Гелиорегистратор

Вероятно, если сейчас поставить перед инженером задачу создать устройство, которое бы могло регистрировать продолжительность солнечного сияния, в заданной точке на поверхности Земли, то результатом работы инженера, вероятно, станет устройство в котором микроконтроллер опрашивает датчик освещенности, а затем полученные результаты сохраняются на электронный носитель информации вместе с данными о времени наблюдения. В принципе даже из таких скудных данных можно получить не мало информации [1]. Однако еще не так давно по историческим меркам, задачу по определению суммарной величины солнечной радиации решали вообще без использования электроники. Для этого использовался остроумный метеорологический прибора – гелиорегистратора (еще иногда называемый гелиографом).

Внимание. Во время экспериментов работающий гелиорегистратор нельзя оставлять без присмотра. В приборе есть тлеющая бумага, которая потенциально может стать причиной пожара.

Гелиорегистратор представляет собой сферическую стеклянную линзу, закрепленную на массивном основании. В силу симметрии около стеклянного шара всегда будет точка, в которой фокусируются параллельные лучи света, а солнечные лучи, с достаточной для данного случая степенью точности, можно считать параллельными друг другу. Если разместить около шара полоску бумаги, так, чтобы она оборачивала шар с северной стороны, то поток солнечных лучей будет выжигать в ней след. По мере движения Солнца по небу, точка в которой фокусируются лучи будет смещаться. На бумаге при этом будет образовываться выжженная полоса. По длине, этой полосы можно оценить продолжительность времени освещения гелиорегистратора прямыми солнечными лучами.

К сожалению, гелиорегистратор, к которому получил доступ автора поста, был лишен стеклянного шара. Для чего практически полезного он мог понадобиться, я представить не могу. Видимо стеклянный шар утащил какой-то клептоман предсказатель будущего.

К счастью, отсутствие линзы в гелиорегистраторе проблема вполне решаемая, шар можно заменить сферической колбой с водой [2].

Разумеется, такое решение далеко не идеально. На морозе вода в колбе норовит замерзнуть (отчасти решается заменой воды насыщенным водным раствором поваренной соли), а в теплое время года в колбе при длительном использовании норовят образоваться небольшая экосистема (отчасти решается добавлением хлорамина или другого дезинфицирующего средства).

Круглодонная колба подходящего диаметра размещается на месте стеклянного шара, колба фиксируется винтом, который прижимает шар сверху через резиновую прокладку (автор использовал то, что было под рукой — резиновую пробку для лабораторной посуды).

Для правильной работы гелиорегистратора его надо разместить так, чтобы фиксирующий винт смотрел на полюс мира, а горло колбы не мешало попаданию солнечных лучей на экран. На приборе имеется специальная шкала, которая позволяет правильно установить прибор в зависимости от широты местности

.

При этом гелиорегистратор надо размещать так, чтобы ось симметрии прибора располагалась параллельно полуденной линии (линии север-юг).

На экране за шаром надо закрепить полоску бумаги. В зимние месяцы Солнце в северном полушарии поднимается невысоко над горизонтом, а значит, солнечному свету приходится преодолевать более толстый слой воздуха, который сильнее рассеивает свет. В это время необходимо пользоваться черной бумагой.

Автор использовал обычную черную бумагу из набора цветной бумаги. На такой бумаге сфокусированные солнечные лучи оставляют характерный выжженый след.

Бумага прожигается насквозь.

Летом теоретически можно обходиться обычной белой бумагой, но поздней весной у автора устойчивый результат получался только с черной бумагой.

Сейчас конечно данный прибор имеет скорее познавательное значение, ну и в силу простоты, этот прибор как раз то, что нужно для отслеживания изменения потока солнечных лучей в случае по настоящему долгой зимы [3—6]. А еще гелиорегистратор позволяет в очередной раз вспомнить о поразительной смекалке ученых и инженеров прошлого, которые умудрялись решать многие весьма нетривиальные задачи относительно простыми и элегантными методами, без использования сложной современной техники.