
Что касается DLP-технологий (Digital Light Processing), где изображение формируется с помощью микрозеркал, то на ее основе построен, например, проектор Velvet (Carl Zeiss) — единственный в мире, по утверждению производителя, аппарат, дающий абсолютно черный фон с отношением контраста 2 500 000:1, что на порядок выше этого показателя для самых лучших видеопроекторов. Существуют также полнокупольные проекторы на основе лазерных технологий.
Серьезным недостатком существующих цифровых систем остается их довольно высокая цена. Кроме того, такие проекционные аппараты, особенно не слишком дорогие, показывают звездное небо с некоторыми искажениями и порой не вполне корректно передают цвета звезд. Выход может быть найден в комбинации современного оптико-механического планетария типа STARMASTER SB с проекционными цифровыми аппаратами. Здесь картина звездного неба формируется традиционным способом, а проекторам отдается мультимедийный контент. Впрочем, многие специалисты сегодня уверены, что оптико-механические системы через какое-то время окончательно уступят место полнокупольному видео.
К тому времени цифровая техника избавится от всех своих дефектов и станет более приемлемой по цене.
На потолке и в ванной
Профессиональная техника для планетариев вообще-то и не может быть дешевой, но желание человека взглянуть на звезды столь сильно, что на рынке появились модели «домашних планетариев», с помощью которых можно устроить ночной небосвод на потолке и стенах собственного жилища. Существуют даже устройства, которые плавают в наполненных водой ванне или бассейне. Разумеется, они больше подходят не для изучения астрономии, а для создания «романтической атмосферы». Однако, несмотря на преимущественно декоративные функции, настольная модель Sega HomeStar Extra, например, способна показать на потолке до 120 000 звезд, что несравнимо больше, чем может разглядеть наш глаз в самую черную ночь.
Благодарим сеть магазинов «Зума» (www.zooma.ru) за предоставление планетария Meade MySky на тестирование.
Благодарим А.А. Коханова, завсектором астрономии и геофизики МГДД (Ю)Т, за помощь в подготовке материала
Что такое планетарий | Домашний планетарий | Как работает планетарий | Для чего нужны планетарии
Каждый год, во второе воскресенье марта в мире отмечают Международный день планетариев. В сегодняшней статье мы расскажем, для чего нужны планетарии и когда они появились, а также поделимся секретом, как сделать домашний планетарий своими руками.
Международный день планетариев
Международный день планетариев — это событие, которое проводится ежегодно во второе воскресенье марта. Оно призвано подчеркнуть важность планетариев как образовательного инструмента, позволяющего нам оценить величие и красоту Вселенной. Основными целями мероприятия являются информирование общественности о значимой роли, которую планетарии играют в культуре, науке и образовании, а также поощрение международного сотрудничества между планетариями разных стран. Благодаря Международному дню планетариев люди имеют возможность понять, что астрономия — это интересное и увлекательное занятие.
В 2022 году Международный день планетариев выпадает на 13 марта
Итальянская ассоциация планетариев первой организовала День планетариев в 1991 году в Италии. Международное общество планетариев поддержало эту инициативу, и в 1995 году День планетариев впервые отмечался по всему миру. Изначально он был приурочен к воскресенью перед весенним равноденствием, однако позже дата события была перенесена на второе воскресенье марта, чтобы планетариям было легче планировать различные мероприятия заранее. Планетарии, которые не работают по воскресеньям, отмечают это событие в субботу.
Что такое планетарий?
Планетарий — это своеобразный научный кинотеатр, в котором представлены познавательные и развлекательные программы о ночном небе в частности и об астрономии в целом. Как правило, в планетариях изображения небесные объектов проецируются на большой куполообразный экран. Подобные представления обычно сопровождаются лекциями или музыкой.
Термин «планетарий» также может использоваться для описания других устройств, созданных для демонстрации Солнечной системы или Вселенной.
Обратимся к истории, чтобы узнать больше о предшественниках современных планетариев и их эволюции от примитивных устройств до чудес науки и техники.
Когда появился первый планетарий?
История планетариев восходит к глубокой древности. Самое раннее известное изображение неба было найдено в гробнице Сенмута, древнеегипетского зодчего. Архимед, древнегреческий ученый, был первым, кто создал примитивный планетарий: около 250 г. до н.э. он сделал прибор из литого металла, демонстрирующий движение планет. Около 150 г. н.э. математик и астроном Птолемей подробно описал проект изготовления небесного глобуса. Хотя этот глобус так и не был найден, записи о его конструкции сохранились до наших дней.
В средние века в некоторых соборах использовались астрономические часы, показывающие положение Солнца, Луны, зодиакальных созвездий и крупных планет. В 1584 году датский астроном Тихо Браге создал небесный глобус, диаметр которого составлял около полутора метров; на этой модели небесной сферы были изображены звезды, видимые невооруженным глазом.
Спустя несколько десятилетий, в 1654 году, в Германии был построен Готторпский глобус. Внутри этого сооружения диаметром около четырех метров находилась круглая скамья для нескольких человек. На внутренней поверхности Готторпского глобуса была изображена звездная карта с астрологическими и мифологическими символами.
