Какой древний астрономический инструмент держит птолемей. Самые интересные инструменты, с помощью которых в прошлом изучали космос. Астрономическая обсерватория «Чанкильо»

Вся история астрономии связана с созданием все новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах, недоступных невооруженному человеческому глазу.

В истории астрономии можно отметить 4 основных этапа, характеризующихся различными средствами наблюдений. На 1-м этапе, относящемся к глубокой древности, люди с помощью специальных приспособлений научились определять время и измерять углы между светилами на небесной сфере. Повышение точности отсчётов достигалось главным образом увеличением размеров инструментов, 2-й этап относится к началу 17 в. и связан с изобретением телескопа и повышением с его помощью возможностей глаза при астрономических наблюдениях. С введением в практику астрономических наблюдений спектрального анализа и фотографии в середине 19 в. начался 3-й этап. Астрографы и спектрографы дали возможность получить сведения о химических и физических свойствах небесных тел и их природе. Развитие радиотехники, электроники и космонавтики в середине 20 в. привело к возникновению радиоастрономии и внеатмосферной астрономии, ознаменовавших 4-й этап.

Первым астрономическим инструментом можно считать вертикальный шест, закрепленный на горизонтальной площадке, - гномон, позволявший определять высоту Солнца, многих столетий. Зная длину гномона и тени, можно определить не только высоту Солнца над горизонтом, но и направление меридиана, устанавливать дни наступления весеннего и осеннего равноденствий и зимнего и летнего солнцестояний.

Развитие конструкций астрономических инструментов в Китае с древнейших времён шло, по-видимому, независимо от аналогичных работ на Бл. и Ср. Востоке и на Западе. Так, в 7 в. до н.э. в Китае в царстве Лу уже применяли гномон. В древней Греции на несколько десятилетий позже гномон использует Анаксимандр (610-540 гг. до н. э). Древнекитайский гномон представлял собой вертикально установленный шест высотой около 1,5-2 м с вытянутой прямоугольной площадкой в основании, на которой были нанесены деления, необходимые для измерений. По длине полуденной тени на этой площадке определяли моменты солнцестояний, равноденствий

Древнекитайский гномон

Достоверные сведения о древнегреческих астрономических инструментах стали достоянием последующих поколений благодаря "Альмагесту", в котором наряду с методикой и результатами астрономических наблюдений К. Птолемей приводит описание астрономических инструментов - гномона, армиллярной сферы, астролябии, квадранта, параллактической линейки, - применявшихся как его предшественниками (особенно Гиппархом), так и созданных им самим. Многие из этих инструментов были в дальнейшем усовершенствованы и ими пользовались на протяжении многих столетий.

К старинным угломерным инструментам принадлежат и квадранты. В простейшем варианте квадрант - плоская доска в форме четверти круга, разделенного на градусы. Около центра этого круга вращается подвижная линейка с двумя диоптрами.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы - модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами: полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. В конце XVI в. лучшие по точности и изяществу астрономические инструменты изготовлял датский астроном Т. Браге. Его армиллярные сферы были приспособлены для измерения как горизонтальных, так и экваториальных координат светил. Самая ранняя из известных наиболее полных армиллярных сфер - это созданный в Александрии в 140 г. н.э. метеороскоп с девятью кольцами. Однако более простые типы армиллярных сфер существовали на Западе и раньше. Птолемей говорит о трех таких инструментах. Установлено, что в 146-127 гг. до н.э. армиллярную сферу из четырех колец использовал Гиппарх.

Прибор, который представляет собой следующий шаг в развитии астрономического инструментария по сравнению с армиллярной сферой, - это торкветум, изобретенный арабами. В этом приборе кольца не вложены друг в друга, а установлены на отдельных стойках, что является более удобным и совершенным, чем в армиллярной сфере, в которой все кольца концентричны.

Знаменитый “Упрощенный прибор” - торкветум Гоу Шоуцзина, изготовленный в 1270 г. и находящийся в настоящее время в обсерватории на Пурпурной горе в Нанкине (Китай).

Дж. Нидэм указывал, что "Упрощенный прибор" - цзяньи Го Шоуцзина является предвестником всех экваториальных установок современных телескопов. По его мнению, знание устройства этого прибора тремя столетиями позже попало к датскому астроному Тихо Браге и привело его к экваториальной астрономии и конструированию соответствующих приборов. Что касается самой передачи идеи экваториального торкветума из Китая, то Дж. Нидэм полагает, что она происходила через посредство арабов к известному фламандскому математику, врачу и астроному Гемме Фризиусу в 1534, а от него - к Тихо Браге. И через последнего и его преемника, Иоганна Кеплера, современная европейская астрономия пришла к тому, чтобы стать экваториальной на китайский манер. При этом следует отметить, что со времен Го Шоуцзина в устройствах наших современных экваториальных установок не сделано никакого дальнейшего существенного продвижения.

