Астролябия. Что такое астролябия Кто придумал устройство

Секреты и история древнего изобретения. Астролябия

Астролябия — один из старейших астрономических инструментов, появившийся в Древней Греции. Этот старинный инструмент сотворен более двух тысячелетий тому назад, когда люди полагали, что Земля - это центр Вселенной.

Астролябию иногда называют самым первым компьютером. Несомненно, это устройство с глубочайшей загадочностью и красотой, и мы сейчас постараемся узнать его секреты.

Первая астролябия появилась в Древней Греции. Витрувий в своём писании «Десять книг об архитектуре», рассказывая про астрономический инструмент, называемый «пауком», говорит, что его «изобрёл астроном Евдокс, а иные говорят — Аполлоний». Одной из основных частей этого инструмента являлся барабан, где было нарисовано небо с зодиакальным кругом.

Стереографическую проекцию описал во II веке н. э. Клавдий Птолемей в сочинении «Планисферий». Впрочем, «астролабоном» сам Птолемей называл другой инструмент —армиллярную сферу.

Окончательный вид астролябии был разработан в IV в. н. э. Так, в Александрии, почти через три сотни лет после Птолемея, математик и философ Гипатия была осуждена христианским обществом в сатанистских ритуалах, включающих, помимо всего прочего, использование астролябии. Она была казнена в 415 году н.э. Ее ученик, Теон Александрийский, оставил после себя копии заметок по использованию астролябии.

После смерти Гипатии и после падения Римской Империи Европа «потеряла» астролябию. Большинство древнегреческих познаний было утрачено в Западной Европе, население которой относилось к древнегреческой (а, следовательно, атеистской) технологии с большим подозрением. Однако ее бережно охраняли приверженцы ислама, использование астролябии ими подтверждается многими фактами. Без Испании и ее исламской религии Ренессанс никогда бы не наступил. Большинство найденных древнегреческих текстов были переведены на арабский. Позже их перевели на латинский, и тогда астролябия была вновь представлена подавляющему большинству европейцев.

Учёные исламского Востока усовершенствовали астролябию и стали применять её не только для определения времени и продолжительности дня и ночи, но также для осуществления некоторых математических вычислений и для астрологических предсказаний. Известно немало сочинений средневековых исламских авторов о различных конструкциях и применении астролябии.

Таковы книги ал-Хорезми, ал-Аструлаби, аз-Заркали, ас-Сиджизи, ал-Фаргани, ас-Суфи, ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси и др.

С XII века астролябии становятся известны в Западной Европе, где вначале использовали арабские инструменты, а позднее стали изготовлять свои по арабским образцам. В XVI веке их стали делать на основе собственных расчётов, чтобы применять в европейских широтах.

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV—XVI столетиях, она наряду с армиллярной сферой была одним из основных инструментальных средств астрономического образования.

Знание астрономии считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа и знаком соответствующей образованности. Европейские мастера, подобно своим предшественникам арабам, уделяли большое внимание художественному оформлению, так что астролябии стали предметом моды и коллекционирования при королевских дворах.

Точно описывать процесс работы астролябии было бы бессмысленно - лучше всего, если вы увидите это собственными глазами.

Челнообразная астролябия.

Как писал ал-Бируни, устройство этой астролябии, изобретённой ас-Сиджизи, происходит «из убеждения некоторых людей в том, что упорядоченное движение Вселенной принадлежит Земле, а не небесной сфере». На её тимпане изображаются эклиптика и звёзды, а на подвижной части — горизонт и альмукантараты.

На фото Арабская астролябия 1090г, из собрания National Museum of American.

Совершенная астролябия.

В этой астролябии, изобретённой ас-Сагани, за центр проектирования принимается не северный полюс мира, а произвольная точка небесной сферы. В этом случае основные круги сферы изображаются на тимпане уже не кругами и прямыми линиями, но кругами и коническими сечениями.
Астролябия. Секреты и история древнего изобретения

Универсальная астролябия.

В этой астролябии, изобретённой аз-Заркали, за центр проектирования взята одна из точек равноденствия. В этом случае небесный экватор и эклиптика изображаются на тимпане прямыми линиями. Тимпан этой астролябии, в отличие от тимпанов обычных астролябий, пригоден для любой широты. Функции паука обычной астролябии здесь выполняет линейка, вращающаяся вокруг центра тимпана и называемая «подвижным горизонтом».

Сферическая астролябия.

Небесная сфера представлена в этой астролябии в виде сферы, и её паук также имеет сферическую форму.

Наблюдательная астролябия.

Эта астролябия представляет собой комбинацию армиллярной сферы и обычной астролябии, встроенной в кольцо, изображающее меридиан.

Линейная астролябия.

