Астролябия - компьютер Средневековья

В половине двенадцатого с северо-запада, со стороны деревни Чмаровки, в Старгород вошел
молодой человек лет двадцати восьми. В руке молодой человек держал астролябию:
- Кому астролябия? Дешево продается астролябия! Для делегаций и женотделов скидка.
К обеду астролябия была продана слесарю за три рубля.
- Сама меряет, - сказал молодой человек, передавая астролябию покупателю, - было бы что мерить.

И.Ильф, Е.Петров. "Двенадцать стульев"

Прежде чем написать эту статью, автор провел небольшой опрос среди астрономов Томска и Москвы. Смысла задавать вопрос "Что такое астролябия" непосвященной публике, не было, все равно, никто бы ничего не сказал. Но и астрономы не смогли блеснуть своими знаниями при ответе на этот вопрос. Максимум, что удалось услышать автору, это несколько фраз из Большой Советской Энциклопедии: "Астролябия - прибор для измерения высот небесных светил и углов на местности". Это знали и некоторые из любителей астрономии. Кое-кто смог вспомнить строки из "Двенадцати стульев" Ильфа и Петрова, приведенные в эпиграфе. Совсем негусто по сравнению с огромным количеством функций, выполняемых с помощью классической астролябии.

Более точное название прибора, о котором пойдет речь в этой статье - планисферная астролябия. Существовали еще несколько типов астролябий - линейная, сферическая, морская, универсальная. Первые два из этих типов встречались редко, морская астролябия была просто-напросто сильно упрощенным вариантом классического инструмента, а об универсальной речь пойдет в конце статьи. Близко к семейству астролябий располагаются квадранты, которые выполняли схожие функции, но имели меньшую точность.

О некоторых задачах, решаемых с помощью этого уникального инструмента, можно получить представление, если упомянуть современных представителей астролябии. Во-первых, это подвижная карта звездного неба - хотя и сильно упрощенный, но знакомый многим любителям астрономии атрибут, который является прямым наследником челнообразной астролябии ас-Сиджизи, описанной аль-Бируни в ХI веке. Карта выполняет некоторые из функций астролябии: определение видимости звезд в разное время суток, определение моментов восхода и захода светил, их кульминации. Если накладной круг карты прозрачный и на нем нанесена сетка альмукантаратов (линий равных азимутов) и круги равных высот, то становится доступной еще одна операция астролябии - преобразование экваториальных координат звезд (прямое восхождение и склонение) в горизонтальную систему координат (азимут и высота). Правда, астролябия обеспечивала точность около одного градуса, а иногда и выше, тогда как обычная карта не даст и пяти градусов.

Другими, правда ныне тоже вышедшими из употребления атрибутами астронома-любителя, являются сетка Вульфа и сетка Каврайского. Астрономы старшего поколения помнят эти сетки, которые прикладывались к справочникам (в частности, к "Справочнику астронома-любителя" Куликовского и Постоянной части астрономического календаря) в те времена, когда еще не было не то что компьютеров, но и калькуляторов. Такие сетки позволяли производить преобразование сферических координат с точностью около одного градуса, т.е. сравнимой с точностью астролябии.

Для полноты картины упомяну еще морской секстант, который применяется в мореплавании до сих пор. Это инструмент, сохранивший всего одну функцию астролябии - способность измерять вертикальные углы.

Теперь, когда читателю стали понятны некоторые функции астролябии, скажу, что на самом деле их было во много раз больше, а точного числа не скажет никто, поскольку разные типы астролябий могли выполнять различные виды работ. Еще в Х веке арабский ученый ас-Суфи написал подробный трактат, состоящий из 386 глав, в которых он перечислил 1000 способов применения астролябии. Возможно, он слегка преувеличил, но, я думаю, не намного. Укажу лишь некоторые основные задачи, решаемые с помощью астролябии (в порядке их важности): 

• определение времени суток по наблюдениям высот Солнца или звезд;
• определение "Асцендента" и "Середины неба", т.е. восходящего градуса эклиптики и меридиана, для составления гороскопа;
• определение азимута небесного светила (звезды или Солнца) (в основном для вычисления направления на Мекку);
• определение звездного времени;
• определение моментов восхода и захода Солнца, т.е. начала и окончания дня, а также моментов восхода звезд, а если имелись эфемериды, то и планет;
• определение широты местности с помощью измерения высоты Солнца в полдень или высот звезд в кульминации (не уверен, что это делалось часто, поскольку применение астролябии для этой цели напоминает стрельбу из пушки по воробьям);
• чисто земные задачи, типа измерения глубины колодца или высоты земного предмета;
• преобразование между тремя системами координат - экваториальными (прямое восхождение и склонение), эклиптическими (долгота, широта) и горизонтальными (азимут, высота); конкретно для этой цели удобна универсальная астролябия, речь о которой пойдет ниже.

