天文館
（塞爾維亞貝爾格萊登天文館）
（塞爾維亞貝爾格萊登天文館）
一個天文館（ Pl。：天文館或行星）是一家劇院，主要用於展示有關天文學和夜空的教育和娛樂性表演，或用於訓練天體導航。
大多數天文館的主要特徵是大圓頂形狀的投影屏幕上，可以使恆星，行星和其他天體物體的場景出現並實際移動以模擬其運動。該投影可以通過各種方式創建，例如星球，幻燈片投影儀，視頻， Fulldome投影儀系統和激光器。可以將典型的系統設置為在任何時間，過去或現在的任何時間點模擬天空，並且經常描繪夜空，因為它會從地球上的任何緯度出現。
天文館的大小範圍從俄羅斯聖彼得堡的37米圓頂（稱為“天文館第1號”）到參與者坐在地板上的三米充氣便攜式圓頂。西半球最大的天文館是新澤西州自由科學中心的珍妮弗·查爾斯蒂天文館，其圓頂直徑為27米。印度加爾各答的Birla天文館是座位容量最大的座位，擁有630個席位。在北美，紐約市美國自然歷史博物館的海頓天文館擁有最多的席位，第423位。
有時使用“天文館”一詞來描述說明太陽系的其他設備，例如計算機模擬或Orrery 。天文館軟件是指將天空的三維圖像呈現到二維計算機屏幕或用於3D表示的虛擬現實耳機的軟件應用程序。 “行星”一詞用於描述天文館的專業人士。
歷史
早期的
古希臘的polymath aChimedes歸因於創建一個可以預測太陽，月球和行星運動的原始的天文館裝置。抗胚療機制的發現證明了這種裝置在古代期間已經存在，儘管可能是在阿基米德一生之後。諾瓦拉（Novara）的坎帕納斯（Campanus）在其定理行星中描述了一個行星赤道，並包括有關如何建造一個的指示。戈托夫（Gottorf）建於1650年左右，內部繪製了星座。今天，這些設備通常稱為Orreries （以Orrery伯爵的名字命名）。實際上，如今許多天文館都有投射孔，它們會在其常規軌道路徑上投射到圓頂上的太陽系（包括太陽和行星）。
在1229年，在第五次競賽結束後，霍恩斯托芬的神聖羅馬皇帝弗雷德里克二世帶回了一個帶有代表恆星或行星的散佈孔的帳篷。該設備是用旋轉帳篷的可自旋桌子內部操作的。
典型的18世紀Orreries的小規模限制了它們的影響，到那個世紀末，許多教育工作者試圖創建更大尺寸的版本。亞當·沃克（Adam Walker ，1730– 1821年）和他的兒子們的努力在嘗試將戲劇幻想與教育融合在一起時值得注意。沃克的eidouranion是他的公開演講或戲劇演講的核心。沃克的兒子將這種“精心製作的機器”描述為“二十英尺高，直徑二十七英尺：它在觀眾及其地球儀的垂直狀態下垂直站立，以至於它們在劇院最遙遠的部分中都清楚地看到了它們。行星和衛星似乎在沒有任何支持的情況下被懸掛在太空中；在沒有任何明顯原因的情況下進行年度和晝夜革命。”其他講師推廣了自己的設備：勞埃德（Re Lloyd）宣傳了他的dioastrodoxon或大透明的Orrery。這些設備最有可能犧牲了天文準確性，以吸引人們的奇觀以及令人震驚和令人敬畏的圖像。
最古老的，仍在工作的天文館可以在弗里斯安市弗朗尼克（ Franeker）找到。它是由Eise Eisinga （1744-1828）在他家的客廳中建造的。埃辛加（Eisinga）花了七年的時間建造了他的天文館，該天文館於1781年完成。
