Než společnost Texas Instruments vytvořila kalkulačku s LED displejem a dávno předtím, než jste mohli přetáhnout pravítko po stole, existovalo zařízení, které v dávných dobách vykonávalo základní práci – navigaci a určování času. Nebyl to počítač v křemíkovém smyslu. Byl to astroláb. Název pochází z řeckého astrolabos, což znamená „beroucí hvězdy“.
Tyto žesťové nástroje byly středověká logaritmická pravítka. Filosofové, astrologové a námořníci pro ně našli stovky využití. Měřili výšky nebeských těles. Sledovali čas. Prováděli cestující ve tmě. Digitální obrazovky a GPS je dnes učinily pro praktické použití nepoužitelnými. Nadále však fascinují technologické nadšence a historiky vědy. Učitelé pomocí narážek vysvětlují pojem nebeská sféra. Pomáhají studentům vypočítat východ a západ Slunce a Měsíce a také retrográdní pohyb planet.
Geoffrey Chaucer napsal ve 14. století podrobné pojednání o mechanice astrolábů. Téměř o 620 let později předvedl Tom Wujek, člen Autodesku, fungující repliku na pódiu na TEDGlobal. Co je to za zařízení, které pokrývá tak rozsáhlé časové období? Jak se vyvinul z řeckého geometrického konceptu k nástroji středověkých námořníků? Podíváme se na vzestup a pád astrolábu.
Problém s projekcí
Dávno před mechanickými hodinkami lidé vzhlíželi k měření jejich existence. Pozorovali rotaci Země. Sledovali oblouk Slunce. Označili fáze měsíce. Tyto cykly určovaly dny, měsíce a roky. Hvězdy nebyly náhodný šum. Byli seskupeni do souhvězdí, aby vnutili řád chaosu.
Vědci vynalezli „nebeskou sféru“, aby dali smysl obloze. Byla to imaginární koule obklopující Zemi. Měl severní a jižní pól. Měla rovník. Používala souřadnice podobné zeměpisné šířce a délce. Pro člověka stojícího na Zemi se zdálo, že hvězdy jsou upevněny uvnitř této koule. Slunce, měsíc a planety se pohybovaly odlišně. Pohybovali se po kruhové dráze zvané ekliptika.
Vznikl tak geometrický problém. Jak promítnout trojrozměrnou kouli na plochý dvourozměrný povrch?
Hipparchos, narozený v Nicaea v roce 180 př. n. l., čelil právě tomuto problému. Vedl pečlivé záznamy o 850 hvězdách. Jeho data vedla k objevu precese – kolísání Země kolem své osy. Vyvinul také unikátní způsob mapování pozic hvězd. Představoval si kolmou linii sestupující od každé hvězdy do roviny zarovnané se zemským rovníkem. Tato mapa zachovala úhlové vztahy mezi hvězdami. Toto může být první příklad stereografické projekce.
Z Řecka do islámského světa
Claudius Ptolemaios rozvinul dílo Hipparchovo. Napsal „Almagest“. V roce 150 n.l. vydal Planisphere. Tato kniha popisuje matematické metody potřebné k projekci bodů na nebeskou sféru. V podstatě to byl návod k vytvoření astrolábů. Neexistuje žádný důkaz, že by Ptolemaios skutečně jeden shromáždil. Navrhl však armilární sféru. Toto složité zařízení bylo přímým předchůdcem astrolábů.
První autoritativní popis moderního astrolábu objevil Theon Alexandrijský v roce 390 našeho letopočtu. Je pravděpodobné, že Theon sám zařízení nesestavil. Historici se domnívají, že poskytl kompletní kresbu. Tato kresba šla na východ. Dostal se do středověkého islámského světa.
Islámští astronomové okamžitě rozpoznali hodnotu přístroje. Začali to vyrábět. Psali si vlastní manuály. První příručky o astrolábech v arabštině se objevily v 8. století. V 11. století se tato zařízení dostala do muslimského Španělska. Odtud se přesunuli do křesťanské Evropy. Pomáhali astronomům. Pomáhali básníkům jako Chaucer. Poskytovaly stabilitu noční obloze. Zůstali nepostradatelní po celý středověk. Nakonec byly nahrazeny specializovanými technologiemi, jako jsou teleskopy, sextanty a kyvadlové hodiny.