Эта астролябия, изобретённая Шараф ад-Дином ат-Туси, представляет собой стержень с несколькими шкалами, с прикреплёнными к нему визирными нитями.

Морская астролябия.

Это устройство, изобретённое португальскими мастерами в начале XV века, представляет собой чисто наблюдательный прибор и не предназначено для произведения аналоговых вычислений.

Морская астролябия.

На фото астролябия-квадрант, 1325 г.

В современных энциклопедиях говорится, что этот прибор предназначен для определения широты места. На самом деле функции астролябии гораздо разнообразнее: ее с полным правом можно назвать компьютером средневекового звездочета. Точного числа функции астролябии скорее всего не сможет назвать 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, не намного. Ведь с помощью этого уникального инструмента было возможно:

— пересчитывать эклиптические координаты звезд или Солнца в горизонтальные (т.е. определять их высоты и азимуты);

— с помощью наблюдений звезд и Солнца через специальный визир определять широту места, направления на разные города (в основном для вычисления направления на Мекку), определять время суток, определять звездное время;

— определять моменты восхода и захода светил, т.е. начала и окончания дня, а также моментов восхода звезд, а если имелись эфемериды, то и планет; определять восходящие и заходящие градусы эклиптики, т.е. асцендент и десцендент, строить дома гороскопа;

— определять широту 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);
— решать чисто земные задачи, типа измерения глубины колодца или высоты земного предмета; а также вычислять тригонометрические функции (синусы, косинусы, тангенсы, котангенсы).
— делать преобразования между тремя системами координат — экваториальными (прямое восхождение и склонение), эклиптическими (долгота, широта) и горизонтальными (азимут, высота), и многое-многое другое…

Вот как была устроена традиционная планисферная астролябия, обычно изготавливавшаяся из латуни:

Корпус чаще всего имел толщину около 6 мм и диаметр 15 - 20 см (у самых крупных астролябий - до 50 см). Хотя, нередко встречались и более солидные инструменты 30-40 см диаметром, известен гигантский экземпляр в 85 см, и наоборот, миниатюрные карманные версии всего 8 см диаметром. Дело в том, что от размера астролябии напрямую зависела и ее точность.

На фото пример того, как собрать простейшую астролябию.

На фото Астролябия работы Mahmud ibn Shawka al-Baghdadi 1294-1295 диаметр — 96 мм. Из собрания National Maritime Museum, London

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 наблюдать 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 известным арабским ученым Аль-Бируни. Он предложил схему астролябии, которая автоматически показывала взаимное расположение Солнца и Луны, т.е. лунную фазу. Инструмент имел двойной корпус, внутри которого были закреплены шестерни. Если вращать с определенной скоростью внешний диск, в окошечке можно было наблюдать смену лунных фаз. Позднее появились астролябии, снабженные шестеренками, которые моделировали движение планетных сфер. Правда, в то время не было надежного механического привода, поэтому устройство было в полной мере 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.

И это неудивительно - ведь сложные арабские астролябии превратились в 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.

На фото Персидская астролябия 1223 г.

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.

На фото Французская астролябия конца 16 — начала 17 веков.

Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звёздного неба, используемая в учебных целях.

Астрономия тесно связана с физикой и другими науками естественного цикла (химия, биология, география). Астрономия использует физические знания для объяснения явлений и процессов, происходящих во Вселенной, для создания астрономических приборов.

Тысячи лет назад были изобретены угломерные приборы (квадрант, астролябия) - первые астрономические приборы (рис. 5, ), с помощью которых определяли положение светил на небе и время наступления небесных явлений.

Триста лет назад итальянским учёным Галилеем для астрономических исследований был впервые использован телескоп - прибор, позволяющий наблюдать слабые, невидимые вооружённым глазом объекты и увеличивать их видимые размеры (рис. 5, ).

Рисунок 5. Древние астрономические инструменты.

Современная же астрономия использует более точные аппараты для исследования небесных тел, такие как космический аппарат «Вега», радиотелескоп (рис. 6, ).

Рис. 6. Современные аппараты для исследования небесных тел.

Из перечисленных устройств и аппаратов подробней остановимся на астролябии, о которой мы упоминали во введении. Астролябия - это старинный прибор для определения положения Солнца и ярких звезд в разное время суток в течение всего года. Изобретение астролябии приписывается греческим астрономам, работавшим во II веке до нашей эры. Обычно астролябии изготовлялись из меди. Различные гравировки шкал давали возможность определять положение звезд и Солнца в разное время суток на протяжении всего года. Иногда имелись и дополнительные шкалы, дающие разнообразную информацию. Чаще всего астролябии изготовлялись в виде ручного инструмента, чтобы его можно было использовать для определения угла возвышения звезд, (например, в целях навигации). Зная высоту и точное время, с помощью астролябии можно было определить широту, на которой находится судно.