В период раннего средневековья достижения древнегреческих астрономов были восприняты учёными Ближнего и Среднего Востока и Средней Азии, которые усовершенствовали их инструменты и разработали ряд оригинальных конструкций. Известны труды о применении астролябий и о их конструкциях, о солнечных часах и гномонах, написанные аль-Хорезми, аль-Фергани, аль-Ходженди, аль-Бируни и др. Существенный вклад в развитие астрономических инструментов внесли астрономы Марагинской обсерватории (Насирэддин Туей, 13 в) и Самаркандской обсерватории (Улугбек, 15 в), на которой был установлен гигантский секстант радиусом около 40 м.

Через Испанию и Южную Италию достижения этих астрономов стали известны в Северной Италии, Германии, Англии и Франции. В 15-16 вв. европейские астрономы использовали наряду с инструментами собственной конструкции также и описанные учёными Востока. Широкую известность получили инструменты Г. Пурбаха, Региомонтана (И. Мюллера) и особенно Тихо Браге и Я. Гевелия, которые создали много оригинальных инструментов высокой точности.

и инструменты навигации

Армиллярная сфера

Астролябия

Квадрант

Секста́нт

Хронометр морской

Морской компас

Универсальный инструмент

Армиллярная сфера есть собрание кругов, изображающих важнейшие дуги небесной сферы. Она имеет целью изобразить относительное положение экватора, эклиптики, горизонта и других кругов.

Астролябия (от греческих слов: άστρον - светило и λαμβάνω - беру), планисфера, аналемма - угломерный снаряд, употребляющийся для астрономических и геодезических наблюдений. А. применялась Гиппархом для определения долгот и широт звезд. Она состоит из кольца, которое устанавливалось в плоскости эклиптики, и перпендикулярного к нему кольца, на котором отсчитывалась широта наблюдаемого светила, после того как на него были наведены диоптры инструмента. По горизонтальному кругу отсчитывалась разность долгот между данным светилом в каким-нибудь другим. В позднейшее время А. была упрощена, в ней был оставлен только один круг, посредством которого мореплаватели отсчитывали высоту звезд над горизонтом. 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. Позднее вместо диоптр стали употреблять зрительные трубы, и, постепенно совершенствуясь, А. перешла в новый тип инструмента - теодолит, который и употребляется теперь во всех тех случаях, когда требуется некоторая точность измерений. В землемерном искусстве А. еще продолжает применяться, где при достаточно тщательной градуировке она позволяет измерять углы с точностью до минут дуги.

Гномо н (др.-греч. γνώμων - указатель) - древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца.

Квадрант (лат. quadrans, -antis, от quadrare - сделать четырехугольным) - астрономический инструмент, для определения зенитальных расстояний светил.

Октант (в морском деле - октан) - угломерный астрономический инструмент. Шкала октанта составляет 1/8 часть окружности. Октант применялся в мореходной астрономии; практически вышел из употребления.

Секстант (секстан) - навигационный измерительный инструмент, используемый для измерения высоты светила над горизонтом с целью определения географических координат той местности, в которой производится измерение.

Квадрант, октант и секстант отличаются только долей окружности (четвёртая, восьмая и шестая часть соответственно). В остальном это тот же прибор. Современный секстант имеет оптический визир.

Астрономический компендиум

представляет собой набор небольших инструментов для математических расчетов в едином футляре. Он обеспечивал пользователю множество вариантов в готовом формате. Это был не дешевый набор и, очевидно, указывал на богатство владельца. Этот сложный экспонат был изготовлен Джеймсом Кинвином для Роберта Деверю, второго графа Эссекса (1567 – 1601), чье оружие, гребень шлема и девиз выгравированы на внутренней стороны крышки. В компендиум входят пассажный инструмент для определения времени ночи по звездам, перечень широт, магнитный компас, перечень портов и гаваней, вечный календарь и лунный указатель. Компендиум мог использоваться для определения времени, высоты прилива в портах, а также календарных расчетов. Можно сказать, что это древний миникомпьютер.

Астрономией люди пытались заниматься с незапамятных времен. Чтобы наблюдать за планетами и звездами, им необходимы были некие инструменты, позволяющие производить расчеты и следить за поведением космических тел. Некоторые из самых интересных инструментов прошлого будут рассмотрены ниже.

Научные приспособления астрономов древности настолько сложны и часто непонятны, что нашим нынешним ученым потребовалось бы несколько месяцев только для того, чтобы разобраться, как ими пользоваться.

«Календарь», найденный на поле «Уоррен»

На поле Уоррен в 1976-ом году заметили странные рисунки, смысл которых ученым был непонятен до 2004 года. Только в этом году они смогли определить, что данные узоры являются неким подобием астрономического календаря. Уорренскому лунному календарю, по мнению исследователей, не менее 10 тыс. лет. Он представляет собой 45-метровую дугу, на которой равномерно расставлены углубления в количестве 12 штук. Каждое углубление соответствует расположению луны в определенном месяце, и даже отображает лунную фазу.

Следует отметить, что описанный ранее календарь старше Стоунхенджа на 6 тыс. лет. Несмотря на это, на нем имеется точка, ориентированная на точку восхода светила в зимнее солнцестояние.

Секстант под названием «Аль-Худжанди» с характерными росписями

Древний астроном, имя которого невозможно выговорить с первого раза (Абу Махмуд Хамид ибн аль Хидр Аль Худжанди), в свое время создал один из самых масштабных приспособлений для астрономической работы. Произошло это в 9-10 веках, и для того времени было невероятным научным прорывом.

Вышеописанная персона создала секстант, выполнив его в виде настенного рисунка. Данный рисунок располагался на 60-градусной дуге между парой внутренних стен строения. Длина дуги, в свою очередь, приравнивается к 43 метрам. Ее создатель поделил на градусы, каждый из которых с точностью ювелиров разделил на 360 отрезков. Таким образом, обыкновенная фреска превратилась в уникальный солнечный календарь, с помощью которого древний астроном совершал наблюдения за Солнцем. На крыше секстанта имелось отверстие, через которое луч нашего светила попадал на календарь, указывая на определенную отметку.

«Вольвеллы» и «человек-зодиак»

В четырнадцатом веке ученые-астрономы нередко в работе использовали странное приспособление, названное «Вольвеллой». Оно представляло собой несколько листов пергаментной бумаги с отверстиями в центре, которых накладывали друг на друга.

С помощью перемещения кругов-слоев «Вольвеллы» ученые могли производить необходимые расчеты, начиная от вычисления фазы Луны, и заканчивая положением светила в Зодиаке.

«Вольвеллу» могли приобрести только богатые и статусные люди, поэтому для некоторых она была скорее модным аксессуаром, но тот, кто умел ею пользоваться, считался осведомленным и грамотным человеком.

Доктора средних веков свято верили в то, что частями тела человека управляют созвездия. Например, за голову отвечало созвездие «Овен», а за интимные участки – «Скорпион». Поэтому вышеописанное приспособление часто применялись для диагностики, помогая врачам определить причины развития заболевания того либо иного органа.

Древнейшие «Солнечные часы»

В современное время такие часы можно встретить в садах и дворах, где они служат ландшафтным декором. В древние времена их использовали не только для вычисления времени, но и для наблюдений за движением светила по небу. Одно из самых древних подобных приспособлений обнаружили в «Долине Царей», которая находится, как известно, в Египте.

Самые древние часы представляют собой известняковую пластину, на которой выгравирован полукруг, разделенный на 12 отрезков. В середине полукруга имелось отверстие, в которое вставлялась палка либо подобное приспособление, отбрасывающее тень. Эти часы произвели в 1500-1070 годах до нашей эры.

Кроме этого, древние «солнечные часы» обнаружили на территории Украины. Они были захоронены более трех тысяч лет назад. Благодаря ним ученые поняли, что представители цивилизации «Зрубны» могли определять широту и долготу.

Диск из Небры

Назвали диск в честь германского города, в котором его нашли в 1999 году. Данную находку признали самым древним изображением космоса среди всех, которые когда-либо находили археологи. В захоронении, где лежал диск, нашли также орудия труда: топор, долото, мечи, отдельные части кольчужного доспеха, возраст которых – 3600 лет.

Сам диск был изготовлен из бронзы, покрытой патиной. На нем имелись вставки из ценного материала золота, изображающие космические тела. Среди данных тел имелись: светило, Луна, звезды «Ориона», «Андромеды», «Кассиопея».

Астрономическая обсерватория «Чанкильо»

Древнюю обсерваторию, найденную на территории Перу, признали самой сложной из всех ныне известный. Ее нашли в 2007 году совершенно случайно, после чего долго пытались определить предназначение загадочного строения.

Обсерватория состоит из тринадцати башен, которые установлены в виде прямой линии, протяженность которой составляет триста метров. Одна башня направлена четко на точку восхода светила в летнее солнцестояние, другое аналогичное сооружение – в зимнее солнцестояние. Соорудили вышеописанную обсерваторию более трех тысяч лет назад. Таким образом, она стала самой древней обсерваторией солнечной, когда-либо найденной на территории Америки.