Planisférické a mořské typy
Pokud byste se měli vrátit do starověkého světa, narazili byste na dva hlavní typy astrolábů. První je planisférický astroláb. Pomohla astronomům vypočítat polohy nebeských těles. Všechny rané astrolábové byly tohoto typu.
Námořníci si později uvědomili, že tyto přístroje mohou pomoci s navigací. V 15. století se objevily námořní astroláby. Byly to zjednodušené verze planisférických modelů. Jejich hlavní funkcí bylo určovat zeměpisnou šířku. Uživatelé měřili výšku Slunce nebo hvězdy. Zařízení se skládalo ze dvou hlavních částí: odstupňovaného kruhu a alidády (alchidy). Alchidi byli zaměřovací zařízení nebo ukazatel pro měření úhlů.
Planisférické astroláby byly složitější. Byly také specifické. Jejich provoz byl zcela závislý na konkrétní šíři uživatele. Planisférická deska kalibrovaná pro Londýn by v Káhiře nefungovala. Díky tomuto přizpůsobení byly výkonné, ale obtížně vyrobitelné.
Anatomie nástroje
Abyste pochopili astroláb, musíte pochopit jeho části. Není to jen plochý disk. Jedná se o vícevrstvý projekční systém.
Hlavní těleso se nazývá mater. Uvnitř je deska, která je specifická pro určitou zeměpisnou šířku. Nad deskou je retei, mapa hvězd s indikátory hlavních hvězd. Na zadní straně je připevněna otočná součást zvaná pravidlo. Funguje jako zaměřovací nástroj.
Každá součást slouží svému účelu. Deska zobrazuje oblohu pro konkrétní místo. Retheus sleduje pohyby hvězd a Slunce. Pravidlo umožňuje provádět úhlová měření.
“Astroláby byly středověká logaritmická pravítka.”
Toto srovnání je oprávněné. Stejně jako logaritmické pravítko umožňuje provádět složité násobení a dělení pomocí fyzického zarovnání, astroláb umožňuje provádět složité astronomické výpočty pomocí mechanické projekce. Převádí oblohu do čitelného formátu.
Proč na tom teď záleží? Protože astroláb představuje posun v lidském myšlení. Provedla nás od pozorování oblohy k jejímu modelování. Proměnila chaos v data. Umožnilo nám to spíše předvídat, než jen svědčit.
Ozvěny toho vidíme v moderním softwaru. Promítáme trojrozměrné reality na dvourozměrné obrazovky. Ke sledování pozic používáme algoritmy. Astroláb byl původní rozhraní do vesmíru.
Zařízení se přestalo používat ne proto, že by přestalo fungovat. Vypadl z používání, protože jiné nástroje se staly efektivnějšími. Dalekohledy nabízely zvětšení. Sextanty nabízely přesnost. Stálost nabízely kyvadlové hodiny.
Ale astroláb zůstává důkazem lidské vynalézavosti. Ukazuje, jak jsme se snažili zavést řád ve vesmíru. Vytvořili jsme nástroje pro měření věcí, kterých jsme si nemohli sáhnout. Promítli jsme nekonečno do konečného.
Až se příště budete dívat na hvězdy, vzpomeňte si, že někdo kdysi zmapoval celou oblohu na jednom kusu mosazi. Nepotřebovali společníky. Nepotřebovali kód. Potřebovali geometrii. A hodně trpělivosti.
kam půjdeme příště? Už není žádný astroláb. Ale touha mapovat neznámé zůstává. Jen používáme různé nástroje.
Anatomie matky
Začněte odspodu. Mater je „matka“ zařízení. Jedná se o mosazný kotouč o průměru asi 15 centimetrů a tloušťce čtvrt palce. Je uprostřed vyhloubený a slouží k instalaci náhradních desek.
Nad mater je končetina. Toto je vnější prstenec. Jsou na něm dvě stupnice: vnitřní na hodiny, vnější na stupně od 0 do 360. V horní části je trůn s prstenem označujícím poledne. Protáhněte jím provaz. Nechte astroláb viset svisle. Gravitace zařízení sama vyrovná.