На протяжении двух тысячелетий этот научный инструмент оставался практически неизменным. Мореплаватели, начиная с 1480 года, и вплоть до середины 18 века использовали астролябию и специальные таблицы, по которым определялась широта местоположения корабля. Для уменьшения погрешности измерения диаметр астролябии составлял 13-15 см, но многие английские мореплаватели использовали более точные астролябии диаметром до 20 см.

Кстати астролябии этого периода (18 век) содержаться и в нашем Тобольском историко-архитектурном музее заповеднике в этом мы убедились на виртуальной экскурсии «Из истории изобретений» на уроке физики.

Для проведения измерений в древности с помощью астролябии необходимо её навести на солнце или звезду. Зафиксировав разницу в показаниях между направлением на небесное тело и горизонт, а, также зная местное время, можно с помощью специальных таблиц определить широту места. Круг этот подвешивался на кольце в вертикальной плоскости, и посредством алидады, снабженной диоптрами, наблюдались звезды, высота которых отсчитывалась на лимбе, к которому впоследствии приделывался нониус. Если широта была известна, то по тем же таблицам можно было с высокой точностью определить местное время.

Рисунок 7. Схематическое устройство астролябии.

Схематическое устройство астролябии показано на рисунке 7 .

Роль паука здесь выполняет прозрачная пластина с картой звёздного неба.

Астролябия – классический угломерный инструмент. Известен со времен астрономов Гиппарха (II в. до н.э.) и Птолемея (II в. н.э.). Слово «астролябия» происходит от греческих слов astron (звезда, по лат. astrum) и lambanw (брать, схватывать, по лат. labium – губа). Это показывает, что в древности астролябия применялась для определения углов на небосводе. Позднее астролябия превратилась в основной геодезический инструмент для измерения углов, расположенных в горизонтальной плоскости, проведения параллельных и перпендикулярных линий, для съемки плана местности и другие. До XVIII в. он служил также для определения широт и долгот.

Астролябиями пользовались астрономы и математики, мореплаватели и путешественники, архитекторы и строители. Впоследствии инструмент был усовершенствован арабами и стали применять для определения времени, продолжительности дня и ночи, измерения горизонтальных углов на поверхности Земли, для осуществления некоторых математических вычислений и даже для астрологических предсказаний. Для их создания требовались достаточно развитые знания в области математики (тригонометрии, расчёта сферических небесных координат) и астрономии (определение небесных координат постоянных звёзд, расчёта движения Солнца и Луны), и именно эти науки интенсивно развивались в арабском мире. В период расцвета арабского халифата в IX - XI веках астролябии получили широкое распространение. В известном нам виде астролябия сформировалась на Востоке к IX - XI вв. и тогда же получила там самое широкое распространение. В XI в. приборы появляются в Испании, а затем и в других странах Западной Европы. Поначалу здесь использовали арабские инструменты; позднее их стали изготовлять по арабским образцам в европейских мастерских. Если на Востоке инструменты содержались в маленьких футлярах и были частью дорожного костюма обычных людей, то в Европе астролябии с самого начала считались дорогими инструментами, производимыми только для элиты. Требующаяся точность нанесения линий сложной конфигурации, трудность изготовления и своеобразная красота этих инструментов стали причиной их дороговизны и привлекательности для европейских государей. Производство их было начато при королевских дворах. Став предметом моды, приборы покупались наравне с драгоценностями. Одним из лучших инструментальщиков того времени был фламандский мастер Гуалтерус Арсениус (1530-1580). Его астролябии отличались точностью нанесённых проекций на плоскость небесных координат, шкал и изяществом форм, поэтому испанский король Филипп II именно ему заказывали их изготовление. Для многих из них астролябии требовались, прежде всего, как астрологические инструменты, но позднее, благодаря красоте и дороговизне, их ценили наравне с драгоценностями. Поэтому одна из них, изготовленная Г. Арсениусом в 1568 г. и принадлежавшая в своё время австрийскому полководцу времён Тридцатилетней войны (1618-1648) Альбрехту Валленштейну, появилась в XIX у великой княгини Елены Павловны. Она преподнесла эту астролябию в дар Публичной библиотеке. Сейчас известна только 21 созданная Г. Арсениусом астролябия. Единственный в России экземпляр хранится в Музее М. В. Ломоносова.
Астролябия состоит из нескольких изготовленных из латуни частей. Основной является круглая деталь с высоким бортом (её называли «основой», «матерью» или «тарелкой») с круглым небольшого диаметра отверстием в центре и подвесным кольцом для точной ориентировки прибора относительно горизонта. В эту «тарелку» укладывают три плоских круглых диска - тимпаны, также с отверстиями в их центре, причём верхним укладывается тот, который соответствует широте места наблюдения. Дело в том, что на поверхности каждого из тимпанов нанесены проекции на плоскость линий небесной координатной сетки (стереографическая проекция); небесных меридианов, экватора, полюса мира, ограниченных линией горизонта. Положение проекций полюса мира и небесной координатной сетки будет разным для разных широт места наблюдения, поэтому каждый из тимпанов имеет проекцию сетки небесных координат для одной из широт - 51°, 51°15’ и 52°. На верхний тимпан накладывается круглая фигурная решётка, имеющая 45 изогнутых стрелок, концы которых указывают расположение 45 наиболее ярких звёзд Северного полушария в проекции на плоскость земного экватора. На решётке обозначен также и зодиакальный круг. Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси крепится визирная линейка, которую по традиции называют арабским термином «алидада». Верхняя часть основного диска по обе стороны от кольца украшена фигурами Фавна и Фавны, которых в античной мифологии связывали с даром предсказания. Астролябия использовалась до начала XVIII века, пока не была вытеснена более точным прибором - секстантом (секстаном) .