Одним из предшественников современных планетариев является механическая модель Солнечной системы, воссоздающая движения планет и их естественных спутников вокруг Солнца. Впервые такой прибор был изготовлен в 1704 году часовщиками Джорджем Грэмом и Томасом Томпионом. В англоговорящем мире это устройство известно как orrery — это название оно получило в честь Чарльза Бойла, графа Оррери, английского дворянина и покровителя наук. Между 1774 и 1781 годами в Нидерландах был построен старейший действующий планетарий Эйсе Эйсинги, который, в действительности, является механической моделью Солнечной системы (orrery).
Кто изобрёл первый планетарий?
Иного способа демонстрации движения небесных тел не существовало до 1920-х годов, когда компания Carl Zeiss создала первый проекционный планетарий. В 1919 году у Вальтера Бауэрсфельда, главного конструктора компании Carl Zeiss, возникла идея проецирования небесных объектов в темной комнате. Бауэрсфельду и большой группе ученых и инженеров потребовалось несколько лет расчетов и исследований, чтобы воплотить эту идею в жизнь. В результате был построен первый современный проекционный планетарий, который позволил демонстрировать огромное разнообразие небесных тел, существующих в нашей удивительной Вселенной.
Что такое современный планетарий?
В 1980-х годах появились первые цифровые проекторы, отображающие компьютерную графику. Они сделали современную астрофизику доступной для широкой аудитории. Сегодня, благодаря компьютерной графике и данным о Вселенной, полученным не только при помощи телескопов, но и космических зондов, посетители планетариев могут отправиться в путешествие по космосу и посетить другие планеты и далекие звезды.
Кроме того, существует множество переносных планетариев, широко используемых в школах, университетах и на выставках, а также приложений, которые помогают любителям астрономии исследовать Вселенную в любое время и в любом месте.
Как сделать планетарий своими руками?
Если в вашем городе нет планетария или вы просто хотите проявить креативность, вы можете сделать свой собственный домашний планетарий. Это, по сути, ночник, который проецирует звезды на стены и потолок комнаты. Чтобы сделать его, следуйте инструкции ниже.
- Возьмите банку от газировки или квадратную коробку для основы и найдите осветительный прибор, который поместится в выбранный вами контейнер и будет подключаться к источнику питания снаружи.
- Найдите схему созвездий в интернете и распечатайте ту, что вам понравится. Обратите внимание, что схема созвездий должна подходить по размеру к вашей банке или коробке.
- Временно приклейте схему к банке или коробке и с помощью булавки проделайте сквозные отверстия. Делайте отверстия побольше в тех местах, где на вашей схеме звезды изображены крупнее, и поменьше — для обозначения далёких и менее ярких звёзд.
- Снимите схему созвездий. Теперь вы видите пунктир из отверстий, через которые будет проецироваться свет.
- Сделайте отверстие для вашего осветительного прибора в нижней части контейнера и поместите прибор внутрь.
- Приклейте нижнюю часть к контейнеру и заклейте плотно все щели, которые пропускают свет.
Готово! Поставьте ваш мини-планетарий в тёмную комнату, включите его и наблюдайте за звёздами! Если вы хотите лучше разобраться в процессе, посмотрите эту видеоинструкцию о том, как сделать планетарий своими руками.
Есть и еще более простой способ воспроизвести звёздное небо у себя дома. Воспользуйтесь приложением для наблюдения за звёздами Star Walk 2 как вашим мобильным планетарием! Включите режим дополненной реальности, и вы увидите звездное небо прямо у себя в комнате.
Наслаждайтесь звездами, планетами, созвездиями, спутниками и другими космическими объектами в небе над вами с вашим личным виртуальным планетарием!
Успешных наблюдений!
Цифровой домашний планетарий
Как сделать домашний планетарий из картона, зеркала и цифрового проектора.
Управление небом
Одна из основных сложностей в ознакомлении учащихся с ночным небом заключается в том, что у вас нет удобного доступа к нему, и к вашим ученикам одновременно. Обычно вы преподаете в помещении в дневное время, а чтобы показать студентам Льва или Скорпиона, вам нужно быть на улице ночью. Ученики, обучающиеся на дому, и небольшие группы могли бы добиться хороших результатов, организовав специальные сеансы наблюдения в ночное время, но это обычно невозможно для больших школ.
Одним из дневных вариантов является экскурсия в планетарий, но очень редко планетарии в полной мере используют образовательные возможности звездного проектора. По моему опыту, вы в основном получаете фильм IMAX и минуту или две, посвященные звездному проектору, полностью пренебрегая обучающим потенциалом полного контроля над искусственным небом.
Было бы намного лучше, если бы вы, учитель, взяли под свой контроль звездный проектор и могли бы указывать на все созвездия одно за другим, показывать их постепенное перемещение по небу, ускоряя движение, показывать ежедневные и годовые движения солнца и луны по небу, а также показать движения планет среди звезд. Собственный планетарий может стать отличным учебным пособием по наблюдательной астрономии.
Много лет назад мы с учениками построили купол планетария из картона, и я проецировал на него ночное небо с помощью персонального компьютера, цифрового проектора и зеркала. Это позволило мне управлять звездами, солнцем, планетами и даже голубым дневным свечением. Ты тоже можешь это сделать. Остальная часть этой статьи представляет собой описание того, как мы это сделали.
