Перш ніж Texas Instruments створила калькулятор зі світлодіодним дисплеєм і задовго до того, як ви могли провести лінійкою по столу, існував пристрій, що виконував основну роботу з навігації та визначення часу в давнину. Це не був комп’ютер у кремнієвому значенні. То була астролябія. Назва походить від грецького astrolabos, що означає «беручий зірки».
Ці латунні інструменти були середньовічними логарифмічними лінійками. Філософи, астрологи та моряки знаходили для них сотні застосувань. Вони виміряли висоту небесних тіл. Вони відстежували час. Вони орієнтували мандрівників у темряві. Сьогодні цифрові екрани та GPS зробили їх марними для практичного використання. Тим не менш, вони, як і раніше, захоплюють любителів технологій та істориків науки. Учителі використовують репліки, щоб пояснити концепцію небесної сфери. Вони допомагають студентам розраховувати сходи та заходи Сонця та Місяця, а також ретроградний рух планет.
У XIV столітті Джеффрі Чосер написав докладний трактат про механіку астролябій. Майже через 620 років Том Вуджек, стипендіат Autodesk, продемонстрував працюючу репліку на сцені TEDGlobal. Що це за пристрій, що охоплює такий великий часовий проміжок? Як воно перетворилося з грецької геометричної концепції на інструмент середньовічних моряків? Ми розглянемо зліт та падіння астролябії.
Проблема проекції
Задовго до появи механічного годинника люди дивилися вгору, щоб виміряти своє існування. Вони спостерігали обертання Землі. Вони відстежували дугу Сонця. Вони відзначали фази Місяця. Ці цикли визначали дні, місяці та роки. Зірки були випадковим шумом. Вони були згруповані у сузір’я, щоб накласти лад на хаос.
Науковці винайшли «небесну сферу», щоб осмислити небо. Це була уявна сфера, що оточувала Землю. Вона мала північний і південний полюси. У неї був екватор. Вона використовувала координати, аналогічні широті та довготі. Для людини, що стоїть на Землі, зірки здавалися закріпленими на внутрішній стороні цієї сфери. Сонце, Місяць та планети рухалися інакше. Вони переміщалися круговою траєкторією, званої екліптикою.
Це створювало геометричну проблему. Як спроектувати тривимірну сферу на плоску двовимірну поверхню?
Гіппарх, що народився в Нікеї в 180 році до н.е., зіткнувся з цим завданням. Він вів ретельні записи про 850 зірок. Його дані призвели до відкриття прецесії – коливання Землі навколо своєї осі. Він також розробив унікальний спосіб картографування положень зірок. Він уявляв собі перпендикулярну лінію, що опускається від кожної зірки на площину, вирівняну з екватором Землі. Ця карта зберігала кутові співвідношення між зірками. Можливо, це перший приклад стереографічної проекції.
Від Греції до ісламського світу
Клавдій Птолемей розвинув роботу Гіппарха. Він написав “Альмагест”. У 150 році н. він опублікував “Планісферу”. Ця книга описувала математичні методи, необхідні проектування точок на небесну сферу. По суті, це був посібник зі створення астролябії. Немає свідчень того, що Птолемей фактично зібрав одну. Проте він спроектував армілярну сферу. Цей складний пристрій був прямим попередником астролябії.
Перший авторитетний опис сучасної астролябії з’явився у Теона Олександрійського в 390 н.е. Мабуть, сам Теон не збирав пристрій. Історики вважають, що він надав повне креслення. Це креслення вирушило на схід. Він досяг середньовічного ісламського світу.
Ісламські астрономи одразу визнали цінність інструменту. Вони почали його виготовляти. Вони писали власні посібники. Перші посібники з астролябій арабською мовою з’явилися у VIII столітті. До XI століття ці пристрої потрапили до мусульманської Іспанії. Звідти вони перейшли до християнської Європи. Вони допомагали астрономам. Вони допомагали поетам, таким як Чосер. Вони надавали стабільності нічному небу. Вони залишалися незамінними протягом усього Середньовіччя. Зрештою їх витіснили спеціалізовані технології, такі як телескопи, секстанти та маятникові годинники.