Многие считают, что наша цивилизация — источник постоянного прогресса, и все самые интересные открытия и разработки еще только впереди. Однако глубокие философские труды, некоторые шедевры архитектуры и даже созданные задолго до нас приборы отчетливо высвечивают неполноту этой концепции. Древним ученым также многое было известно, они создавали строения и вещи, принцип работы и назначение которых до конца непонятны. Четкая согласованность функционирования тех или иных устройств с законами физики и неопровержимость получаемых с их помощью сведений часто окутаны легендами. В число подобных приборов входит и астролябия, древний астрономический инструмент.

Назначение

Как понятно из названия («астра» в переводе с греческого означает «звезда»), прибор связан с изучением небесных тел. И действительно, астролябия — это инструмент, позволяющий рассчитать, на какой высоте относительно поверхности нашей планеты находятся звезды и Солнце, и на основе полученных данных определить местоположение того или иного земного объекта. В длительных путешествиях по суше и по морю астролябия помогала определять координаты и время, порой служила единственным ориентиром.

Строение

Астрономический инструмент состоит из диска, представляющего собой стереографическую проекцию звездного неба, и круга с высоким бортиком, в который диск вложен. Основа прибора (элемент с бортом) имеет в центральной части небольшое отверстие, а также подвесное кольцо, необходимое для облегчения ориентации всей конструкции относительно горизонта. Срединная деталь составлена несколькими окружностями с нанесенными на них линиями и точками, определяющими широту и долготу. Эти диски называются тимпанами. Угломерный астрономический инструмент обладал тремя такими элементами, каждый из них подходил для определенной широты. Порядок, в котором вкладывались тимпаны, зависел от местности: верхний диск должен был содержать проекцию неба, соответствующего данному участку Земли.

Поверх тимпанов располагалась специальная решетка («паук»), снабженная большим количеством стрелок, указывающих на ярчайшие звезды, обозначенные на проекции. Сквозь отверстия в центре тимпанов, решетки и основы проходила ось, скреплявшая детали. К ней была присоединена алидада — специальная линейка для вычислений.

Точность показаний астролябии поражает: некоторые приборы, например, способны показывать не просто движение Солнца, но и отклонения, периодически возникающие в нем. Интересно, что создавался древний астрономический инструмент в ту пору, когда властвовала геоцентрическая картина мира. Однако представления о том, что все крутятся вокруг Земли, не помешали древним ученым создать такой точный прибор.

Немного истории

Астрономический инструмент имеет греческое название, однако многие его составляющие носят имена арабского происхождения. Причина такого кажущегося несоответствия в длительном пути, который преодолел прибор за период своего становления.

История развития астрономии, как и многих других наук, неразрывно связана с Древней Грецией. Здесь примерно за два столетия до начала нашей эры появился прообраз астролябии. Создателем его стал Гиппарх. Уже во втором веке после Рождества Христова описание схожего с астролябией угломерного прибора сделал Клавдий Птолемей. Он же соорудил инструмент, способный определять на небе.

Эти первые приборы несколько отличались от астролябий, какими их себе представляет современный человек и какие выставлены во многих музеях мира. Первым инструментом привычного строения считается изобретение Теона Александрийского (IV в. н. э.)

Восточные мудрецы

История развития астрономии в период раннего Средневековья стала разворачиваться на территории Связано это было с гонениями ученых со стороны церкви, с приписыванием инструментам, подобным астролябии, сатанинского происхождения.

Арабы усовершенствовали прибор, стали применять его не только для определения местоположения звезд и ориентации на местности, но и как измеритель времени, инструмент для некоторых математических вычислений, источник астрологических предсказаний. Мудрость Востока и Запада слилась воедино, результатом стал прибор астролябия, объединивший в себе европейское наследие с арабской мыслью.