Чтобы оценить значение этого инструмента, существовавшего ни много, ни мало с VIII по XVIII век - целое тысячелетие, совершим небольшой исторический экскурс. Предполагается, что астролябия была известна классику астрономии Клавдию Птолемею во II веке нашей эры, а теоретическую основу для ее изготовления - стереографическую проекцию - описал в III веке до нашей эры греческий ученый Аполлоний. Впрочем, это известно лишь предположительно, зато точно установлено, что в VIII веке нашей эры астролябия уже приняла свой классический вид и вместе с переводами греческих работ начала свое триумфальное шествие по арабскому миру. Известно, что первым арабским конструктором этого инструмента был ал-Фазари, работавший при дворе халифа аль-Мансура в Багдаде (754-775).

Знаменитый арабский астроном аль-Бируни (973-1048) посвятил астролябиям пять своих сочинений - об их конструировании, о проектировании небесной сферы на плоскость, об использовании инструмента. В арабском мире астролябия была особенно ценна из-за того, что помогала определить время мусульманских молитв, а также задавала направление для молитвы - на Мекку. Арабские астролябии были очень сложными и чаще всего представляли из себя настоящие произведения искусства. Указатели звезд выглядели не просто штырьками, а спиралями и завитками в форме листьев. По окружности инструмент инкрустировался драгоценными камнями и иногда отделывался золотом и серебром. А все потому, что зачастую с астролябией пред грозными очами какого-нибудь визиря или шаха выступал придворный звездочет. Прекрасный инструмент придавал вес предсказаниям астролога, а от этого зависела не только судьба самого предсказателя, но и развитие астрономии, чаще называемой тогда просто наукой о звездах.

Легендой стал случай, якобы произошедший с Бируни. Однажды коварный правитель решил разделаться с неугодным ученым и потребовал от него ответа на вопрос: "Из какой двери - северной или южной он выйдет из зала?" Проделав ряд манипуляций с астролябией, находчивый Бируни ответил, что будет прорублена новая дверь, ответ оказался верным. Но чаще всего правители были щедры к своим придворным астрологам, выделяя деньги на постройки обсерваторий, на создание всевозможных зиджей - таблиц эфемерид. Все это вело хоть и к небольшому, но все же прогрессу астрономии.

Во времена расцвета арабского мира время днем измерялось с помощью солнечных часов, а ночью - водяных или песочных. Астролябия позволяла производить сверку этих часов. Для этого необходимо было днем отнаблюдать высоту Солнца, а ночью - одну из ярких звезд, нанесенных на "пауке" астролябии. Интересное устройство на основе все той же астролябии, которое можно назвать прототипом механических часов, было разработано Бируни. Инструмент имел двойной корпус, внутри которого были закреплены шестерни. Если вращать с определенной скоростью внешний диск, в окошечке можно было наблюдать смену лунных фаз и некоторые другие временные характеристики. В то время не было надежного механического привода, поэтому устройство было реализовано только в средневековой Европе, когда были изобретены гиревой и пружинный приводы. А первые механические часы, часто устанавливаемые на башнях кафедральных соборов в Европе, долгое время делались в виде астролябий.