У нас уже был цифровой проектор, и расходы на остальные расходные материалы составили менее 400 долларов. Мы купили почти все наши расходные материалы новыми — вы можете построить планетарий дешевле, в зависимости от того, насколько вы находчивы.
Купол
Чтобы сделать купол, на который будет проецироваться небо, мы со студентами сконструировали геодезический купол диаметром 12 футов из картонных треугольников, окрашенных в белый цвет внутри и скрепленных вместе большими зажимами, скрепляющими клапаны по краю каждый треугольник и приподнятый над землей на пару футов стеной из картонных прямоугольников. Это выглядело так:
Геодезический картонный купол(Спасибо мистеру Джеффу Адкинсу за то, что он подал мне эту идею. Его описание его первоначального купола находится здесь.)
Подготовка картонных панелей
Для купола и стены вам нужно вырезать из картона 40 треугольников и 10 прямоугольников. Для купола диаметром примерно 12 футов все 50 частей должны быть примерно 3-4 фута со стороны. Где взять столько картона? Я пытался найти лом картона в розничных магазинах, думая, что они получают посылки в картонных коробках, но мало где получают товар в коробках с достаточно большими бортами. В конце концов я сдался и заказал листы гофрированного упаковочного картона размером 4 на 8 футов в магазине упаковочных материалов..jpg)
Комплект стоил чуть меньше 200 долларов, но удобство наличия чистых чистых листов стандартного размера дорогого стоило. На сайте Джеффа Адкинса есть и другие идеи о том, где взять картон. Упаковочный картон бывает разной толщины — у меня была ⅛″. Более толстый картон, по-видимому, сделает купол более прочным, но его будет сложнее разрезать и складывать.
Теперь все эти треугольники и прямоугольники — какого размера и формы они должны быть? Следующие измерения позволят получить купол диаметром 12 футов, в котором с комфортом разместится класс из 15 учеников начальной школы и неудобно вместится класс из 15 младших школьников. Вы можете сделать купол любого размера — просто умножьте или разделите каждое измерение на один и тот же масштабный коэффициент. Из 40 треугольников вам понадобится 10 равносторонних треугольников и 30 равнобедренных треугольников, размеры которых указаны ниже. Все синие стороны составляют 44½ дюйма, а все красные стороны — практически 39 дюймов.⅜ дюйма. Эти размеры позволят вам вырезать три треугольника из каждого листа стандартного картона размером 4 на 8 футов, если вы будете осторожны.
Возможно, вы захотите сделать запасную или две панели каждого размера на случай, если какая-либо из панелей потеряется или повредится.
Чтобы изготовить картонные треугольники, я предлагаю нарисовать и вырезать по одной панели каждой формы, а затем использовать их в качестве шаблонов, чтобы обвести контуры остальных. Чтобы изготовить шаблон треугольника, вы можете использовать технику «циркуля и линейки»: начните с рисования линии, представляющей основание (самая длинная сторона в случае равнобедренных треугольников). Один из простых способов — положить линейку вдоль края чистого листа картона, а затем провести вдоль нее линию, параллельную краю, с отступом примерно на 1 дюйм. (Вы не можете использовать сам край, потому что вам нужно оставить место для клапанов, которые будут складываться и связывать треугольники вместе). Вытяните нить соответствующей длины, закрепите карандаш в этой точке и проведите дугу окружности через точку, где, по вашему мнению, должна быть вершина треугольника.
Вы используете веревку или палку в качестве гигантского компаса для рисования. Снова прикрепите нить к противоположной стороне основания и повторите процедуру, рисуя вторую дугу, пересекающую первую. Точка, в которой пересекаются две дуги, является третьей вершиной треугольника — используйте линейку, чтобы соединить ее с двумя концами основания, и сформируйте треугольник.
Вы только что начертили грань треугольника, часть, которая заполнит соответствующее треугольное пространство в геодезическом куполе. Но вокруг этой грани должны быть откидные створки, которые будут использоваться для привязки каждого треугольника к соседнему. Для этого вам просто нужны параллельные линии вдоль каждого края, на дюйм или около того наружу. Опять же, простой способ нарисовать их — положить критерий вдоль внешней стороны треугольника, а затем обвести его внешний край. Клапан должен быть от дюйма до полутора дюймов в ширину — в идеале такой же, как глубина зажимов для переплета, которые вы собираетесь использовать.
Сужаете ли вы или блокируете клапан на каждом конце, не имеет большого значения, пока вы не повредите вершину треугольника.
После того, как шаблоны сделаны, вы просто обводите их, чтобы остальные треугольники располагались максимально эффективно на чистом картоне, затем вырезаете их, загибаете клапаны и красите. внутри белая. Чтобы сложить клапаны, я рекомендую положить линейку или что-то подобное вдоль внутренней стороны линии сгиба, просунуть руку под клапан с внешней стороны линии и постепенно сгибать картон от одного конца к другому. Использование линейки для направления сгиба дает гораздо более аккуратный сгиб, чем от руки. Для покраски используйте дешевую матовую белую краску на водной основе, наносимую валиком. Закрылки складываются из должны быть зажаты зажимами для переплета, поэтому покрасьте сторону, противоположную направлению складок клапана. Вам не нужно быть слишком привередливым в покраске, но чем аккуратнее вы будете, тем аккуратнее и профессиональнее будет выглядеть купол внутри.