Папа Римский и дьявольский инструмент

Одним из европейцев, стремившихся возродить астролябию, был Герберт Орильякский (Сильвестр II), короткое время занимавший пост Он изучал достижения арабских ученых, научился применять многие инструменты, забытые со времен античности или запрещенные церковью. Его таланты признавались, однако связь с чуждыми исламскими знаниями способствовала возникновению целого ряда легенд вокруг него. Герберта подозревали в связи с суккубом и даже дьяволом. Первый одарил его знаниями, а второй помог занять столь высокое положение в Нечистому приписывалось его восхождение. Несмотря на все слухи, Герберт сумел возродить ряд важных приборов, в том числе и астролябию.

Возвращение

Спустя некоторое время, в XII веке, Европа снова стала пользоваться этим прибором. Сначала в ходу была только арабская астролябия. Это был для многих новый инструмент и лишь для некоторых — забытое и модернизированное наследие предков. Постепенно начали появляться аналоги местного производства, а также длинные ученые труды, связанные с применением и устройством астролябии.

Пик популярности прибора пришелся на эпоху Великих открытий. В ходу была морская астролябия, помогавшая определять, где оказалось судно. Правда, она обладала особенностью, сводившей на нет точность данных. Колумб, подобно многим своим современникам, путешествовавшим по воде, жаловался, что этот прибор невозможно использовать в условиях качки, он эффективен, только когда под ногами неподвижная земля или на море полный штиль.

Определенную ценность для мореплавателей прибор все же представлял. Иначе не назвали бы в его честь один из кораблей, на которых отправилась в путешествие экспедиция знаменитого исследователя Жана Франсуа Лаперуза. Корабль «Астролябия» — один из двух, участвовавших в экспедиции и таинственно исчезнувших в конце восемнадцатого века.

Украшение

С наступлением эпохи Возрождения «амнистию» получили не только различные приспособления для исследования окружающего мира, но и предметы декора, страсть к коллекционированию. Астролябия — это прибор, кроме прочего, часто использовавшийся для предсказаний судьбы по движениям звезд, а потому он был украшен различными символами и знаками. Европейцы переняли у арабов привычку создавать точные в плане измерений и элегантные внешне приборы. Астролябии стали появляться в коллекциях придворных. Знание астрономии считалось основой образования, обладание прибором подчеркивало ученость и вкус владельца.

Венец коллекции

Красивейшие приборы инкрустировались драгоценными камнями. Указателям придавалась форма листьев и завитков. Для декорирования инструмента использовалось золото и серебро.

Некоторые мастера практически целиком посвящали себя искусству создания астролябий. В XVI веке самым знаменитым из них считался фламандец Гуалтерус Арсениус. Для коллекционеров его изделия были эталоном красоты и изящества. В 1568 году ему была заказана очередная астролябия. Прибор для измерения положения звезд предназначался полковнику австрийской армии Альбрехту фон Валленштейну. Сегодня хранится в музее им. М.В. Ломоносова.

Окутанная тайной

Астролябия, так или иначе, проскальзывает во многих легендах и мистических событиях прошлого. Так, арабский этап ее истории подарил миру миф о вероломном султане и ученых способностях придворного астролога Бируни. Правитель, по скрытой в веках причине ополчившийся на своего предсказателя, решил с помощью хитрости избавиться от него. Астролог должен был точно указать, каким выходом из зала воспользуется его хозяин, или же понести справедливое наказание. В своих вычислениях Бируни воспользовался астролябией и, записав результат на клочок бумаги, спрятал его под ковер. Хитрый султан приказал слугам вырубить в стене проход и вышел через него. Вернувшись, он открыл бумагу с предсказанием и прочел там сообщение, предугадывавшее все его действия. Бируни был оправдан и отпущен.

Неумолимое движение прогресса

Сегодня астролябия — это часть прошлого астрономии. Ориентация на местности с ее помощью перестала быть целесообразной уже с начала XVIII века, когда появился секстант. Периодически прибором все же пользовались, но еще спустя век или чуть больше астролябия окончательно перекочевала на полки коллекционеров и любителей древностей.

Современность

Приблизительное понимание устройства и функционирования прибора дает современный его потомок — планисфера.

Это карта, на которую нанесены звезды и планеты. Ее составляющие, стационарная и подвижная части, во многом напоминают основу и диск. Для определения правильного положения светил в конкретной части неба необходим верхний движущийся элемент, соответствующий по параметрам нужной широте. Схожим образом ориентируется и астролябия. Своими руками можно даже изготовить подобие планисферы. Такая модель даст представление и о возможностях ее древнего предшественника.

