До того как Texas Instruments создала калькулятор со светодиодным дисплеем и задолго до того, как вы могли провести линейкой по столу, существовало устройство, выполнявшее основную работу по навигации и определению времени в древности. Это не был компьютер в кремниевом смысле. Это была астролябия. Название происходит от греческого astrolabos, что означает «берущий звёзды».
Эти латунные инструменты были средневековыми логарифмическими линейками. Философы, астрологи и моряки находили для них сотни применений. Они измеряли высоту небесных тел. Они отслеживали время. Они ориентировали путников в темноте. Сегодня цифровые экраны и GPS сделали их бесполезными для практического использования. Тем не менее, они по-прежнему восхищают любителей технологий и историков науки. Учителя используют реплики, чтобы объяснить концепцию небесной сферы. Они помогают студентам рассчитывать восходы и заходы Солнца и Луны, а также ретроградное движение планет.
В XIV веке Джеффри Чосер написал подробный трактат о механике астролябий. Почти 620 лет спустя Том Вуджек, стипендиат Autodesk, продемонстрировал работающую реплику на сцене TEDGlobal. Что это за устройство, охватывающее столь обширный временной промежуток? Как оно превратилось из греческой геометрической концепции в инструмент средневековых моряков? Мы рассмотрим взлет и падение астролябии.
Проблема проекции
Задолго до появления механических часов люди смотрели вверх, чтобы измерить своё существование. Они наблюдали вращение Земли. Они отслеживали дугу Солнца. Они отмечали фазы Луны. Эти циклы определяли дни, месяцы и годы. Звёзды не были случайным шумом. Они были сгруппированы в созвездия, чтобы наложить порядок на хаос.
Учёные изобрели «небесную сферу», чтобы осмыслить небо. Это была воображаемая сфера, окружающая Землю. У неё были северный и южный полюсы. У неё был экватор. Она использовала координаты, аналогичные широте и долготе. Для человека, стоящего на Земле, звёзды казались закреплёнными на внутренней стороне этой сферы. Солнце, Луна и планеты двигались иначе. Они перемещались по круговой траектории, называемой эклиптикой.
Это создавало геометрическую проблему. Как спроецировать трёхмерную сферу на плоскую двумерную поверхность?
Гиппарх, родившийся в Никее в 180 году до н.э., столкнулся с этой самой задачей. Он вёл тщательные записи о 850 звёздах. Его данные привели к открытию прецессии — качания Земли вокруг своей оси. Он также разработал уникальный способ картографирования положений звёзд. Он представлял себе перпендикулярную линию, опускающуюся от каждой звезды на плоскость, выровненную с экватором Земли. Эта карта сохраняла угловые соотношения между звёздами. Возможно, это был первый пример стереографической проекции.
От Греции к исламскому миру
Клавдий Птолемей развил работу Гиппарха. Он написал «Альмагест». В 150 году н.э. он опубликовал «Планисферу». Эта книга описывала математические методы, необходимые для проецирования точек на небесную сферу. По сути, это было руководство по созданию астролябии. Нет никаких свидетельств того, что Птолемей фактически собрал одну. Однако он спроектировал армиллярную сферу. Это сложное устройство было прямым предшественником астролябии.
Первое авторитетное описание современной астролябии появилось у Теона Александрийского в 390 году н.э. Вероятно, сам Теон не собирал устройство. Историки полагают, что он предоставил полный чертеж. Этот чертеж отправился на восток. Он достиг средневекового исламского мира.
Исламские астрономы сразу признали ценность инструмента. Они начали его производить. Они писали собственные руководства. Первые руководства по астролябиям на арабском языке появились в VIII веке. К XI веку эти устройства попали в мусульманскую Испанию. Оттуда они переместились в христианскую Европу. Они помогали астрономам. Они помогали поэтам, таким как Чосер. Они придавали стабильность ночному небу. Они оставались незаменимыми на протяжении всего Средневековья. В конечном итоге их вытеснили специализированные технологии, такие как телескопы, секстанты и маятниковые часы.
Планисферические и морские типы
Если бы вы вернулись в древний мир, вы бы столкнулись с двумя основными типами астролябий. Первый — планисферическая астролябия. Она помогала астрономам вычислять положения небесных тел. Все ранние астролябии были именно такого вида.
Мореплаватели позже поняли, что эти инструменты могут помочь в навигации. К XV веку появились морские астролябии. Они были упрощёнными версиями планисферических моделей. Их основной функцией было определение широты. Пользователи измеряли высоту Солнца или звезды. Устройство состояло из двух основных частей: градуированного круга и альidade (альхиды). Альхиды были прицельным устройством или указателем для измерения углов.