1905年，慕尼黑德意志博物館的奧斯卡爾·馮·米勒（ Oskar von Miller ，1855年至1934年）委託M sendtner的齒輪Orrery和Partarium的更新版本，後來與Carl Zeiss Optical Works的首席工程師Franz Meyer合作，在Jena的Carl Zeiss Optical Works上，在最大的jena上，在Jena上，在Jena上，機械天文館曾經構建過，能夠表現出地中心和中心運動。這是1924年在德意志博物館展出的，建築作品被戰爭打斷了。行星沿著頭頂軌道行駛，由電動機提供動力：土星的軌道直徑為11.25 m。通過電燈泡將180顆恆星投射到牆上。
在建造時，馮·米勒（Von Miller）還與德國天文學家馬克斯·沃爾夫（ Max Wolf）一起在蔡司工廠工作，海德爾伯格大學的Landessterswarte Heidelberg-königstuhl天文台是一項新的新型設計，由Wallace W. Atwood W. Atwood的新設計啟發。在芝加哥科學院以及蔡司沃爾瑟·鮑爾斯菲爾德（Walther Bauersfeld）和魯道夫·斯特勞布爾（Rudolf Straubel）的思想中工作。結果是一個天文館的設計，它將在光學投影儀內產生恆星和行星的所有必要運動，並將中央安裝在房間中，將圖像投射到半球的白色表面上。 1923年8月，第一個（I型）Zeiss天文館將夜空的圖像投射到16 m半球形混凝土圓頂的白色石膏襯裡，豎立在蔡司作品的屋頂上。 1923年10月21日，第一次官方公開展覽是在慕尼黑的德意志博物館。
第二次世界大戰後
戰後德國被分為東方和西德時，蔡司公司也被分割。部分保留在其在東德耶拿的傳統總部，部分遷移到西德。 Walther Bauersfeld是第一個天文館的設計師，也與Zeiss管理團隊的其他成員一起遷移到西德。在那裡，他一直留在蔡司西部管理團隊，直到1959年去世。
這家西德公司於1954年恢復了大型天文館，幾年後，東德公司開始製作小天文館。同時，缺乏天文館製造商導致了幾次建設獨特型號的嘗試，例如由加利福尼亞科學院在舊金山金門公園（Golden Gate Park）建造的，該模型是1952 - 2003年經營的。科爾科斯兄弟（Korkosz Brothers）為波士頓科學博物館（Boston Science Museum）建造了一個大型投影儀，這是第一個（僅長期以來）天文館投射天王星行星的獨特投影儀。大多數天文館都忽略了天王星，因為肉眼最多可見。
1950年代和60年代的太空競賽提供了極大的推動，當時人們擔心美國可能會錯過空間中新邊界的機會，這激發了一項大規模的計劃，以在美國安裝超過1,200個天文館，以期在1950年代和60年代的太空競賽中提供了極大的推動力。高中。
Armand Spitz認識到，小型廉價的Planetaria有一個可行的市場。他的第一個模型Spitz A旨在從十二面體中投射明星，從而減少了創建地球儀的加工費用。行星不是機械化的，但可以手工移動。幾種模型隨後具有各種升級的功能，直到A3P預計超過一千顆恆星，為緯度變化，日常運動和日曆，月亮（包括階段）和行星的年度運動進行了動力。該模型是在1964年至1980年代的數百所中學，大學甚至小型博物館中安裝的。
日本在1960年代進入了天文館製造業務，Goto和Minolta都成功地銷售了許多不同的型號。當日本教育部將其最小的模型之一，即E-3或E-5（數字涉及日本每個小學的圓頂的指標直徑）時，Goto特別成功。