Планисферичні та морські типи
Якби ви повернулися до стародавнього світу, ви зіткнулися б із двома основними типами астролябій. Перший – планисферична астролябія. Вона допомагала астрономам обчислювати положення небесних тіл. Усі ранні астролябії були саме такого виду.
Мореплавці пізніше зрозуміли, що ці інструменти можуть допомогти у навігації. До XV століття з’явилися морські астролябії. Вони були спрощеними версіями планісферичних моделей. Їхньою основною функцією було визначення широти. Користувачі вимірювали висоту Сонця чи зірки. Пристрій складався з двох основних частин: градуйованого кола та альidadе (альхіди). Альхіди були прицільним пристроєм або покажчиком вимірювання кутів.
Планисферичні астролябії були складнішими. Вони також були специфічними. Їхня робота повністю залежала від конкретної широти користувача. Планісферична пластина, відкалібрована для Лондона, не працювала б у Каїрі. Ця індивідуалізація робила їх сильними, але складними у виробництві.
Анатомія інструменту
Щоб зрозуміти астролябію, потрібно зрозуміти її частини. Це не просто плаский диск. Це багатошарова система проекцій.
Основне тіло називається матером. Усередині нього знаходиться пластина, яка є специфічною для певної широти. Над пластиною знаходиться ретей, карта зірок із покажчиками для основних зірок. Обертається компонент, званий правилом (rule), прикріплений до задньої сторони. Він функціонує як прицільний інструмент.
Кожен компонент служить своїй меті. Пластина відображає небо для конкретного розташування. Ретей відстежує рух зірок та Сонця. Правило дозволяє виконувати кутові виміри.
«Астролябії були середньовічними логарифмічними лінійками».
Це порівняння виправдане. Подібно до того, як логарифмічна лінійка дозволяє виконувати складні множення та поділ за допомогою фізичного вирівнювання, астролябія дозволяє виконувати складні астрономічні обчислення за допомогою механічної проекції. Вона переводить небо в формат, що читається.
Чому це має значення зараз? Тому що астролябія є зрушенням у людському мисленні. Вона перевела нас від спостереження за небом до його моделювання. Вона перетворила хаос на дані. Вона дозволила нам пророкувати, а не просто свідчити.
Ми бачимо відлуння цього у сучасному програмному забезпеченні. Ми проектуємо тривимірні реальності на двовимірні екрани. Ми використовуємо алгоритми відстеження положень. Астролябія була оригінальним інтерфейсом для космосу.
Пристрій вийшов із вживання не тому, що він перестав працювати. Воно вийшло з використання, тому що інші інструменти стали більш ефективними. Телескопи запропонували збільшення. Секстанти запропонували точність. Маятниковий годинник запропонував постійність.
Але астролябія залишається свідченням людської винахідливості. Вона показує, як ми прагнули накласти лад на всесвіт. Ми створювали інструменти, щоб виміряти те, чого не могли торкнутися. Ми проектували нескінченне до кінцевого.
Наступного разу, коли ви подивіться на зірки, пам’ятайте, що хтось колись наніс на карту все небо на одному шматку латуні. Їм не потрібні були супутники. Їм не потрібний був код. Їм потрібна була геометрія. І багато терпіння.
Куди ми йдемо далі? Астролябії більше нема. Але прагнення картографувати невідоме залишається. Ми просто використовуємо інші інструменти.
Анатомія матера
Почніть із низу. Матер — це мати приладу. Це латунний диск діаметром близько 15 сантиметрів і завтовшки чверть дюйма. У центрі він видовбаний і служить для встановлення змінних пластин.
Над матерем знаходиться Лімб. Це зовнішнє кільце. На ньому нанесені дві шкали: внутрішня – для годинника, зовнішня – для градусів від 0 до 360. У верхній частині знаходиться трон з кільцем, що позначає опівдні. Протягніть через нього мотузку. Дозвольте астролябії висіти вертикально. Гравітація сама вирівняє прилад.
Плити та позиціонування
Не можна просто підняти очі та ворожити. Широта змінює все. Небо над екватором не схоже на небо над Лондоном. Тому кожну плиту вирізано для конкретної широти.
На цих плитах вигравірувано кола постійної висоти — алькуантар. Горизонт – найбільший із них. Потім йдуть азимути, які перетинають їх під прямим кутом. Меридіан – найважливіший із них. Якщо ви не в тому місці і використовуєте не ту плиту, математика дасть збій.
Скелетний ретe
Рете знаходиться зверху. Воно виглядає як металева сітка. Стародавні майстри вирізали великі шматки латуні, щоб зробити його прозорим. Сьогодні можна купити пластикові аналоги для того ж таки ефекту.
Рете обертається довкола центрального штифта – північного небесного полюса. На ріті відзначені конкретні зірки та сузір’я. Воно демонструє щоденне обертання небесної сфери. По краю ви знайдете шкалу для годинника та іншу — для днів року. Повертайте його, щоб поєднати з небом.
Правило та зворотний бік
Деякі моделі мають правило. Це стрілка, схожа на вартову. Вона охоплює відмінювання від -30 до +70 градусів. Штифт утримує центр, дозволяючи ріті та правилу вільно обертатися над нерухомою пластиною.
Переверніть пристрій. Зворотний бік — це калькулятор. На кожній астролябії є шкали для кутів та довготи Сонця. Багато включають тригонометричні таблиці. Також є алідада. Це прицільний пристрій. Воно вимірює висоту небесних об’єктів.
Вимірювання висоти без GPS
Абд ар-Рахман ас-Суфі стверджував, що в X столітті цей пристрій мав 1000 застосувань. Можливо, він трохи перебільшував. Але досвідчений користувач міг вирішувати складні завдання. Можна було визначити добу. Обчислити рік. Визначити широту. Або просто виміряти наскільки високо гірська вершина піднімається над горизонтом.
Ось як виміряти цю висоту:
- Прив’яжіть мотузку до кільця вгорі.
- Повісьте астролябію вертикально.
- Поверніть її так, щоб край вказував на вашу мету.
- Поверніть алідаду на звороті. Поєднайте об’єкт між двома візирними планками.
Попередження: Не дивіться прямо на сонце. Відрегулюйте алідаду так, щоб тінь від верхньої планки падала точно на нижню.
Прочитайте число на зовнішньому обід. Це ваша висота у градусах. Просто.
Розрахунок часу заходу сонця
Бажаєте дізнатися, коли закінчиться день? Астролябія підкаже.
Спочатку знайдіть положення Сонця на цю дату. Використовуйте алідаду на звороті. Наведіть диск на дату календарної шкали. Прочитайте відповідне значення на шкалі зодіаку.
Перейдіть на передню сторону. Поверніть реті. Перемістіть позначку зодіаку так, щоб вона торкнулася лінії західного горизонту праворуч.
Тепер поверніть правило. Поєднайте його з тим же значенням зодіаку.
Подивіться на шкалу часу на лімбі. Правило вказує на місцеве сонячне час. Саме в цей час Сонце опускається нижче за горизонт.
Це механічна точність. Без батарейок. Без супутників. Тільки геометрія та латунь. А потім ще й питання простого зчитування часу.
Пошук часу за допомогою астролябії
Втратили смартфон? Нічого не страшного. Дістаньте свою астролябію.
Це не просто грузик для паперу. Це аналоговий комп’ютер для неба. Вам не потрібний GPS. Вам потрібні сонце чи зірка. Вдень ви відстежуєте висоту сонця. Вночі вибираєте видиму зірку. Розберемо розрахунок для нічного часу.
Спершу переведіть сьогоднішню дату в зодіакальну дату. Ви робили це у попередній вправі. Поверніть алідаду на дату у шкалі календаря. Вважайте відповідне значення на зодіакальному кільці.
Далі виберіть зірку-орієнтир. Стародавні астрономи знали своє небо. Їм не потрібна була мапа зоряного неба. Підходить Прокон. Це восьма за яскравістю зірка. Вона очолює сузір’я Малого Пса. Вона є майже на кожній астролябії. Використовуйте її.
Знайдіть висоту Прокон. Виконуйте кроки з першої вправи.
Переверніть астролябію. Знайдіть Прокон на rete (зірковій пластині).
Поверніть rete. Перемістіть зірку так, щоб вона торкалася лінії висоти, яку ви вирахували на кроці три.
Тепер знайдіть час. Поверніть правило (лінійку). Зробіть так, щоб воно стосувалося конкретного зодіакального значення кроку один. Подивіться на зовнішній обід. Там вказано час.
В Оксфордському музеї історії науки є інтерактивне демо цього процесу. Воно використовує репліку. Воно показує розмітку протягом дій. Це працює.
Отримання власної астролябії
У вас, мабуть, є телескоп. Додайте астролябію на полицю.
Ви можете придбати готові прилади. eBay продає антикваріат. Вироби до XX століття коштують цілий стан. Не робіть цього, якщо ви багаті.
Репліки краще. Вони виглядають автентично. Вони коштують дешевше. Ви можете знайти плоскі астролябії та інші варіанти в Інтернеті.
Сучасні матеріали перевершують латунь та олово. Компанія Janus, що базується в Делавері, поєднує старе та нове. Вони виробляють популярні ресурси для астролябій.
Або зробіть усе своїми руками. Побудуйте прилад із нуля.
Почніть з трактату A Treatise on the Astrolabe. Це перший посібник англійською мовою. Джеймс Е. Моррісон володіє компанією Janus і The Personal Astrolabe. Він переклав середньоанглійський текст Чосера на зрозумілу сучасну англійську. PDF-версія перекладу доступна. Прочитайте її.
Створення власної астролябії
Бажаєте побудувати цю штуку?
Використовуйте готові шаблони. Джеймс Еванс написав книгу “The History and Practice of Ancient Astronomy”. Видавництво Оксфордського університету опублікувало її у 1998 році. Еванс надає повні шаблони.
Зробіть ксерокопії шаблонів. Папір підійде. Ацетат підійде до rete. Наклейте їх на картон. Виріжте їх. Пробийте отвір у центрі. Скріпіть болтом та гайкою.
Еванс включає шаблони для Сіетла та Лос-Анджелеса. Дві пластини для висоти. Ви можете знайти інші у його книзі.
Інститут астрономії Гавайського університету пропонує інший шлях. Вони мають практичне заняття. На веб-сайті є програма. Вона розраховує шаблони для будь-якого розташування.
Введіть місце розташування. Програма створює файли. Збережіть їх. Роздрукуйте.
Покупний чи зроблений своїми руками. Результат однаковий. Ви тримаєте в руках версію першого аналогового комп’ютера у світі. Ви краще зрозумієте нічне небо. Ви відчуєте зв’язок із давньою астрономією.
Часті питання про астролябіях
Для чого використовуються астролябії?
Прості пристрої. Потужні результати. Спостереження. Аналогові обчислення. Визначення часу. Вони вимірюють висоти небесних тіл. Ви визначаєте положення сонця. Ви знаходите інші небесні тіла.
Чи використовуються астролябії сьогодні?
Стародавні технології. Замінено комп’ютерами. Але вони не мертві. Вони застосовуються вивчення стародавньої астрономії. Століття тому вони були високотехнологічними. Вони допомагали навігаторам розраховувати відстані над горизонтом.
У чому різниця між секстантом та астролябією?
Секстанти з’явилися раніше за астролябій. Секстант обчислює кут між горизонтом та небесними тілами. Зірки. Сонце. Місяць. Астролябії обчислюють відстані між цими тілами.