Кстати, у нас были серьезные проблемы с закручиванием треугольников. Влажная краска вызывала деформацию картонных треугольников по мере высыхания, даже если они лежали ровно. Завиток можно более или менее удалить, нажав на них после того, как они высохнут: Аккуратно сложите их и положите на них на некоторое время широкий плоский груз, например, перевернутый стол.
А прямоугольники? Вам нужно покрасить внутреннюю часть картонной стены? В общем, вы хотите, чтобы интерьер планетария был максимально темным, чтобы вы могли покрасить внутреннюю часть стен в черный цвет. Я этого не делал, в основном из соображений времени, и я не находил неполную темноту слишком вредной. Я на самом деле нашел полезным иметь немного окружающего света, чтобы работать и видеть студентов.
Сборка панелей
Теперь самое сложное: сборка деталей. На рисунке ниже показано, как они должны быть расположены. Все равносторонние треугольники имеют три синих стороны, а все равнобедренные треугольники имеют одну синюю сторону и две красные (немного короче) стороны.
Все равнобедренные треугольники будут сгруппированы в пятиугольники, а равносторонние треугольники заполнят промежутки между пятиугольниками.
Есть несколько способов построить купол. Мы начали сборку с того, что сложили все равнобедренные треугольники в пятиугольники. Когда их соединяют вместе, они не образуют плоских пятиугольников, а образуют форму, напоминающую заостренную шапку с пятиугольником по периметру.
Сборка пятиугольника После того, как все пятиугольники собраны, мы сделали кольцо из пятиугольников с заполнением промежутков равносторонними треугольниками, и, наконец, мы поместили венчающий пятиугольник сверху. Закрепленный картонный купол был довольно прочным после завершения, но до этого его части были очень гибкими. Возможно, лучше не собирать все пятиугольники сначала, а просто работать вверх от основания купола тремя кольцами треугольников, по одному кольцу за раз, при этом третье и последнее «кольцо» будет венчающим пятиугольником. В любом случае, независимо от того, сгруппируете ли вы сначала равнобедренные треугольники в пятиугольники или нет, вы сохраните пятиугольник короны напоследок, что-то вроде сборки римской арки, где последний пятиугольник будет краеугольным камнем.
Перед размещением пятиугольника «краеугольного камня» у вас должно получиться что-то вроде этого:
Второе «кольцо» треугольников складывается вверх и вниз без особого труда. В любом случае, я предлагаю иметь рядом несколько взрослых, чтобы держать вещи там, где они должны быть, пока последняя часть не будет закреплена на месте, и иметь коробки с зажимами для переплета, чтобы укрепить слабые места. Мы закончили с пятью зажимами для переплета вдоль большинства швов, в общей сложности, включая зажимы для переплета, используемые в основной стене, около 400 зажимов. (Если вы используете однодюймовые клапаны и большие зажимы для переплета, это увеличивает стоимость проекта еще на 100 долларов или около того. Более узкие клапаны и меньшие зажимы для переплета значительно снизят расходы, но чем меньше зажимы, тем легче панели будут тянуться. Кроме того, сайт Джеффа Адкинса предлагает заменить зажимы на отрезки трубы из ПВХ с продольным разрезом, что звучит как отличная идея, но я никогда не пробовал.
)
Базовая стена относительно проста. Прямоугольные панели должны иметь одну сторону, равную основаниям треугольников (в моем случае 44 ½ дюйма), и высоту, которую вы хотите. В идеале он должен быть примерно на уровне глаз ученика, сидящего на полу со скрещенными ногами, но это не имеет большого значения. Размеры наших прямоугольников даны на рисунке выше. (Помните, это размеры без створок.)
Базовая стена для планетарияНижняя сторона прямоугольников будет опираться на землю, и клапан на этой стороне на самом деле лишний. Мы просто согнули откидную створку в виде «ножки» для стены. После того, как купол собран с помощью большого количества зажимов, он становится довольно прочным и его можно довольно легко поднять, поэтому вы можете просто соединить части стены вместе в кольцо, затем поднять купол на стену и закрепить его с помощью большего количества зажимов.
Готовый куполДвери и вентиляция
Как войти и выйти? Можно было врезать дверь в одну из сторон, но мне показалось гораздо проще просто снять одну из стеновых панелей и войти через щель.
У нас был купол в довольно темной комнате, так что, оказавшись внутри, мы могли просто грубо сдвинуть панель на место, не закрепляя ее и не беспокоясь о том, чтобы изолировать свет. Кроме того, если бы отверстие было немного меньше, взрослым и даже ученикам младших классов было бы трудно пролезть внутрь и наружу.