Планисферические астролябии были более сложными. Они также были специфичными. Их работа полностью зависела от конкретной широты пользователя. Планисферическая пластина, откалиброванная для Лондона, не работала бы в Каире. Эта индивидуализация делала их мощными, но сложными в производстве.
Анатомия инструмента
Чтобы понять астролябию, нужно понять её части. Это не просто плоский диск. Это многослойная система проекций.
Основное тело называется матером. Внутри него находится пластина, которая специфична для определённой широты. Над пластиной находится ретей, карта звёзд с указателями для основных звёзд. Вращающийся компонент, называемый правилом (rule), прикреплен к задней стороне. Он функционирует как прицельный инструмент.
Каждый компонент служит своей цели. Пластина отображает небо для конкретного местоположения. Ретей отслеживает движение звёзд и Солнца. Правило позволяет выполнять угловые измерения.
«Астролябии были средневековыми логарифмическими линейками».
Это сравнение оправдано. Подобно тому, как логарифмическая линейка позволяет выполнять сложные умножение и деление посредством физического выравнивания, астролябия позволяет выполнять сложные астрономические вычисления посредством механической проекции. Она переводит небо в читаемый формат.
Почему это имеет значение сейчас? Потому что астролябия представляет собой сдвиг в человеческом мышлении. Она перевела нас от наблюдения за небом к его моделированию. Она превратила хаос в данные. Она позволила нам предсказывать, а не просто свидетельствовать.
Мы видим отголоски этого в современном программном обеспечении. Мы проецируем трёхмерные реальности на двумерные экраны. Мы используем алгоритмы для отслеживания положений. Астролябия была оригинальным интерфейсом для космоса.
Устройство вышло из употребления не потому, что оно перестало работать. Оно вышло из употребления, потому что другие инструменты стали более эффективными. Телескопы предложили увеличение. Секстанты предложили точность. Маятниковые часы предложили постоянство.
Но астролябия остаётся свидетельством человеческой изобретательности. Она показывает, как мы стремились наложить порядок на вселенную. Мы создавали инструменты, чтобы измерять то, чего не могли коснуться. Мы проецировали бесконечное на конечное.
В следующий раз, когда вы посмотрите на звёзды, помните, что кто-то когда-то нанёс на карту всё небо на одном куске латуни. Им не нужны были спутники. Им не нужен был код. Им нужна была геометрия. И много терпения.
Куда мы идём дальше? Астролябии больше нет. Но стремление картографировать неизвестное остаётся. Мы просто используем другие инструменты.
Анатомия матера
Начните с низа. Матер — это «мать» прибора. Это латунный диск диаметром около 15 сантиметров и толщиной в четверть дюйма. В центре он выдолблен и служит для установки сменных пластин.
Над матером находится лимб. Это внешнее кольцо. На нем нанесены две шкалы: внутренняя — для часов, внешняя — для градусов от 0 до 360. В верхней части находится трон с кольцом, обозначающим полдень. Проденьте через него веревку. Позвольте астролябии висеть вертикально. Гравитация сама выровняет прибор.
Плиты и позиционирование
Нельзя просто поднять глаза и гадать. Широта меняет всё. Небо над экватором ничуть не похоже на небо над Лондоном. Поэтому каждая плита вырезана для конкретной широты.
На этих плитах выгравированы круги постоянной высоты — алькуантары. Горизонт — самый большой из них. Затем идут азимуты, пересекающие их под прямым углом. Меридиан — самый важный из них. Если вы находитесь не в том месте и используете не ту плиту, математика даст сбой.
Скелетный ретe
Рете находится сверху. Оно выглядит как металлическая сетка. Древние мастера вырезали большие куски латуни, чтобы сделать его прозрачным. Сегодня можно купить пластиковые аналоги для того же эффекта.
Рете вращается вокруг центрального штифта — северного небесного полюса. На рете отмечены конкретные звезды и созвездия. Оно показывает ежедневное вращение небесной сферы. По краю вы найдете шкалу для часов и другую — для дней года. Вращайте его, чтобы совместить с небом.
Правило и обратная сторона
Некоторые модели имеют правило. Это стрелка, похожая на часовую. Она охватывает склонения от -30 до +70 градусов. Штифт удерживает центр, позволяя рете и правилу свободно вращаться над неподвижной пластиной.
Переверните прибор. Обратная сторона — это калькулятор. На каждой астролябии есть шкалы для углов и долготы Солнца. Многие включают тригонометрические таблицы. Также имеется алидада. Это прицельное устройство. Оно измеряет высоту небесных объектов.
Измерение высоты без GPS
Абд ар-Рахман ас-Суфи утверждал, что в X веке у этого устройства было 1000 применений. Возможно, он немного преувеличивал. Но опытный пользователь мог решать сложные задачи. Можно было определить время суток. Вычислить год. Определить широту. Или просто измерить, насколько высоко горная вершина поднимается над горизонтом.