Живая легенда

Готовую астролябию можно купить в сувенирных лавках, иногда она появляется в коллекциях декоративных изделий, берущих за основу стиль сим-панк. Рабочие приборы найти, к сожалению, трудно. Планисферы также редки на прилавках наших магазинов. Интересные экземпляры можно обнаружить на заграничных сайтах, но стоить такая подвижная карта будет, как тот самый чугунный мост. Самостоятельное конструирование модели может оказаться делом, требующим массы времени, но результат стоит того и точно понравится детям.

Звездное небо, столь всеобъемлюще занимавшее умы древних, поражает своей красотой и загадочностью и современного человека. Такие приспособления, как астролябия, делают его немного ближе к нам, чуть понятнее. Музейный или сувенирный вариант прибора к тому же дает возможность ощутить мудрость наших предков, и две тысячи лет назад создававших инструменты, позволяющие довольно точно отображать мир и находить наше место в нем.

Сегодня астролябия — стильный сувенир, интересный своей историей и притягивающий взгляд необычностью конструкции. Когда-то это было значительным прорывом в астрономии, позволяющим соотнести положение небесных тел с местностью, практически единственным шансом на понимание, где на просторах океана или пустыни затерялся путник. И пусть прибор значительно проигрывает в функциональном плане своим современным аналогам, он всегда будет значимой частью истории, предметом, окутанным романтическим покровом тайны, а потому вряд ли затеряется в веках.

Вообще-то в заголовок вынесено название программы для создания подвижных карт звездного неба, но сначала немного истории...

Первые астрономические приборы появились задолго до наступления современного летоисчисления и одним из первых таких приборов была «астролябия». Вот что говорится о ней в Википедии :

Астролябия — один из старейших астрономических инструментов, появившийся в Древней Греции. Древнегреческий астроном Гиппарх (ок. 180-190 — 125 до н. э.), по-видимому, создал прообраз астролябии, а Клавдий Птолемей (II век) построил и описал астролабон — угломерный инструмент для определения положения звёзд.

С течением времени описание астролябии сначала перекочевало к арабам, которые внесли в её конструкцию свои усовершенствования, потом от арабов она попала в Европу и теперь уже европейцы внесли в свою очередь некоторые усовершенствования.

По сути своей астролябия является двухмерной моделью небесной сферы — это следует из названия прибора. Однако кроме астролябии двухмерной моделью небесной сферы также являются планисфера и звездная карта. Все даже намного интереснее — именно астролябия является прародительницей планисферы. Если заглянуть в русскую Википедию, то мы там можем прочитать о планисфере следующее:

Планисфера (от лат. planum — плоскость и греч. spháira — шар) — изображение сферы на плоскости в нормальной (полярной) стереографической проекции. Планисферы употреблялись вплоть до 17 века для определения моментов восхода и захода небесных светил. Обычно представляли собой координатную сетку, нанесённую на металлический диск, около центра которого вращалась облегчавшая отсчёты алидада. С введением специальных таблиц и номограмм планисферы вышли из употребления.

Если верить Википедии, то все планисферы давно уже «вымерли» и о них можно забыть. На самом деле русская Википедия попросту многого не «договаривает» о планисферах — чтобы убедиться в этом достаточно на англоязычную версию Википедии.

Есть и другое подтверждения ошибочности утверждений их русскоязычной вики, но для этого снова нужно вернуться в прошлое и тут я должен признать, что это будет возможно далеко не всем.

Я точно знаю, что все читатели моего блога учились в школе и у некоторых из них был в выпускном классе такой предмет, как «Астрономия». Даже если этого предмета в школе не было, но мой Читатель является любителем астрономии, то вы уже можете догадаться о чем пойдет речь дальше — конечно же о подвижной карте звездного неба . Данная карта служит для того, чтобы выяснить времена восхода, кульминации и захода светил небесной сферы. Это ее основное назначение. В качестве побочного назначения её можно использовать для навигации и в качестве звездных часов, но для этого уже прийдется приложить несколько больше сил и знаний, чем для определения времени кульминации светила, к примеру.

Эта карта представляет из себя весьма простой прибор, состоящий из двух частей — неподвижной карты и подвижного накладного круга. Карта обычно выпускается со звездным рисунком либо для северного полушария, либо для южного, а вот накладной круг по идее весьма индивидуален — в его вырез должен попадать только тот участок неба, который виден на определенной широте. Соответственно, для разных широт накладной круг должен быть разным. Именно поэтому серийно производятся подвижные карты с разными накладными кругами — когда будете приобретать такой прибор, то обратите на это внимание. Да что там описывать словами, лучше посмотрите на этот прибор своими глазами — вот как выглядит советская пластиковая подвижная карта звездного неба:


Накладной подвижный круг на этом приборе выполнен в виде полупрозрачной пленки с прозрачным участком, форма которого выполнена с учетом широты местности. Вот эта же карта в сборе, только вид сбоку:

