Heliostāt

Heliostāt (griech.), ein Instrument, mit dem man die Sonnenstrahlen in jede gegebene Richtung dergestalt zu lenken vermag, daß sich diese Richtung mit der scheinbaren Bewegung der Sonne nicht ändert. Es vesteht im wesentlichen aus einem in geeigneter Weise montierten Spiegel, dem durch ein Uhrwerk eine Bewegung erteilt wird, die gewissermaßen der Drehung der Erde entgegengesetzt ist, aber gleiche Geschwindigkeit besitzt.

Fig. 1. Universalheliostat von Fueß.

Der H. ist von s'Gravesande erfunden und von Biot, Fahrenheit, Gambey, Meyerstein, Silbermann u. a. vielfach abgeändert worden. Einen sehr einfachen H., freilich von etwas beschränkter Anwendung, hat August konstruiert, und Gonel hat nach ähnlichem Prinzip eine Einrichtung angegeben, bei der das Uhrwerk ganz wegfällt und der Apparat von einer gewöhnlichen Taschenzylinderuhr bewegt wird.

Der Universalheliostat von Fueß (Fig. 1) gestattet die Anwendung an allen Orten bis 70° Breite. Auf einer schweren Grundplatte erhebt sich der Zapfen A, um den die Hülfe H leicht gedreht und mittels Schraube festgeklemmt werden kann. Mit dieser ist der Arm B verbunden, der in dem Stück F die zu ihm radial gerichtete Achse o des Spiegels M trägt. Der hohle Fuß des Zapfens A ist mit zwei gegenüberliegenden Ausschnitten L versehen, um eine im Hohlraum befindliche Dosenlibelle, die zur Vertikalstellung des Drehzapfens A dient, sichtbar zu machen. Innen ist der Zapfen A konisch ausgebohrt zur Aufnahme der Azimutachse, die mittels einer Klammer das Bogenstück D trägt. Auf letzterm befinden sich nebeneinander zwei konzentrische Gradteilungen, von denen die nach außen gelegene zur Einstellung der Polhöhe des betreffenden Ortes, an dem der H. gebraucht werden soll, dient und die andre die jeweilige Deklination der Sonne anzeigt. Die parallel der Erdachse verlaufende Stundenachse x des Instruments ist in dem Bogenstück D, und zwar koinzidierend mit dem 90. Gradstrich der Teilungen, radial gelagert. Auf die Stundenachse ist eine drehbare Hülfe C aufgesteckt, die vermittelst der Schraube b fest mit ersterer verbunden werden kann. Die Hülfe C trägt an ihrem obern Ende einen zu ihrer Drehungsachse senkrechten Querstab c mit zapfenförmigen Enden, um die sich ein Ring r (s. auch die Abbildung über der Hauptfigur) dreht. Die scharfe Kante der Peripherie von r bestreicht die Deklinationsteilung von D und dient als Marke zur Einstellung der Deklination. n bedeutet das Zifferblatt der Uhr, dessen Ableseindex a an dem Bogenstück D befestigt ist. In der Verlängerung der Ebene des Ringes r trägt dieser die mit dem Diopter qp versehene Gelenkeinrichtung für die Bewegung des Spiegels M und ein Gegengewicht t.

Eine schematische Darstellung des Konstruktionsprinzips dieses Heliostaten zeigt Fig. 2. a bedeutet die Azimutachse, b die Stundenachse, c die horizontale Spiegelachse. Die Ebene des Papiers sei die Meridian ebene und die Achsen d, e und f darauf senkrecht gedacht. Es ist dies der Fall bei horizontal reflektiertem Strahl mittags 12 Uhr. Der Strahl gd falle parallel dem Arm fe auf den Spiegel, so daß er horizontal nach i, der Verlängerung von hd, reflektiert werde. In der Zeichnung ist ∟feb = 90° genommen, d. h. die Poldistanz ist 90° und somit die Deklination Null (Zeit der Tag- und Nachtgleichen). Entfernung ed = ef, also ist ∆fed gleichschenkelig. Da fe = gd gestellt worden ist und auch während der Drehung stets parallel bleibt, so ist ∟feh = ∟gdh. Da nun ∟feh = 2∟fdh ist, so auch ∟gdh = 2∟gdf. Nach dem Reflexionsgesetz ist ∟gdf = 2∟idk, demnach schließlich ∟idk = ∟fdh, oder di ist stets die Verlängerung der Spiegelachse cd. Diese Richtung kann aber, wie wir sehen werden, beliebig eingestellt werden. Um den Heliostaten in Gang zu setzen, wird mittels Dosenlibelle die Grundplatte horizontiert; dann steht die Azimutachse lotrecht. Auf D stellt man hierauf die Breite des Ortes ein und klemmt den Bogen D fest. Sodann wird die Einstellung der Deklination bewirkt. Auf der innern Zylinderfläche des starken Deklinationsbogens D ist eine schwarze Linie eingeschnitten, die mit der Ebene der Gradteilungen parallel läuft und sich über die ganze Länge des Bogens erstreckt. Mit dieser Linie wird der auf dem Ring r befindliche Indexstrich zur Koinzidenz gebracht durch Drehen der Hülfe C und dann die Klemme b festgezogen. Jetzt erst dreht man den Ring r um die Achse c, bis seine Kante auf die richtige Deklination zeigt, die an der obern Teilung D abgelesen wird. Es erfolgt jetzt die Einstellung der Zeit mittels des Zifferblattes n, wozu die Klemme b gelöst und die Hülfe C gedreht werden muß, bis der Zeiger a die wahre Zeit (Sonnenzeit) angibt. Nachdem b festgeklemmt und das Uhrwerk in Gang gesetzt worden, bleibt noch übrig, die Stundenachse x der Erdachse parallel zu stellen, dazu löst man die Schraube J und dreht die Azimutachse so lange, bis der Sonnenstrahl durch das Diopter q auf die Mitte von p fällt, und klemmt J fest. Jetzt wird der reflektierte Strahl St (Fig. 1) stets parallel der Spiegelachse o reflektiert, dem man durch Drehen der Hülfe H mit dem Bogenarm B des Spiegels und durch Hebung und Senkung des letztern mittels des Bogenstückes F jede gewünschte Richtung erteilen kann.

Fig. 2. Schematische Darstellung des Konstruktionsprinzips des Universalheliostaten.

Einen Uhrwerkheliostat hat A. M. Meyer in Vorschlag gebracht, bei dem der durch das Uhrwerk bewegte Spiegel durch eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Linsenkombination ersetzt ist. Die Anwendung dieses Instruments wird sich deshalb in den höhern Breiten und insbes. dann empfehlen, wenn es auf eine möglichst intensive Beleuchtung (Mikrophotographie, Spektrophotographie, Projektion etc.) ankommt. Vgl. Meisel, Lehrbuch der Optik (3. Aufl., Weim. 1889); Leiß, Die optischen Instrumente der Firma R. Fueß (Leipz. 1899); Meyer im »American Journal of Science«, Bd. 4, S. 306 (1897).