Вот как измерить эту высоту:
- Привяжите веревку к кольцу вверху.
- Повесьте астролябию вертикально.
- Поверните ее так, чтобы край указывал на вашу цель.
- Поверните алидаду на обратной стороне. Совместите объект между двумя визирными планками.
Предупреждение: Не смотрите прямо на солнце. Отрегулируйте алидаду так, чтобы тень от верхней планки падала точно на нижнюю.
Прочитайте число на внешнем ободе. Это ваша высота в градусах. Просто.
Расчет времени заката
Хотите узнать, когда закончится день? Астролябия подскажет.
Сначала найдите положение Солнца на эту конкретную дату. Используйте алидаду на обратной стороне. Наведите диск на дату на календарной шкале. Прочитайте соответствующее значение на шкале зодиака.
Перейдите на переднюю сторону. Поверните рете. Переместите отметку зодиака так, чтобы она коснулась линии западного горизонта справа.
Теперь поверните правило. Совместите его с тем же значением зодиака.
Посмотрите на шкалу времени на лимбе. Правило указывает на местное солнечное время. Именно в это время Солнце опускается ниже горизонта.
Это механическая точность. Без батареек. Без спутников. Только геометрия и латунь. А затем еще и вопрос простого считывания времени.
Поиск времени с помощью астролябии
Потеряли смартфон? Ничего страшного. Достаньте свою астролябию.
Это не просто грузик для бумаги. Это аналоговый компьютер для неба. Вам не нужен GPS. Вам нужны солнце или звезда. Днем вы отслеживаете высоту солнца. Ночью выбираете видимую звезду. Давайте разберем расчет для ночного времени.
Сначала переведите сегодняшнюю дату в зодиакальную дату. Вы делали это в предыдущем упражнении. Поверните алидаду на дату в шкале календаря. Считайте соответствующее значение на зодиакальном кольце.
Далее выберите звезду-ориентир. Древние астрономы знали свое небо. Им не нужна была карта звездного неба. Подходит Прокон. Это восьмая по яркости звезда. Она возглавляет созвездие Малого Пса. Она есть почти на каждой астролябии. Используйте ее.
Найдите высоту Прокона. Следуйте шагам из первого упражнения.
Переверните астролябию. Найдите Прокон на rete (звездной пластине).
Поверните rete. Переместите звезду так, чтобы она касалась линии высоты, которую вы вычислили на шаге три.
Теперь найдите время. Поверните правило (линейку). Сделайте так, чтобы оно касалось конкретного зодиакального значения из шага один. Посмотрите на внешний обод. Там указано время.
В Оксфордском музее истории науки есть интерактивное демо этого процесса. Оно использует реплику. Оно показывает разметку по ходу действий. Это работает.
Получение собственной астролябии
У вас, вероятно, есть телескоп. Добавьте астролябию на полку.
Вы можете купить готовые приборы. eBay продает антиквариат. Изделия до XX века стоят целое состояние. Не делайте этого, если вы не богаты.
Реплики лучше. Они выглядят аутентично. Они стоят дешевле. Вы можете найти плоские астролябии и другие варианты в интернете.
Современные материалы превосходят латунь и олово. Компания Janus, базирующаяся в Делавэре, сочетает старое и новое. Они производят популярные ресурсы для астролябий.
Или сделайте все своими руками. Постройте прибор с нуля.
Начните с трактата A Treatise on the Astrolabe. Это первое руководство на английском языке. Джеймс Э. Моррисон владеет компанией Janus и The Personal Astrolabe. Он перевел среднеанглийский текст Чосера на понятный современный английский. PDF-версия перевода доступна. Прочитайте ее.
Создание собственной астролябии
Хотите построить эту штуку?
Используйте готовые шаблоны. Джеймс Эванс написал книгу The History and Practice of Ancient Astronomy. Издательство Оксфордского университета опубликовало ее в 1998 году. Эванс предоставляет полные шаблоны.
Сделайте ксерокопии шаблонов. Бумага подойдет. Ацетат подойдет для rete. Приклейте их на картон. Вырежьте их. Пробейте отверстие в центре. Скрепите болтом и гайкой.
Эванс включает шаблоны для Сиэтла и Лос-Анджелеса. Две пластины для высоты. Вы можете найти другие в его книге.
Институт астрономии Гавайского университета предлагает другой путь. У них есть практическое занятие. На веб-сайте есть программа. Она рассчитывает шаблоны для любого местоположения.
Введите свое местоположение. Программа генерирует файлы. Сохраните их. Распечатайте.