Talíře a polohování
Nemůžeš se jen dívat nahoru a hádat. Latitude mění všechno. Nebe nad rovníkem není nic jako nebe nad Londýnem. Proto je každá deska řezána pro určitou zeměpisnou šířku.
Na těchto deskách jsou vyryty kruhy konstantní výšky – alcuantara. Horizont je největší z nich. Pak jsou azimuty, které je protínají v pravém úhlu. Meridian je nejdůležitější z nich. Pokud jste na špatném místě a používáte špatný sporák, matematika se pokazí.
Kosterní síť
Rete je nahoře. Vypadá to jako kovová síť. Starověcí řemeslníci vyřezávali velké kusy mosazi, aby byla průhledná. Dnes si můžete koupit plastové analogy pro stejný efekt.
Rete se otáčí kolem centrálního kolíku, severního nebeského pólu. Konkrétní hvězdy a souhvězdí jsou vyznačeny na síťce. Ukazuje denní rotaci nebeské sféry. Po okraji najdete stupnici pro hodiny a další pro dny v roce. Otočte jej, abyste jej zarovnali s oblohou.
Pravidlo a nevýhoda
Některé modely mají pravidlo. Toto je ruka, která vypadá jako hodinová ručička. Pokrývá deklinace od -30 do +70 stupňů. Čep drží střed, což umožňuje síti a pravítku volně se otáčet přes stacionární desku.
Otočte zařízení. Na druhé straně je kalkulačka. Každý astroláb má stupnice pro úhly a délku Slunce. Mnohé zahrnují trigonometrické tabulky. Existuje také alidada. Toto je zaměřovací zařízení. Měří výšku nebeských objektů.
Měření nadmořské výšky bez GPS
Abd ar-Rahman al-Sufi tvrdil, že toto zařízení mělo v 10. století 1000 použití. Možná to trochu přeháněl. Zkušený uživatel však dokáže vyřešit složité problémy. Bylo možné určit denní dobu. Vypočítejte rok. Určete zeměpisnou šířku. Nebo jednoduše změřte, jak vysoký vrchol hory se tyčí nad obzorem.
Tuto výšku změříte takto:
- Přivažte lano ke kroužku nahoře.
- Zavěste astroláb svisle.
- Otočte jej tak, aby okraj směřoval k vašemu cíli.
- Otočte alidádu na rubovou stranu. Zarovnejte objekt mezi dva nitkové kříže.
Upozornění: Nedívejte se přímo do slunce. Upravte alidádu tak, aby stín z horní lišty padal přesně na tu spodní.
Přečtěte si číslo na vnějším ráfku. Toto je vaše nadmořská výška ve stupních. Jen.
Vypočítejte čas západu slunce
Chcete vědět, kdy končí den? Astroláb vám to řekne.
Nejprve zjistěte polohu Slunce k danému datu. Na rubovou stranu použijte alidádu. Namiřte číselník na datum na stupnici kalendáře. Přečtěte si odpovídající hodnotu na stupnici zvěrokruhu.
Přesuňte se na přední stranu. Otočte rete. Posuňte značku zvěrokruhu tak, aby se dotkla čáry západního horizontu vpravo.
Nyní otočte pravidlo. Zkombinujte to se stejným znamením zvěrokruhu.
Podívejte se na časovou stupnici na číselníku. Pravidlo označuje místní sluneční čas. Právě v tuto dobu Slunce klesá pod obzor.
Jedná se o mechanickou přesnost. Žádné baterie. Žádné satelity. Pouze geometrie a mosaz. A pak je tu otázka prostě číst čas.
Hledání času pomocí astrolábů
Ztratili jste smartphone? To je v pořádku. Vytáhněte svůj astroláb.
To není jen váha papíru. Toto je analogový počítač pro oblohu. Nepotřebujete GPS. Potřebujete slunce nebo hvězdu. Během dne sledujete výšku slunce. V noci vyberte viditelnou hvězdu. Podívejme se na výpočet pro noční dobu.
Nejprve převeďte dnešní datum na datum zvěrokruhu. Udělali jste to v předchozím cvičení. Otočte alidádu na datum na stupnici kalendáře. Přečtěte si odpovídající hodnotu na prstenu zvěrokruhu.
Dále vyberte referenční hvězdu. Starověcí astronomové znali svou oblohu. Nepotřebovali hvězdnou mapu. Procon je vhodný. Je to osmá nejjasnější hvězda. Vede souhvězdí Canis Minor. Nachází se téměř na každém astrolábu. Použijte to.
Najděte výšku Prokona. Postupujte podle kroků z prvního cvičení.
Otočte astroláb. Najděte Prokona na síti (hvězdný štítek).
Otočte rete. Přesuňte hvězdu tak, aby se dotýkala čáry výšky, kterou jste vypočítali v kroku tři.
Teď si najdi čas. Otočte pravidlo (pravítko). Udělejte to relevantní pro konkrétní znamení zvěrokruhu z prvního kroku. Podívejte se na vnější okraj. Je tam uveden čas.
Oxford History of Science Museum má interaktivní demo tohoto procesu. Používá repliku. Ukazuje značení podél cesty. Funguje to.
Získejte svůj vlastní astroláb
Pravděpodobně máte dalekohled. Přidejte na poličku astroláb.
Můžete si koupit hotová zařízení. eBay prodává starožitnosti. Výrobky z doby před 20. stoletím stojí majlant. Nedělejte to, pokud nejste bohatí.
Repliky jsou lepší. Vypadají autenticky. Stojí méně. Ploché astrolaby a další možnosti najdete online.
Moderní materiály jsou lepší než mosaz a cín. Janus se sídlem v Delaware kombinuje staré a nové. Vyrábějí oblíbené zdroje astrolábů.
Nebo to udělejte sami. Sestavte zařízení od začátku.
Začněte s Pojednáním o astrolábu. Toto je první manuál v angličtině. James E. Morrison vlastní Januse a The Personal Astrolabe. Přeložil Chaucerův text ze střední angličtiny do srozumitelné moderní angličtiny. K dispozici je verze PDF překladu. Přečtěte si to.
Vyrobte si svůj vlastní astroláb
Chcete tuto věc postavit?
Použijte hotové šablony. James Evans napsal knihu The History and Practice of Ancient Astronomy. Oxford University Press jej vydalo v roce 1998. Evans poskytuje kompletní šablony.
Vytvořte fotokopie šablon. Papír postačí. Acetát je vhodný pro rete. Nalepte je na karton. Vystřihněte je. Udělejte díru uprostřed. Zajistěte šroubem a maticí.
Evans obsahuje šablony pro Seattle a Los Angeles. Dvě desky na výšku. Další najdete v jeho knize.
Ústav astronomie na Havajské univerzitě navrhuje jiný způsob. Mají praktickou lekci. Na webu je program. Vypočítává vzory pro jakékoli místo.
Zadejte svou polohu. Program generuje soubory. Zachraňte je. Vytiskněte si to.
Zakoupeno nebo vyrobeno sami. Výsledek je stejný. Držíte v rukou verzi prvního analogového počítače na světě. Lépe pochopíte noční oblohu. Budete se cítit spojení se starověkou astronomií.
Často kladené otázky o astrolábech
K čemu slouží astroláb?
Jednoduchá zařízení. Silné výsledky. Pozorování. Analogové výpočty. Definice času. Měří výšky nebeských těles. Vy určujete polohu slunce. Najdete jiná nebeská tělesa.
Používá se dnes ještě astroláb?
Starověké technologie. Nahrazeny počítači. Ale nejsou mrtví. Používají se ke studiu starověké astronomie. Před staletími byly high-tech. Pomáhali navigátorům vypočítat vzdálenosti nad horizontem.
Jaký je rozdíl mezi sextantem a astrolábem?
Sextanty se objevily před astrolábem. Sextant vypočítává úhel mezi horizontem a nebeskými tělesy. hvězdy. Slunce. Měsíc. Astrolábové počítají vzdálenosti mezi těmito tělesy.
Kdo a kdy vynalezl astroláb?