Если вы решите приобрести этот прибор в нынешнее время, то вас будет ждать небольшой сюрприз — в российских магазинах вы его практически не найдете, т.к. наша промышленность попросту их не выпускает. Зато выпускает промышленность соседнего Китая по заказу Евросоюза и США. Но вы все равно не найдете этот прибор с помощью поисковых машин — называется он у них по-другому. А именно: планисфера! Вот типичный вид такой вот «забугорной» подвижной карты звездного неба (обратите внимание на название!):

Однако можно свести расходы по приобретению данного прибора к минимуму — ведь в интернете можно взять готовые выкройки это него и потом уже немного порукадельничать. Самое сложное — найти выкройку накладного круга именно для вашей широты и закрепить ее. К счастью, я лично баловался ручной сборкой этого прибора и могу дать пару советов на этот счет.

Итак, совет первый — для получения правильного накладного круга можно воспользоваться программой «Астролябия » (Astrolabe в оригинале и это веб-приложение) — но для этого нужно знать географические координаты вашего населенного пункта.

Совет второй — неподвижную карту лучше наклеить на прочное основание из тонкой фанеры, плотного картона или листа полиметилметакрилата . Далее в точке Полюса мира проделываем отверстие (его можно просверлить тонким сверлом). По выкройке накладного круга сначала делаем бумажную вырезку, потом берем лист полиметилметакрилата и по этой бумажной вырезке наносим на него отметки внешнего края круга, направление север—юг, точки востока и запада и овал выреза. Далее аккуратно обрезаем все лишнее — при помощи лобзика или надфилей выпиливаете накладной круг по внешней разметке. В получившейся части прибора просверливаете в центре отверстие и скрепляете его с неподвижной частью — картой — при помощи болта, двух гаек и трех шайб (накладной круг должен быть подвижным!).

Для города Барнаула соответствующие выкройки я уже сгенерировал при помощи Астролябии и их можно взять в виде PDF -файлов для последующей распечатки:

Этот старинный инструмент, сотворённый более двух тысячелетий тому назад, когда люди полагали, что Земля – это центр Вселенной. Астролябию иногда называют самым первым компьютером. Несомненно, это устройство с глубочайшей загадочностью и красотой

Первая астролябия появилась в Древней Греции. Витрувий в своём писании «Десять книг об архитектуре», рассказывая про астрономический инструмент, называемый «пауком», говорит, что его «изобрёл астроном Евдокс, а иные говорят - Аполлоний». Одной из основных частей этого инструмента являлся барабан, где было нарисовано небо с зодиакальным кругом

Стереографическую проекцию описал во II веке н. э. Клавдий Птолемей в сочинении «Планисферий». Впрочем, «астролабоном» сам Птолемей называл другой инструмент -армиллярную сферу. Окончательный вид астролябии был разработан в IV в. н. э. Так, в Александрии, почти через три сотни лет после Птолемея, математик и философ Гипатия была осуждена христианским обществом в сатанистских ритуалах, включающих, помимо всего прочего, использование астролябии. Она была избита, изнасилована и казнена в 415 году н.э. Ее ученик, Теон Александрийский, оставил после себя копии заметок по использованию астролябии.

После смерти Гипатии Европа "потеряла" астролябию после падения Римской Империи. Большинство древнегреческих познаний было утрачено в Западной Европе, население которой относилось к древнегреческой (а, следовательно, атеистской) технологии с большим подозрением. Однако ее бережно охраняли приверженцы ислама, использование астролябии ими подтверждается многими фактами. Без Испании и ее исламской религии Ренессанс никогда бы не наступил. Большинство найденных древнегреческих текстов были переведены на арабский. Позже их перевели на латинский, и тогда астролябия была вновь представлена подавляющему большинству европейцев.

Учёные исламского Востока усовершенствовали астролябию и стали применять её не только для определения времени и продолжительности дня и ночи, но также для осуществления некоторых математических вычислений и для астрологических предсказаний. Известно немало сочинений средневековых исламских авторов о различных конструкциях и применении астролябии.
Таковы книги ал-Хорезми, ал-Аструлаби, аз-Заркали, ас-Сиджизи, ал-Фаргани, ас-Суфи, ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси и др.

С XII века астролябии становятся известны в Западной Европе, где вначале использовали арабские инструменты, а позднее стали изготовлять свои по арабским образцам. В XVI веке их стали делать на основе собственных расчётов, чтобы применять в европейских широтах.

Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV-XVI столетиях, она наряду с армиллярной сферой была одним из основных инструментальных средств астрономического образования.

Знание астрономии считалось основой образования, а умение пользоваться астролябией было делом престижа и знаком соответствующей образованности. Европейские мастера, подобно своим предшественникам арабам, уделяли большое внимание художественному оформлению, так что астролябии стали предметом моды и коллекционирования при королевских дворах.

Точно описывать процесс работы астролябии было бы бессмысленно – лучше всего, если вы увидите это собственными глазами.

Челнообразная астролябия.

Как писал ал-Бируни, устройство этой астролябии, изобретённой ас-Сиджизи, происходит «из убеждения некоторых людей в том, что упорядоченное движение Вселенной принадлежит Земле, а не небесной сфере». На её тимпане изображаются эклиптика и звёзды, а на подвижной части - горизонт и альмукантараты.

На фото Арабская астролябия 1090г, из собрания National Museum of American

Совершенная астролябия. В этой астролябии, изобретённой ас-Сагани, за центр проектирования принимается не северный полюс мира, а произвольная точка небесной сферы. В этом случае основные круги сферы изображаются на тимпане уже не кругами и прямыми линиями, но кругами и коническими сечениями.

Универсальная астролябия. В этой астролябии, изобретённой аз-Заркали, за центр проектирования взята одна из точек равноденствия. В этом случае небесный экватор и эклиптика изображаются на тимпане прямыми линиями. Тимпан этой астролябии, в отличие от тимпанов обычных астролябий, пригоден для любой широты. Функции паука обычной астролябии здесь выполняет линейка, вращающаяся вокруг центра тимпана и называемая «подвижным горизонтом».

Сферическая астролябия. Небесная сфера представлена в этой астролябии в виде сферы, и её паук также имеет сферическую форму.

Наблюдательная астролябия. Эта астролябия представляет собой комбинацию армиллярной сферы и обычной астролябии, встроенной в кольцо, изображающее меридиан.

Линейная астролябия. Эта астролябия, изобретённая Шараф ад-Дином ат-Туси, представляет собой стержень с несколькими шкалами, с прикреплёнными к нему визирными нитями.

Морская астролябия. Это устройство, изобретённое португальскими мастерами в начале XV века, представляет собой чисто наблюдательный прибор и не предназначено для произведения аналоговых вычислений.

На фото Астролябия-квадрант, 1325г

В современных энциклопедиях говорится, что этот прибор предназначен для определения широты места. На самом деле функции астролябии гораздо разнообразнее: ее с полным правом можно назвать компьютером средневекового звездочета. Точного числа функции астролябии скорее всего не сможет назвать 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, не намного. Ведь с помощью этого уникального инструмента было возможно:

• пересчитывать эклиптические координаты звезд или Солнца в горизонтальные (т.е. определять их высоты и азимуты);
• с помощью наблюдений звезд и Солнца через специальный визир определять широту места, направления на разные города (в основном для вычисления направления на Мекку), определять время суток, определять звездное время;
• определять моменты восхода и захода светил, т.е. начала и окончания дня, а также моментов восхода звезд, а если имелись эфемериды, то и планет; определять восходящие и заходящие градусы эклиптики, т.е. асцендент и десцендент, строить дома гороскопа;

• определять широту 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);
• решать чисто земные задачи, типа измерения глубины колодца или высоты земного предмета; а также вычислять тригонометрические функции (синусы, косинусы, тангенсы, котангенсы).
• делать преобразования между тремя системами координат - экваториальными (прямое восхождение и склонение), эклиптическими (долгота, широта) и горизонтальными (азимут, высота), и многое-многое другое…

Вот как была устроена традиционная планисферная астролябия, обычно изготавливавшаяся из латуни.

Корпус чаще всего имел толщину около 6 мм и диаметр 15 – 20 см (у самых крупных астролябий – до 50 см). Хотя, нередко встречались и более солидные инструменты 30-40 см диаметром, известен гигантский экземпляр в 85 см, и наоборот, миниатюрные карманные версии всего 8 см диаметром. Дело в том, что от размера астролябии напрямую зависела и ее точность.

На фото пример того, как собрать простейшую астролябию.

НА фото Астролябия работы Mahmud ibn Shawka al-Baghdadi 1294-1295 диаметр - 96 мм. Из собрания National Maritime Museum, London

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 наблюдать 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 известным арабским ученым Аль-Бируни. Он предложил схему астролябии, которая автоматически показывала взаимное расположение Солнца и Луны, т.е. лунную фазу. Инструмент имел двойной корпус, внутри которого были закреплены шестерни. Если вращать с определенной скоростью внешний диск, в окошечке можно было наблюдать смену лунных фаз. Позднее появились астролябии, снабженные шестеренками, которые моделировали движение планетных сфер. Правда, в то время не было надежного механического привода, поэтому устройство было в полной мере 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.

И это неудивительно – ведь сложные арабские астролябии превратились в 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.

На фото Персидская астролябия 1223г

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.