Если у вас есть только одна или две небольшие группы, использующие планетарий, это все, что вам нужно сделать для подготовки купола. Однако после длительного использования в непроветриваемой картонной коробке, вмещающей шестнадцать человек и горячий проектор, станет невыносимо душно. Мы попробовали установить электрический вентилятор на полу рядом с дверью, и это немного помогло, особенно когда мы открыли дополнительную дверь на противоположной стороне купола, чтобы обеспечить сквозняк. Если вы собираетесь использовать свой планетарий с большим количеством людей в течение длительного периода времени, я предлагаю попробовать реализовать некоторые идеи Джеффа Адкинса о том, как вентилировать купол.
Sky-Projector
С помощью бесплатного программного обеспечения для планетария Stellarium вы можете отображать реалистичные изображения дневного или ночного неба — включая солнце, луну, звезды, планеты и даже голубое дневное свечение — на экране вашего компьютера. Вы также можете ускорять и замедлять движение, а также добавлять или отключать метки и линии разметки. Stellarium дает вам возможность отображать красивое и реалистичное небо для любого места на земле, в любую дату и время. (Единственное исключение: хотя Stellarium может показывать, так сказать, что угодно под солнцем, одна вещь, которую он не делает, — это не показывает фазу луны. Луна всегда выглядит как полный белый диск, независимо от фазы. Возможно. в будущих выпусках…)
С помощью цифрового проектора вы можете осветить созданное компьютером изображение неба где угодно. Хитрость заключается в том, чтобы изображение на прямоугольном экране заполнило полусферу купола вашего планетария. Это можно сделать, превратив прямоугольное изображение в полукруглое особым образом и направив это полукруглое изображение на полусферическое зеркало (например, типичное «зеркало безопасности») в прихожей, расположенное у основания купола.
Это приведет к появлению полусферического изображения внутри вашего купола. Математика, связанная с правильным «предварительным деформированием» изображения на экране вашего компьютера из прямоугольного в полукруглое, сложна, но Пол Бурк понял, как это сделать, и люди, которые делают Stellarium, включили его идею в свое программное обеспечение. Это означает, что все, что вам нужно сделать, это поставить галочку в поле выбора, и Stellarium искажает изображение для вас, превращая изображение неба на экране вашего компьютера в искривленный полукруг, и заставляя изображение, проецируемое на ваш полусферический купол, выглядеть и двигаться. именно так, как это делает небо.
Итак, чтобы на внутренней поверхности вашего картонного купола появилось виртуальное небо, вам понадобится цифровой проектор, полусферическое зеркало и правильно настроенная установка программы Stellarium.
Установка проектора и зеркала
Для зеркала вам понадобится 18-дюймовое полукупольное защитное зеркало, подобное этому.
Это нечастый предмет в магазинах, поэтому вам, возможно, придется заказать его по почте.
Любой цифровой проектор, выпущенный за последние несколько лет, вероятно, подойдет, хотя есть несколько технических деталей, которые, должен признать, я не до конца понимаю. Мы использовали старый XGA-проектор, который подходил для основных целей в классе, но изображение, которое значительно расширялось при проецировании на купол, выглядело немного грубым и зернистым. Проектор SXGA или HD был бы лучше. Также помните, что даже если ваш проектор HD, он не будет отображать HD, если ваш компьютер не скажет ему об этом, поэтому ваш компьютер должен иметь возможность выводить такое же высокое разрешение, как и ваш проектор. Есть также проблема с фокусным расстоянием, которая, честно говоря, меня немного смущает. Проектор должен быть достаточно близко к зеркалу, чтобы изображение не превышало зеркало. Все проецируемое изображение (кроме верхних углов за пределами полукруга) должно попасть на зеркало.
Очевидно, изображение также должно быть сфокусировано к тому моменту, когда оно попадает на зеркало, а это необычно близкое фокусное расстояние для проектора. Если ваш проектор может воспроизводить сфокусированные изображения шириной в фут на экране в шести футах, как это сделал наш, все должно быть в порядке.
Зеркало нужно разместить у одной из стен, у основания купола, а проектор нужно разместить внутри планетария, в нескольких футах от зеркала, направив на него. (Изображение неба будет иметь наилучшее качество на противоположной стороне от зеркала и будет иметь худшее качество на куполе рядом с зеркалом, поэтому, если все ученики смотрят в одну сторону, отверните их от зеркала, и покажите свое шоу в планетарии с интересными вещами на противоположной стене.) Я поставил свой проектор и зеркало на тележку, чтобы я мог катить весь проектор в купол и из него. Как бы вы ни поддерживали проектор и зеркало, допускайте некоторую гибкость в позиционировании, потому что вы, несомненно, обнаружите, что вам необходимо выполнить точную настройку, чтобы улучшить выравнивание и фокусировку изображения внутри вашего купола.
Вот как выглядел мой проектор в сборе:
Вам может показаться, что проектор выглядит так, как будто он проецируется прямо в тележку, но большинство проекторов предназначены для установки на одном уровне и освещают экран значительно выше, чем они есть (или ниже, в случае потолочных проекторов). , поэтому они светят своим лучом вверх под значительным углом. Поэтому, чтобы посветить лучом горизонтально, нужно сильно наклонить проектор вперед. Мое зеркало было немного ниже нижнего края полусферического купола. В идеале он должен быть на уровне нижней части купола, но для занятий в классе разница не так важна.
Настройка Stellarium
Если у вас еще нет Stellarium, начните с загрузки Stellarium на свой компьютер и попрактикуйтесь в его использовании. Многими функциями можно управлять либо с помощью мыши/трекпада, либо с помощью клавиатуры. Я обнаружил, что сочетания клавиш очень полезны, но я никогда не мог вспомнить, что они означают, поэтому я сделал эту «шпаргалку».
(Однако есть еще несколько вещей, которые вы можете делать только с помощью мыши/трекпада.)
Если вы никогда раньше не устанавливали место просмотра, вам придется изменить его по умолчанию ( Париж, Франция), в ваш город. Сделайте это в окне «Местоположение», либо выбрав ближайший город, либо введя свои координаты широты и долготы. Отныне, когда вы запускаете программу Stellarium, она будет начинаться с неискаженного вида неба на юг в настоящее время в вашем местоположении.
Начальный вид в StellariumЧтобы спроецировать все небо на купол, вам нужно отобразить все небо и включить «сферическое зеркальное искажение». Отобразите все небо, уменьшая масштаб (на MacBook, перетащите двумя пальцами по сенсорной панели) и сдвигая изображение (клавиши со стрелками), пока не увидите круг в центре экрана, представляющий все небо.
Небо, полное и центрированное Включите «искажение сферического зеркала», открыв окно «Конфигурация», щелкнув вкладку «Инструменты» и установив флажок «Искажение сферического зеркала».
Теперь изображение должно выглядеть более или менее как полукруг с горизонтом, лежащим внизу.
(Для длительного использования вы можете избавить себя от повторения этих шагов, а также настроить и настроить различные параметры для вашего конкретного планетария, отредактировав файл конфигурации Stellarium. config.ini . Дополнительные сведения и рекомендации по использованию Stellarium для управления домашним планетарием см. в обсуждении вопроса Полом Бурком).
Если вы сейчас посветите этим изображением на зеркало, оно отразится на внутренней части вашего купола, заполнив его изображением неба. Возможно, вам придется отрегулировать высоту, расстояние и ориентацию проектора, чтобы изображение небесного купола как можно лучше совпадало с картонным куполом. Моя всегда была немного перекошена, наверное, из-за того, что зеркало было слишком низко.
Наслаждайтесь видом
Если небо правильно спроецировано на купол, клавиши со стрелками влево и вправо будут вращать небо (и местность на горизонте) вокруг зенита, как если бы вы, наблюдатель, вращались по кругу..jpg)
Это полезно, потому что качество проецируемого изображения хуже, чем у проектора, и лучше, чем у проектора (недостаток метода проецирования сферическим зеркалом). Клавишами со стрелками можно повернуть интересующую часть неба на противоположную сторону планетария, где качество изображения лучше.
Для большей реалистичности я предлагаю немного «затуманить» небо. Если вы покажете детям полное, ясное звездное небо во всей его красе, а затем они пойдут домой и посмотрят вверх на туманное, залитое светом небо типичного городского района, они, возможно, смогут найти только несколько звезд, если любой, и разочароваться в астрономии. Это хорошая идея, чтобы сосредоточить внимание только на самых ярких звездах и игнорировать тусклые звезды, по крайней мере, сначала, и с этой целью полезно поиграть с настройками «относительного масштаба» и «светового загрязнения» Stellarium. (Они находятся в окне «Небо и параметры просмотра».) Вы всегда можете отменить эти действия позже, чтобы произвести впечатление на своих зрителей красотой ясного, темного, пустынного неба, на котором вы можете видеть все звезды.
Возможно, вам также потребуется перевернуть изображение по горизонтали. Если вы обнаружите, что все в вашем небе перевернуто, если созвездия являются зеркальными отображениями, текстовые метки напечатаны в обратном порядке, и все восходит на западе, а заходит на востоке, вам нужно будет перевернуть изображение по горизонтали, прежде чем проецировать его. на зеркало. Если вы собираетесь использовать свой цифровой проектор исключительно для целей демонстрации планетария, вы можете найти настройку для «режима обратной проекции» или «конфигурации от пола до задней панели» или любого другого термина вашего проектора для горизонтального переворота и оставить проектор установить таким образом навсегда. Однако в Stellarium очень просто перевернуть изображение по горизонтали. Код ключа на моем MacBook просто Cmd-H (или Cmd-Shift-h ).
Мероприятия в планетарии
Как только ваш планетарий заработает, что вы будете с ним делать? Вот пара моих идей.
В дальнейшем я предполагаю, что вы находитесь в средних северных широтах, таких как Соединенные Штаты, Европа, Корея и Япония. Все приведенные ниже команды клавиатуры работают на моем MacBook. Проверьте меню справки в Stellarium для команд на вашем компьютере.
В качестве первого занятия я предлагаю просто показать сегодняшнее небо, определить созвездия, найти север и т. д.
В качестве второго задания попробуйте познакомить учащихся с движением звезд. Используйте клавиши J и L , чтобы ускорить и замедлить вращение неба, и клавишу K , чтобы вернуться к нормальной скорости «реального времени» (примерно каждые 24 часа). Учащиеся должны заметить, что одна точка на небе стоит на месте, и что она всегда находится в одном и том же месте, а все остальное вращается вокруг нее. Эта точка почти (хотя и не совсем) занята Полярной звездой. Существует также «талия» или «пояс» вокруг середины неба, точный полукруг, один конец которого касается строго на восток, а другой — на запад.
Это небесный экватор, и вы можете отметить его линией, нажав на . (точка) ключ.
В качестве другого задания вы можете показать учащимся ежегодное движение солнца по небу. Начните с обзора ежедневного движения солнца по небу — дуги с востока на запад с вершиной на юге. Затем остановите небо и установите время на полдень, когда солнце находится на пике южного неба. Теперь используйте кнопки «добавить одну солнечную неделю» или «вычесть одну солнечную неделю» ( [ и ] на MacBook), чтобы продвинуться или отступить во времени, по неделям, быстро в течение года. Вы увидите, как солнце колеблется вокруг экватора, высоко летом (с пиком в день летнего солнцестояния, примерно 21 июня), низко зимой (с минимумом в день зимнего солнцестояния, примерно 21 декабря) и пересекая экватора в два равноденствия (примерно 21 марта и 21 сентября). Проницательные наблюдатели заметят, что солнце не идет прямо вверх и вниз, а очерчивает восьмерку в течение года. Это «аналемма», и ее ширина обусловлена тем фактом, что движение Солнца по небу на самом деле ускоряется и очень немного замедляется в течение года.
В какие-то месяцы он немного опережает, где должен быть в 12 часов, а в какие-то чуть отстает.
Вы также можете наблюдать за движением солнца, луны и планет относительно «неподвижных» звезд, «замораживая» звезды в одном и том же месте каждый день. Чтобы перейти к завтрашнему времени, когда звезды будут точно в том же положении на небе, вам нужно перепрыгнуть на один «звездный день», что на четыре минуты меньше, чем 24 часа. Чтобы прыгнуть назад, вам нужно вычесть «звездный день». (Соответствующие клавиши Alt — и Alt = на MacBook). Вы можете заметить, если еще не заметили, что солнце, луна и планеты всегда проходят через звезды по одному и тому же пути. Полоса созвездий, через которую они проходят, называется зодиаком, а точная линия, проходящая через середину зодиака, по которой движется солнце, называется «эклиптикой». Вы можете нарисовать эклиптику на небе, нажав , (запятая) ключ. Если вы еще не устали, попробуйте покрутить небо с нарисованной эклиптикой и обратите внимание, что оно похоже на наклонный экватор, с высшей точкой в Близнецах и Тельце (летом здесь находится солнце), а низшей точкой в Стрельце и Скорпионе (солнце здесь зимой).
Видео профессионального планетария
[июль 2022 г.] Недавно я обнаружил, что Loch Ness Productions предлагает тщательно подобранную коллекцию большого количества предварительно деформированных видео, включая их собственные фильмы в дополнение к фильмам нескольких других музеев и планетариев, которые вы можете может транслироваться в полноэкранном веб-браузере и, таким образом, проецироваться на экран вашего планетария. Я сам не смотрел ни один из них и не могу высказать свое мнение о качестве образовательного контента. Но, по крайней мере, в некоторых из них есть очень впечатляющие иммерсивные фотографии, в том числе вид на все небо на полярные сияния и захватывающий вид на подводный мир.
Дополнительная литература
Если вы хотите глубже изучить тему малых планетариев, вот несколько ссылок, которые могут вас заинтересовать:
- Оригинальный картонный купол Джеффа Адкинса.
- Изобретение Полом Бурком сферического искажения.
- Для самодельных куполов вы также можете обратиться в группу Small Planetarium Group на Yahoo
- Для надувных куполов и дорогих, но действительно крутых «иммерсионных» систем см. Elumenati.
- Планетарий «Сделай сам» предлагает множество планов по созданию собственного планетария. Они все надувные, насколько я вижу.
- Если у вас ограниченный бюджет, Digitalis Education предлагает на продажу купола и проекционные системы, включая программное обеспечение для планетария.
Elumenati. Имя
Электронная почта
Как сделать проектор для планетария
Это семейный проект, который можно построить с минимальными инструментами и базовыми навыками. Это проектор-планетарий, который проецирует вид ночного неба на потолок спальни.
В качестве источника света используется обычный светодиодный фонарь и выдвижная диаграмма всего неба из нашего ежемесячного «Руководства по небу» в BBC Sky at Night Magazine , чтобы расположить отверстия, которые вы делаете для звезд.
Вы можете использовать любую карту звездного неба, которая у вас уже есть, или загрузить звездную карту BBC Sky at Night Magazine за ноябрь 2021 года (PDF).
Этот самодельный планетарий не только забавен, но и образовательен, так как вы можете использовать его, чтобы научиться летать по звездам и перемещаться между созвездиями.
И, сделав несколько «слайдов» с отверстиями, вы сможете продемонстрировать, как небо меняется в зависимости от времени года.
Чтобы узнать больше о астрономических проектах своими руками, узнайте, как сделать масштабную модель Солнечной системы, как продемонстрировать затмение или как сделать Солнечную систему мобильной.
Как пользоваться самодельным планетариемЧтобы использовать проектор, найдите на полу свободное место для факела в его основании.