菲利普·斯特恩（Phillip Stern）擔任紐約市海頓天文館（Hayden Planetarium）的前講師，他的想法是創建一個可以編程的小天文館。他的阿波羅模特於1967年推出了塑料程序板，錄製的演講和電影脫衣舞。斯特恩（Stern）無法為這筆錢付款，成為了長島的一家中型音頻公司ViewLex的主管部門的負責人。為各個年級和公眾創建了大約30個罐頭計劃，而操作員可以創建自己的或直播天文館。 Apollo的購買者可以選擇兩個罐頭表演，並可以購買更多。幾百個賣出了，但在1970年代後期，ViewLex破產了，原因與天文館業務無關。
在1970年代， Omnimax電影系統（現在稱為Imax Dome）被構想在天文館屏幕上。最近，一些天文館將自己重新命名為圓頂劇院，其中包括廣泛的產品，包括廣闊的屏幕或“環繞”電影， Fulldome視頻和Laser展示了將音樂與激光揮舞的圖案相結合的。
馬薩諸塞州的Learning Technologies Inc.在1977年提供了第一個易於便攜式的天文館。PhilipSadler設計了這款專利的系統，該系統投射了明星，許多神話，天體坐標系統以及其他許多來自可移動的圓柱體的星座人物（Viewlex和其他人遵循了自己便攜式版本）。
當德國在1989年重新統一時，兩家蔡司公司也這樣做了，並擴大了其產品，以覆蓋許多不同的圓頂。
計算機化行星
1983年，埃文斯（Evans）和薩瑟蘭（Evans＆Sutherland）安裝了第一個顯示計算機圖形圖形（漢森天文館，鹽湖城）的數字天文館投影儀 - Digistar I投影儀使用矢量圖形系統來展示Starfields和Line Art 。這使操作員的靈活性不僅可以顯示現代夜空，從而從地球上可見，而且從時空和時間上遙遠的位置可見。從Digistar 3開始的天文館投影儀最新一代的投影儀提供了Fulldome視頻技術。這允許投影任何圖像。
技術
圓頂
天文館的大小範圍為3至35 m，可容納1至500人。根據申請，它們可以是永久性的或便攜式的。
- 便攜式充氣圓頂可能會在幾分鐘內膨脹。這樣的圓頂通常用於訪問天文館，例如學校和社區中心。
- 使用玻璃增強塑料（GRP）段固定並安裝在框架上的臨時結構是可能的。由於它們可能需要幾個小時的構造，因此它們更適合於展覽攤位，在那裡圓頂將呆至少幾天。
- 負壓膨脹的圓頂適合在某些半永久性情況下。他們使用風扇從圓頂表面後面提取空氣，從而使大氣壓力將其推到正確的形狀。
- 較小的永久圓頂經常是用玻璃增強塑料製成的。這很便宜，但是，由於投影表面反映了聲音和光線，因此這種類型的圓頂內部的聲學會損害其效用。這樣的堅實圓頂還提出了與大型天文館中的供暖和通風有關的問題，因為空氣無法通過它。
- 使用傳統的建築材料建造了較舊的天文館圓頂，並帶有石膏。該方法相對昂貴，並且與GRP相同的聲學和通風問題。
- 大多數現代圓頂都是由薄鋁製部分建造的，肋骨可提供背後的支撐結構。鋁的使用使用數千個微小的孔輕鬆穿孔圓頂。這樣可以降低聲音回到觀眾的反射率（提供更好的聲學特徵），使聲音系統從後面通過圓頂進行項目（提供的聲音似乎來自與表演有關表面進行氣候控制。
天文館中觀看體驗的現實主義顯著取決於圖像的動態範圍，即黑暗和光線之間的對比度。在任何圓頂投影環境中，這都可能是一個挑戰，因為投影在圓頂的一側的明亮圖像會傾向於將光反射到另一側，“抬起”那裡的黑色水平，因此使整個圖像看起來不太現實。由於傳統的天文館展示主要由黑色背景上的小光點（即，星星）組成，這並不是一個重要的問題，但是隨著數字投影系統開始用明亮的物體填充大部分圓頂（例如），這並不是一個問題（例如，在上下文中的太陽圖像）。因此，現代的天文館圓頂通常不是塗成白色的，而是中間灰色，將反射降低至35-50％。這增加了對比度的感知水平。