Хто винайшов астролябію і коли?
Вони існували до 220 року до н. Або раніше. Аполлоній Пергський вважається винахідником. Він жив у період еллінізму. Він був математиком.
Чому астролябії важливі для мусульман?
Духовне значення. Світове використання. Вони знаходять напрямок на Мекку. Це Кібла. Це допомагає у молитві. Справжній напрямок має значення.
Математика за магією
Можливо, ви запитуєте, як ми знаємо, що ці стародавні інструменти дійсно працювали. Відповідь криється у величезному обсязі історичних даних та сучасних перевірок. Ми не просто ворожите. Такі вчені, як Майкл А. Б. Декін, глибоко досліджували конкретну математику, яку використовували такі постаті, як Гіпатія. Її робота, опублікована в “American Mathematical Monthly”, показує, що логіка, що лежить в основі, була надійною. Це не було ворожінням. Це була сувора геометрія.
«Астролябія – це інструмент з минулим та майбутнім».
Це не просто ностальгія. Пристрій пов’язує стародавнє споглядання піднебіння із сучасними методами вирішення завдань. У книзі Джеймса Еванса “Історія та практика древньої астрономії” викладено практичні кроки. Він пояснює, як астрономи використовували ці інструменти для відстеження небесних тіл із дивовижною точністю. Можна було обчислювати час, час для молитви і навіть положення Сонця. То був портативний комп’ютер. До появи кремнію. До появи коду.
Чому це все ще важливо сьогодні
Люди запитують, чи можна побачити кривизну Землі із космосу. Звісно. Але саме тому астролябія не має значення. Вона важлива, бо вирішувала людські проблеми. Наприклад, визначення часу, коли Сонце високо. Або з’ясування того, коли сіяти врожай. Інститут астрономії Гавайського університету зазначає, що ці пристрої були потрібні для навігації. Мореплавці використовували їх, щоб шукати шлях через океани. Без точних зіркових карт ви просто дрейфуєте.
Чосер сам писав про це. Його трактат про астролябію призначався як для вчених. Це був посібник для практичного використання. Ви можете прочитати його слова в Інтернеті. Вони зрозумілі. Прямі. Він пояснює, як використовувати правило визначення висоти Сонця. Це покрокове керівництво. З 14 століття. Досі актуально.
Як астрономи вимірюють відстань
Ви, мабуть, бачили статті, які запитують, як астрономи вимірюють відстань до зірки. Астролябія не робить цього безпосередньо. Але вона допомагає зрозуміти геометрію піднебіння. Як тільки ви дізнаєтеся кут зірки над горизонтом, ви можете розпочати тріангуляцію. Це є базова тригонометрія. Еванс докладно описує цей процес. Він показує, як стародавні астрономи картували небеса. Вони не мали супутників. У них були латунні пластини та терпіння.
Музей історії науки в Оксфорді має експонати, які показують, як саме визначити час за допомогою одного з них. Ви вирівнюєте ретей із положенням Сонця. Ви читаєте час на звороті. Просто. Елегантний. Без батарейок. Без Wi-Fi. Тільки латунь та математика.
Астролябія: минуле та майбутнє
Сайт Janus, присвячений астролябії, стверджує, що має майбутнє. Чи не як основний інструмент. Але як навчальний посібник. Це змушує вас думати про кути. Про координати. Про рух Землі. Том Вуджек продемонстрував це на TEDGlobal у 2009 році. Він використав астролябію 13 століття, щоб показати, як складні проблеми можна розбити на частини. Візуалізувати. Вирішити. Це фізичний інтерфейс абстрактних концепцій.
Starry Messenger із Кембриджу пропонує віртуальний тур. Ви можете побачити верстви західної астролябії. Матер. Пластини. Ретей. Кожна деталь має призначення. Ви вчитеся, дивлячись. Роблячи. Це історія, яку можна помацати руками.
Яка астролябія найкраще підходить для новачків?
Якщо ви хочете спробувати це, не