Вместе с арабскими завоевателями астролябия прошла через Северную Африку и оказалась в Испании, где мусульманская культура смешалась с христианством. Сам арабский мир не создал никаких принципиально новых теорий, но большой его заслугой является то, что он сохранил знания древних греков и передал их в Европу. Вместе с трактатами об астролябиях Европа познакомилась с арабскими названиями звезд и другими научными терминами (алгебра, альмукантарат, азимут, зенит и т.д.), которые существуют и поныне. "Паук" астролябии нес на себе несколько десятков самых ярких звезд (до 50), вместе с ним пришли к нам и арабские имена звезд. Даже греческий трактат Клавдия Птолемея дошел до Европы и получил известность с арабским названием "Альмагест" (кстати, в 1998 г. он впервые издан на русском языке). Первая европейская работа об астролябии была написана Гербертом в 985 г., ставшим затем на рубеже тысячелетий римским папой Сильвестром II. Но еще несколько столетий в ходу были арабские рукописи, переведенные на латынь.

Латунная астролябия Арсениуса (около 1550 года). Диаметр 157 мм, вес - 800 г. Паук имеет указатели 37-ми звезд.
Три тимпана для широт 39, 42, 45, 48, 51 и 54°. Линии альмукантаратов (равных высот) выгравированы через 3°,
азимутов - через 10°. На обороте дана сетка Арзахеля универсальной астролябии через 2.5° и отметки 25-ти звезд.
Обратите внимание на ковш Большой Медведицы выше центра. Таким образом, это гибрид арабской классики и
европейского "модерна".

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV-XVI столетиях, она была одним из основных инструментальных средств астрономического образования. Знание астрономии считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа и знаком соответствующей образованности. Классические европейские астролябии выпускались в Германии, где было налажено их поточное производство. В мастерской Гартмана в Нюрнберге, например, в технологическом процессе были задействованы несколько мастеров. Некоторые из этих приборов дошли до России. Так в музее Ломоносова в С.-Петербурге хранится астролябия, с которой, возможно, работал знаменитый Кеплер, будучи на службе в качестве астролога у известного германского военачальника периода Тридцатилетней войны Альбрехта Валленштейна.

Морская астролябия на марке Кокосовых островов

Наиболее ранние сведения об использовании астролябии в России относятся к 1638 г. Известно, что Алексей Романчиков был послом в Персии, умел определять широты с помощью астролябии и, возможно, является автором русской карты Каспийского моря. Царь Петр I уже в 16-летнем возрасте овладел измерениями с помощью астролябии, которую ему привез из Франции Я.Ф. Долгоруков в 1688 г. Он научился определять широту местности по высоте Солнца в полдень, о чем сохранилась его собственноручная запись. Для решения такой простейшей задачи достаточно было иметь морскую астролябию, состоящую всего из двух деталей - градуированного круга и визира. Другие функции астролябии к этому времени стали уже не нужны: астрология пришла в упадок, вычисления стали производить с помощью таблиц, а маятниковые часы оказались более точными. Для наблюдений же были изобретены специализированные устройства, в том числе и телескопы.

Обе стороны инструмента были до предела насыщены информацией. По периметру лицевой стороны шла календарная шкала (как и у современной подвижной карты звездного неба). Зодиакальная шкала, расположенная вдоль календарной, связывала даты с положением Солнца на эклиптике. Причем, для учета неравномерности годового движения Солнца центры этих двух шкал были немного смещены один относительно другого. На обратной стороне астролябии наносились таблицы и шкалы в зависимости от того, где и когда был изготовлен прибор. Так называемый "квадрат теней" служил для решения тригонометрических задач, часто имелась таблица для преобразования неравных (планетных) часов в равные. Арабские астролябии имели шкалу котангенсов для определения времени молитв, а также шкалы для определения направления на Мекку.

Иначе выглядела универсальная астролябия, изобретенная еще в ХI веке арабским ученым аз-Заркали (Арзахелем), уроженцем Кордовы, но вошедшая в употребление только в XVI веке под названием сафия Арзахеля. Универсальной она называлась из-за того, что могла применяться на любой широте, став от этого более сложной в использовании. Чтобы понимать принципы ее действия, необходимо было обладать большей долей пространственного воображения, хотя сами вычисления могли выполняться чисто механически. Бледными представителями именно такой астролябии являются сетки Вульфа и Каврайского, о которых я уже упоминал.

Надеюсь, эта статья напомнит любителям астрономии о длительном пути, который проделала наша любимая наука. И, вспоминая имена великих астрономов прошлого, мы будем лучше представлять себе с помощью каких инструментов они наблюдали те же самые звезды, что и мы.

Рейтинг публикации:

0

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: