Věda a technika v pozadí
Historické exponáty
Teorie
Ve středověku popsal Jákobovu hůl (radius astronomicus) židovský učenec Levi ben Gerson. Je založena na principu podobnosti trojúhelníků. Jde o pravítko s úhlovou stupnicí opatřenou kolmým posuvným ramenem. Oko přiložíme ke konci pravítka a posouváme ramenem tak dlouho, až konce pravítka splynou s měřeným úhlem. Na holi je umístěno několik posuvných pravítek pro měření různých úhlů, pro konkrétní měření se použije vždy jen jedno pravítko.
Jákobova hůl.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Jakubova hůl sloužila jako jednoduchý měřící přístroj pro astronomy, geodety a navigátory, sloužila k určení zeměpisné šířky tak, že se změřila výška hvězdy, dala se používat pro různé měřické práce jako např. k určení výšky předmětu, Petrus Apianus s ní v roce 1532 pozoroval Halleyovu kometu. Jakubova hůl byla vytlačena sextantem.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
K čemu je však druhá polovina posuvné příčky? Používá se jí tehdy, když je měřený úhel příliš veliký, takže jej nelze změřit právě uvedeným způsobem.
Na přelomu 16. a 17. století vznikl v Holandsku poprvé dalekohled, pravděpodobně v dílně mistra, který si tajemství přinesl z Itálie. Podle pověsti to mohl být i syn Jana Lippersheye nebo Hans a jeho syn Zacharias Janssenové. Podle místa pravděpodobného vzniku se nazývají dalekohledy holandské. Brzy se staly oblíbeným vývozním artiklem a vozily se do Belgie a Francie. Skládají se ze dvou čoček, objektivu a okuláru. Objektiv je spojka, kterou přichází světlo od pozorovaného objektu do dalekohledu a okulár je rozptylka, kterou světlo pokračuje do oka.
Princip holandského dalekohledu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Do Itálie se informace o existenci dalekohledu dostala až po roce 1609. Byla doručena na univerzitu do Padovy Galilei Galileimu. Ten vhodně sestavil čočky a získal tak svůj první dalekohled zvětšující třikrát. Byl to takový div, že mnozí šlechtici neváhali dne 21. srpna 1609 vystoupit do zvonice sv. Marka a pokochat se pohledem na okolní ulice. Galilei chytře představil vládě Benátské republiky dalekohled jako vynikající přístroj pro vojenství. Šlechtice tento přístroj natolik zaujal, že Galileiho jmenovali doživotním profesorem padovské akademie a zároveň mu zvýšili plat. Galilei jako první obrátil dalekohled směrem k nebi a učinil spoustu zajímavých objevů. Pozoroval a nakreslil měsíční povrch s kruhovými pohořími, správně vysvětlil existenci slunečních skvrn. Mezi jeho nejznámější objev patří čtyři Jupiterovy měsíce.
Galileo Galilei předvádí sedícími Cosimu III. dalekohled.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Giuseppe Bertini, 1858. Public domain.
Galileiho či holandský dalekohled měl své mouchy. Se vzrůstajícím zvětšením se totiž zorné pole dalekohledu rychle zužuje a nakonec se stává tak maličkým, že není možné zvětšení dále stupňovat. Proto se používají jen jako divadelní kukátko. Johanes Kepler nahradil ploskovydutou rozptylku Galileiho dalekohledu spojkou o velké optické mohutnosti. Dalekohled měl větší zorné pole a daleko větší zvětšení. Měl ovšem i svoje nevýhody. Tubus byl poměrně dlouhý a hlavně obraz byl převrácený. To zpečetilo jeho použití jen pro astronomické účely. Již farář Scheiner známý svými mikroskopy upozornil, že vsunutím třetí čočky se hvězdářský keplerův dalekohled změní na pozemský, tzn. že převrátí obraz. První přístroj tohoto druhu sestrojil v roce 1645 kapucín Shyrl žijící v Čechách, který navíc zavedl označení okulár a objektiv.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
První dalekohledy vykazovaly otvorovou a barevnou vadu. K řešení tohoto problému přispěl Johannes Hevelius mimořádně velkou ohniskovou vzdáleností objektivu a tím i celkovou délkou dalekohledu (až 50 m), Isaac Newton použitím zrcadla jako objektivu nebo John Dellond sestrojením achromatického objektivu tvořeného korunovou spojkou a flintovou rozptylkou.
Replika Newtonova dalekohledu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Andrew Dunn. Under Creative Commons.
Newtonův zrcadlový dalekohled z roku 1668 se skládá z parabolického zrcadla, které má funkci podobnou spojné čočce. Je ze skla nebo keramického materiálu a napovrchu pokovený – nejčastěji hliníkem. Světelné paprsky přicházející z nekonečně vzdáleného objektu se v dalekohledu odrazí od zrcadla do jeho ohniskové roviny, kde jsou malým rovným zrcadélkem odchýleny tak, aby se obraz mohl pozorovat postranním okulárem. Zrcadlový dalekohled vytváří skutečný a převrácený obraz objektu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Princip sextantu objevil Isaac Newton, ale svůj objev nepublikoval. Původní sextanty, které používal třeba Tycho Brahe nebo Johannes Kepler byly bez jakékoli optiky. Až okolo roku 1730 sextant nezávisle znovu objevil anglický matematik John Hadley a americký vynálezce Thomas Godfrey. Sextant začal být používán v navigaci, kde nahradil astroláb. Sextant sloužil k měření úhlové vzdálenosti dvou bodů, výšky objektu nad obzorem a donedávna sloužil na lodích k určování zeměpisné šířky.
Skládá se ze slabě zvětšujícího dalekohledu, do kterého se vrhá světlo dvěma rovinnými zrcadly. Jedno je pevně spojeno s dalekohledem a je postříbřeno jen do poloviny, takže v dalekohledu vidíme jednak předměty, které jsou ve směru optické osy dalekohledu, a jednak předměty, jejichž obraz je vrhán do dalekohledu druhým zrcadlem. Toto zrcadlo se otáčí kolem osy kolmé k rovině, v níž leží optická osa dalekohledu. Je upevněno na rameni, které se nazývá alhidada, na jehož konci lze na stupnici odečítat sklon zrcadla. Stupnice je vyrytá na šestině kruhu (odtud název sextant).
Při měření namíříme sextant tak, abychom do středu zorného pole dalekohledu dostali rovinu obzoru a rovina sextantu byla přitom svislá. Pak otáčíme zrcátkem pomocí alhidady tak dlouho, až se v zorném poli objeví obraz tělesa, jehož výšku nad horizontem chceme měřit. Při přesném nastavení musí rovina obzoru přesně půlit obraz tělesa. Potom přímo odečteme výšku objektu nad obzorem.
V době příchodu Tycha Brahe byli v Praze soustředěni ti nejlepší výrobci vědeckých přístrojů. Mezi nimi i Erasmus Habermel, z jehož dílny pocházel sextant zhotovení v Praze v roce 1600. Tento sextant používal i Tycho Brahe a je zřejmě jediným dochovaným přístrojem z jeho sbírky. Nyní je umístěn v Národním technickém muzeu.
Habermelův sextant.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