Existovaly již v roce 220 před naším letopočtem. Nebo dříve. Apollonius z Pergy je považován za vynálezce. Žil v době helénismu. Byl to matematik.
Proč jsou astrolábové pro muslimy důležité?
Duchovní význam. Celosvětové použití. Najdou směr do Mekky. Tohle je Qibla. To pomáhá v modlitbě. Skutečný směr je důležitý.
Matematika za magií
Možná se ptáte, jak víme, že tyto prastaré nástroje skutečně fungovaly. Odpověď spočívá v obrovském množství historických dat a moderním ověření. Jen nehádáme. Učenci jako Michael A. B. Dekin do hloubky prozkoumali konkrétní matematiku, kterou používají postavy jako Hypatia. Její práce, publikovaná v American Mathematical Monthly, ukazuje, že základní logika byla správná. Tohle nebylo věštění. Byla to přísná geometrie.
“Astroláb je nástroj s minulostí a budoucností.”
Není to jen nostalgie. Zařízení propojuje starověké kontemplace oblohy s moderními metodami řešení problémů. Kniha Jamese Evanse The History and Practice of Ancient Astronomy uvádí praktické kroky. Vysvětluje, jak astronomové používali tyto přístroje ke sledování nebeských těles s úžasnou přesností. Bylo možné vypočítat čas, čas na modlitbu nebo dokonce polohu Slunce. Byl to přenosný počítač. Před příchodem křemíku. Než se objevil kód.
Proč je to důležité i dnes
Lidé se ptají, zda je možné vidět zakřivení Země z vesmíru. Jistě. Ale proto na astrolábu nezáleží. Byla důležitá, protože řešila lidské problémy. Například určení času, kdy je Slunce vysoko. Nebo zjistit, kdy zasadit plodinu. University of Hawaii Institute of Astronomy poznamenává, že tato zařízení byla nezbytná pro navigaci. Námořníci je používali, aby našli cestu přes oceány. Bez přesných hvězdných map se jednoduše pohybujete.
Sám Chaucer o tom psal. Jeho pojednání o astrolábu nebylo určeno pouze vědcům. Toto byl praktický průvodce. Jeho slova si můžete přečíst na internetu. Jsou jasné. Řídit. Vysvětluje, jak pomocí pravidla určit výšku Slunce. Toto je průvodce krok za krokem. Od 14. stol. Stále relevantní.
Jak astronomové měří vzdálenost
Pravděpodobně jste viděli články, které se ptají, jak astronomové měří vzdálenost ke hvězdě. Astroláb to nedělá přímo. Ale pomáhá to pochopit geometrii oblohy. Jakmile znáte úhel hvězdy nad obzorem, můžete začít s triangulací. Toto je základní trigonometrie. Evans tento proces podrobně popisuje. Ukazuje, jak starověcí astronomové mapovali nebesa. Neměli žádné společníky. Měli mosazné desky a trpělivost.
Muzeum historie vědy v Oxfordu má exponáty, které přesně ukazují, jak určit čas pomocí jednoho z nich. Zarovnáte retei s pozicí Slunce. Čtete čas na zadní straně. Jen. Elegantně. Žádné baterie. Bez Wi-Fi. Jen dechovka a matematika.
Astroláb: minulost a budoucnost
Web Janus pro astroláb říká, že má budoucnost. Ne jako hlavní nástroj. Ale jako učební pomůcka. Nutí vás přemýšlet o úhlech. O souřadnicích. O pohybu Země. Tom Wujek to demonstroval na TEDGlobal v roce 2009. Použil astroláb ze 13. století, aby ukázal, jak lze složité problémy rozdělit na kousky. Vizualizujte. Rozhodnout. Je to fyzické rozhraní k abstraktním konceptům.
Starry Messenger se sídlem v Cambridge nabízí virtuální prohlídku. Můžete vidět vrstvy západního astrolábu. Mater. Talíře. Retei. Každý detail má svůj účel. Učíte se sledováním. Děláním. Toto je příběh, kterého se můžete dotknout rukama.
Který astroláb je nejlepší pro začátečníky?
Pokud to chcete zkoušet, nezkoušejte to