Затем поместите коробку над факелом, положите сверху слайд ночного неба и включите.
Вы можете сориентировать проектор так, чтобы точки компаса (север, восток, юг и запад) совпадали с краями потолка.
Важно использовать фонарик с одним небольшим источником света (светодиод или крошечная лампочка), и он также должен давать довольно широкий луч.
У нашего фонарика была функция «Увеличение», и мы использовали ее в самом широком диапазоне.
Перед тем, как приступить к проекту, вам нужно подержать фонарик над диаграммой так, чтобы его круговой луч света едва выходил за край диаграммы, и измерить расстояние (h) между факелом и диаграммой.
Этот размер (h) понадобится вам, чтобы разметить стороны коробки. Узнайте, как это сделать, загрузив нашу схему проектора планетария (PDF).
Коробка и рамки слайдов сделаны из плотного картона.
После вырезания мы использовали термоклеевой пистолет, чтобы соединить стороны, но прочная лента подойдет.
Внутренняя часть не должна создавать бликов, поэтому мы объединили опилки и матовую черную краску, чтобы решить эту проблему.
Внутреннюю часть проще покрасить перед приклеиванием верхней части.
Подставка должна подходить для вашего резака, но достаточно тяжелое основание с отверстием, в которое можно поставить фонарь, является простым решением.
Две стенки, сделанные из обрезков дерева, удерживают ящик над факелом так, что верхняя часть факела как раз достигает линии сгиба ящика на расстоянии (h) от направляющей вверху.
Затем покрасьте нижнюю часть фольги в черный матовый цвет и прикрепите ее к картонному слайду с помощью клея-карандаша, и вы готовы начать делать отверстия для звезд.
Вам нужно поработать с нижней стороной фольги, иначе вы обнаружите, что восток и запад перевернуты, когда вы проецируете звезды.
Поместите карту звездного неба на черную сторону фольги и начните делать отверстия для булавок.
Вам нужны самые маленькие отверстия, которые вы только можете сделать. По нашим оценкам, получившиеся звезды примерно в 10–20 раз больше размера отверстий, которые вы делаете, поэтому маленькие — это красиво.
Возможно, вам не захочется выбирать все звезды на графике. Например, вы можете просто включить основные звезды созвездия.
Если вы очень внимательны, вы можете варьировать размеры отверстий, чтобы подчеркнуть яркие звезды или выбрать планеты для дополнительного эффекта.
Вам понадобится:
- Линейка, циркуль и карандаш
- Канцелярский нож и коврик для резки
- Ножницы
- Малярная лента
- Пистолет для термоклея (или прочная клейкая лента)
- Небольшая пила и дрель для изготовления деревянной основы
- Маленькая швейная булавка и клей-карандаш
- Несколько листов жесткого или гофрированного картона (не менее 6, примерно 300 х 300 мм)
- Алюминиевая фольга
- Небольшие обрезки древесины
- Небольшой яркий фонарик с одним светодиодом или очень маленькой лампочкой (не светодиодная матрица)
- Карта всего неба или звездного неба
- Матовая черная аэрозольная краска, фольга и опилки
- Подходящая краска и украшения для наружных работ
Шаг 1
Проверьте фонарь и используйте нашу схему проектора планетария (PDF), чтобы определить размер коробки проектора.
Разметьте стороны и верх коробки.
Аккуратно вырежьте их канцелярским ножом (только для взрослых) и не забывайте отрезать их от другой руки.
Шаг 2
Сделайте дополнительные «верхушки» — вам понадобится одна для коробки и одна для каждой ежемесячной «горки», которую вы планируете использовать.
Используйте небольшие кусочки малярной ленты, чтобы соединить части коробки вместе.
Сделайте надрезы по бокам, чтобы они аккуратно сгибались возле более узкого конца горелки.
Шаг 3
Используйте клеевой пистолет, чтобы соединить боковые части вместе.
Нанеся клей снаружи, снимите верхнюю часть и приклейте внутреннюю часть, чтобы получилась жесткая конструкция.
Будьте осторожны с горячим клеем. Вы также можете использовать прочную ленту, если у вас нет клеевого пистолета.
Шаг 4
Вам нужно остановить любые отражения внутри, поэтому покрасьте внутреннюю часть коробки и верхнюю часть в матовый черный цвет.
Пока первый слой влажный, насыпьте немного опилок, стряхните излишки и нанесите еще один слой.
Это должно создать светопоглощающую поверхность.
Шаг 5
Используйте обрезки дерева, чтобы сделать подставку для факела. Мы просверлили отверстие в основании для подставки.
Верх двух «стенок» подставки должен быть чуть ниже верхней части горелки, а ширина между ними должна соответствовать «горловине» коробки.
Шаг 6
Приклейте верхнюю часть коробки. Покрасьте одну сторону фольги в черный матовый цвет, а затем черной стороной вниз приклейте ее к месячной «горке».
Поместите выдвижную карту всего неба на черную сторону фольги и проделайте крошечные отверстия в карте и фольге.
Вы можете найти ежемесячную карту звездного неба в каждом выпуске журнала BBC Sky at Night Magazine. Посетите buysubscriptions.