圓頂結構的一個主要挑戰是使接縫盡可能不可見。安裝後塗上圓頂是一項主要任務，如果正確完成，則可以使接縫幾乎消失。
傳統上，天文館的圓頂是水平安裝的，與真實夜空的自然視野匹配。但是，由於該配置需要高度傾斜的椅子才能舒適地觀看“筆直”，因此越來越多的圓頂從水平傾斜在5到30度之間，以提供更大的舒適度。傾斜的圓頂傾向於創建一個受歡迎的“最佳點”，以供最佳觀看，大約是最低點上圓頂上的三分之一。傾斜的圓頂通常具有座位佈置的體育場風格的直線排成一排；水平圓頂通常有圓形的座椅，以同心（面向中心）或中心（面向前）陣列排列。
Planetaria偶爾會在手臂剩下的座位上包括按鈕或操縱桿等控件，以允許觀眾反饋實時影響節目。
通常在圓頂的邊緣周圍（“ Cove”）是：
傳統上，天文館需要圓頂灣周圍的許多白熾燈，以幫助觀眾進入和退出，模擬日出和日落，並為圓頂清潔提供工作燈。最近，固態LED照明已成為可用的，可以大大降低功耗並減少維護要求，因為不再需要定期更換燈。
世界上最大的機械天文館位於威斯康星州的Monico。 Kovac天文館。它的直徑為22英尺，重2噸。地球是由木材製成的，由可變的速度電機控制器驅動。這是世界上最大的機械天文館，比芝加哥的Atwood Globe （直徑15英尺）和海頓大小的三分之一大。
現在，一些新的天文館設有一個玻璃地板，這使觀眾可以站在球體的中心附近，這些球體圍繞著各個方向的投影圖像，給人以浮動在外太空的印象。例如，愛沙尼亞塔爾圖（Tartu）的Ahhaa的一個小天文館（Ahhaa）具有這樣的裝置，並在觀眾的腳下以及他們的頭頂上設有特殊的投影儀。
傳統機電/光學投影儀
傳統的天文館投影設備使用一個空心球，裡面有光線，每個恆星的針孔，因此名為“星球”。有了一些最亮的恆星（例如Sirius ， Canopus ， Vega ），孔必須很大才能讓足夠的光線穿過，以至於孔中必須有一個小鏡頭才能將光線聚焦到圓頂上的尖銳點。在後來和現代的天文館星球中，單個明亮的星星通常具有單個投影儀，形狀像小手持式火炬，並為單個明亮的星星提供了聚焦鏡頭。接觸斷路器阻止投影儀投影在“地平線”下方。
通常將星球安裝，因此可以整體旋轉以模擬地球的每日旋轉，並改變地球上的模擬緯度。通常也有一種旋轉的手段來產生春分動力的影響。通常，一個這樣的球附著在其南黃道桿上。在這種情況下，該視圖不能向南走得那麼遠，以至於南部的任何空白區域都投影在圓頂上。一些恆星投影儀在投影儀的另一端有兩個球，例如啞鈴。在這種情況下，所有恆星都可以顯示，並且視圖可以轉到兩極或之間的任何地方。但是必須注意兩個球的投影場匹配它們遇到或重疊的地方。
較小的天文館投影儀包括一組固定的恆星，太陽，月亮和行星以及各種星雲。較大的投影儀還包括彗星和更大的恆星選擇。可以添加其他投影儀，以顯示屏幕外部（帶有城市或鄉村場景）以及銀河系的暮色。其他人則添加坐標線和星座，攝影幻燈片，激光顯示器和其他圖像。
每個星球都被一個濃重的聚光燈投射出來，該聚焦在圓頂上亮相。行星投影儀必須具有齒輪來移動其定位，從而模擬了行星的運動。這些可以是這些類型的： -
- 哥白尼。軸代表太陽。代表每個行星的旋轉碎片都帶有一個必須佈置和引導旋轉的光，因此它總是朝向代表地球的旋轉碎片。這提出了機械問題，包括：
- 托勒密。在這裡，中央軸代表地球。每個行星的光都在一個僅在中央軸上旋轉的座上，並由由遞延和epicycle（或任何天文館製造商稱呼它們）引導的指南。在這裡，必須修改托勒密的數值值，以刪除每日旋轉，而在天文館中，這些旋轉也可以滿足其他方式。 （在一個天文館中，這需要天王星的托勒密型軌道常數，這是托勒密未知的）。
- 計算機控制。在這裡，所有行星燈都在坐騎上，僅在中央軸上旋轉，並由計算機瞄準。
儘管提供了良好的觀眾體驗，但傳統的星球投影儀仍具有幾個固有的局限性。從實際的角度來看，低光級別需要幾分鐘才能使觀眾“變形”其視力。 “星球”的投影在教育方面受到限制，因為它無法超越夜空的地球景觀。最後，在大多數傳統投影儀中，各種覆蓋的投影系統無能為力。這意味著投影在星場頂部的行星圖像（例如）仍將顯示恆星在星球圖像中閃耀，從而降低了觀看體驗的質量。出於相關原因，一些天文館在圓頂下方或地板上的牆壁上投射的恆星在地平線下方，或者（帶有明亮的星星或星球）在觀眾眼中閃閃發光。
但是，使用光纖技術展示恆星的新型光學機械投影儀顯示出對天空的更現實視圖。
數字投影儀
越來越多的天文館正在使用數字技術來代替傳統上使用星球圍繞的整個相互連接的投影儀系統來解決其某些局限性的系統。與傳統的“星球”相比，數字天文館製造商聲稱，與傳統的“星球”相比，這些系統的維護成本降低，並提高了這些系統的可靠性，因為他們使用了很少的運動部件，並且通常不需要在幾個單獨的系統之間跨圓頂的運動同步。一些天文館在同一圓頂上混合了傳統的光機械投影和數字技術。
在完全數字的天文館中，圓頂圖像是由計算機生成的，然後使用多種技術投影到圓頂上，包括陰極射線管， LCD ， DLP或激光投影儀。有時，使用魚眼鏡頭的圓頂鏡頭靠近的單個投影儀將光線散佈在整個圓頂表面上，而在其他配置中，圓頂上的幾個投影儀都安排了無縫混合在一起。
數字投影系統都是通過創建夜空形像作為大量像素的圖像來工作的。一般而言，系統可以顯示的像素越多，觀看體驗就越好。儘管第一代數字投影儀無法產生足夠的像素來匹配最佳傳統“星球”投影儀的圖像質量，但高端系統現在提供了一種分辨率，可以接近人類視力的極限。
LCD投影儀對投射真正黑色和光線的能力具有根本的限制，這往往會限制其在Planetaria中的使用。 LCO和改良的LCO投影儀在LCD對比度上有所改善，同時也消除了LCD像素之間小差距的“篩選門”效應。 “深色芯片” DLP投影儀可以改善標準DLP設計，並且可以提供相對便宜的解決方案，但黑色級別需要對投影儀進行物理困擾。隨著技術的成熟和價格降低，激光投影對於圓頂投影來說看起來很有希望，因為它提供了明亮的圖像，大型動態範圍和寬闊的色彩空間。
展示內容
在全球範圍內，大多數天文館為公眾提供表演。傳統上，為這些觀眾展示的主題，例如“今晚的天空？”，還是在諸如宗教節日（通常是與夜空相關的聖誕節之星）之類的話題問題上進行的表演，很受歡迎。現場演講者或主持人可以回答觀眾提出的問題，因此現場格式受到許多場所的喜好。
自1990年代初以來，全面特色的3D數字天文館為演示者增添了額外的自由度和。這種穿越宇宙的新的虛擬現實能力可提供重要的教育益處太陽系及以後的佈局。例如，一個天文館現在可以將觀眾“飛向獵戶座”等熟悉的星座，揭示了從地球界的觀點中構成協調形狀的星星與地球和地球和地球和地球的距離截然不同因此，除了人類的想像力和神話外，沒有聯繫。對於特別是視覺或空間意識的人，這種經歷在教育上比其他示威遊行更有益處。