Покупной или сделанный своими руками. Результат одинаковый. Вы держите в руках версию первого аналогового компьютера в мире. Вы лучше поймете ночное небо. Вы почувствуете связь с древней астрономией.
Часто задаваемые вопросы об астролябиях
Для чего используются астролябии?
Простые устройства. Мощные результаты. Наблюдения. Аналоговые вычисления. Определение времени. Они измеряют высоты небесных тел. Вы определяете положение солнца. Вы находите другие небесные тела.
Используются ли астролябии сегодня?
Древние технологии. Заменены компьютерами. Но они не мертвы. Они используются для изучения древней астрономии. Столетия назад они были высокотехнологичными. Они помогали навигаторам вычислять расстояния над горизонтом.
В чем разница между секстантом и астролябией?
Секстанты появились раньше астролябий. Секстант вычисляет угол между горизонтом и небесными телами. Звезды. Солнце. Луна. Астролябии вычисляют расстояния между этими телами.
Кто изобрел астролябию и когда?
Они существовали к 220 году до н.э. Или раньше. Аполлоний Пергский считается изобретателем. Он жил в эллинистический период. Он был математиком.
Почему астролябии важны для мусульман?
Духовное значение. Мировое использование. Они находят направление на Мекку. Это Кибла. Это помогает в молитве. Истинное направление имеет значение.
Математика за магией
Возможно, вы задаетесь вопросом, как мы знаем, что эти древние инструменты действительно работали. Ответ кроется в огромном объеме исторических данных и современных проверок. Мы не просто гадаете. Такие ученые, как Майкл А. Б. Декин, глубоко исследовали конкретную математику, которую использовали такие фигуры, как Гипатия. Ее работа, опубликованная в American Mathematical Monthly, показывает, что лежащая в основе логика была надежной. Это не было гаданием. Это была строгая геометрия.
«Астролябия — это инструмент с прошлым и будущим».
Это не просто ностальгия. Устройство связывает древнее созерцание неба с современными методами решения задач. В книге Джеймса Эванса История и практика древней астрономии изложены практические шаги. Он объясняет, как астрономы использовали эти инструменты для отслеживания небесных тел с удивительной точностью. Можно было вычислять время, время для молитвы или даже положение Солнца. Это был портативный компьютер. До появления кремния. До появления кода.
Почему это все еще важно сегодня
Люди спрашивают, можно ли увидеть кривизну Земли из космоса. Конечно. Но именно поэтому астролябия не имеет значения. Она важна, потому что решала человеческие проблемы. Например, определение времени, когда Солнце находится высоко. Или выяснение того, когда сеять урожай. Институт астрономии Гавайского университета отмечает, что эти устройства были необходимы для навигации. Мореплаватели использовали их, чтобы находить путь через океаны. Без точных звездных карт вы просто дрейфуете.
Чосер сам писал об этом. Его трактат об астролябии предназначался не только для ученых. Это было руководство для практического использования. Вы можете прочитать его слова в интернете. Они ясны. Прямые. Он объясняет, как использовать правило для определения высоты Солнца. Это пошаговое руководство. Из 14-го века. Все еще актуально.
Как астрономы измеряют расстояние
Вы, вероятно, видели статьи, спрашивающие, как астрономы измеряют расстояние до звезды. Астролябия не делает этого напрямую. Но она помогает понять геометрию неба. Как только вы узнаете угол звезды над горизонтом, вы можете начать триангуляцию. Это базовая тригонометрия. Эванс подробно описывает этот процесс. Он показывает, как древние астрономы картировали небеса. У них не было спутников. У них были латунные пластины и терпение.
Музей истории науки в Оксфорде имеет экспонаты, показывающие, как именно определить время с помощью одного из них. Вы выравниваете ретей с положением Солнца. Вы читаете время на обратной стороне. Просто. Элегантно. Без батареек. Без Wi-Fi. Только латунь и математика.
Астролябия: прошлое и будущее
Сайт Janus, посвященный астролябии, утверждает, что у нее есть будущее. Не как основной инструмент. Но как учебное пособие. Это заставляет вас думать об углах. О координатах. О движении Земли. Том Вуджек продемонстрировал это на TEDGlobal в 2009 году. Он использовал астролябию 13-го века, чтобы показать, как сложные проблемы можно разбить на части. Визуализировать. Решить. Это физический интерфейс для абстрактных концепций.
Starry Messenger из Кембриджа предлагает виртуальный тур. Вы можете увидеть слои западной астролябии. Матер. Пластины. Ретей. Каждая деталь имеет свое назначение. Вы учитесь, глядя. Делая. Это история, которую можно потрогать руками.
Какая астролябия лучше всего подходит для новичков?
Если вы хотите попробовать это, не