Атлас «Poetica Astronomica»

Атлас со звездами Гигина признали самым древним творением, в котором изображены и описаны созвездия. По одним данным, его написал Г.Ю.Гигин, живший в период с 64 по 17 годы до нашей эры. Другие приписывают произведение Птолемею.

Переиздали «Poetica Astronomica» в 1482-м году. В данном произведении, кроме созвездий и их описаний, говорится о мифах, связанных с созвездиями. Другие подобные издания предназначались для изучения астрономии, поэтому содержали конкретную и четкую информацию. «Poetica Astronomica», в свою очередь, написана в причудливом и игривом стиле.

«Космический глобус»

«Космический глобус» произвели древнейшие астрономы еще в те времена, когда принято было думать, что все космические тела вращаются вокруг нашей Земли. Первые подобные изделия изготавливали мастера Древней Греции. Первый «глобус космоса», форма которого была аналогичной современному глобусу, произвел немецкий ученый-астроном Й. Шенер.

На сегодняшний день в целостности и сохранности остались только два глобуса Шенера, один из которых, произведенный в 370-ом году до н.э., представлен на фотографии. Это произведение искусства изображает созвездия, расположенные в ночном небе.

«Армиллярная сфера» - самый прекрасный инструмент древних астрономов

Конструкция этого инструмента состоит из центральной точки и колец, окружающих ее. «Армиллярная сфера» появилась задолго до «Космического глобуса», но отображает положение планет не хуже.

Все древние сферы принято было делить на два вида: демонстрационные и наблюдательные. Ими пользовались даже мореплаватели, определяя с их помощью свои координаты. Астрономы, используя сферу, вычисляли экваторы и эклиптические координаты космических тел на протяжении нескольких веков.

Необычная старейшая обсерватория «Эль-Караколь», расположенная в Чичен-Ице

Древнюю исследовательскую станцию соорудили примерно в 455 году до нашей эры. Ее отличает необычное предназначение: с ее помощью наблюдали за перемещением Венеры. К слову, в те времена основными объектами для астрономических наблюдений являлись Солнце и звезды. Венеру считали священным космическим телом майя и другие древние цивилизации, но почему для наблюдений за ней соорудили целую обсерваторию, которая служила еще и храмом, ученым непонятно. Возможно, мы пока недооцениваем эту прекрасную планету.

Небесные светила интересовали людей с незапамятных времён. Ещё до революционных открытий Галилея и Коперника астрономы предпринимали неоднократные попытки выяснить закономерности и законы движения планет и звёзд и использовали для этого специальные инструменты.

Инструментарий древних астрономов был настолько сложен, что современным учёным потребовались годы, чтобы разобраться в их устройстве.

Хотя странные углубления на поле Уоррен обнаружили с воздуха еще в 1976 году, только в 2004 году было определено, что это древний лунный календарь. Как полагают ученые, найденному календарю порядка 10 000 лет.

Он выглядит как 12 углублений, расположенных по дуге в 54 метра. Каждая лунка синхронизирована с лунным месяцем в календаре, причем с поправкой на лунную фазу.

Удивительно также то, что календарь в Уоррен Филд, который был построен за 6000 лет до Стоунхенджа, ориентирован на точку солнечного восхода в день зимнего солнцестояния.

Сохранилось очень мало сведений о Абу Махмуд Хамид ибн аль-Хидр Аль-Худжанди, кроме того, что он был математиком и астрономом, который жил на территории современных Афганистана, Туркменистана и Узбекистана. Также известно, что он создал один из крупнейших астрономических инструментов в 9-10 веках.

Его секстант был сделан в виде фрески, расположенной на 60-градусной дуге между двумя внутренними стенами здания. Эта огромная 43-метровая дуга была поделена на градусы. Мало того, каждый градус был с ювелирной точностью разделен на 360 частей, что сделало фреску потрясающе точным солнечным календарем.

Над дугой Аль-Худжанди располагался куполообразный потолок с отверстием посередине, сквозь которое солнечные лучи падали на древний секстант.

В Европе на рубеже 14-го века учеными и врачами использовалась довольно странная разновидность астрономических инструментов – вольвеллы. Они выглядели, как несколько круглых листов пергамента с дыркой в центре, наложенные друг на друга.

Это позволяло перемещать круги, чтобы рассчитать все необходимые данные — от фаз Луны до положения Солнца в Зодиаке. Архаичный гаджет помимо своей основной функции также являлся символом статуса – только самые богатые люди могли обзавестись вольвеллой.

Также средневековые врачи верили, что каждая часть человеческого тела управляется своим созвездием. К примеру, за голову отвечал Овен, а за гениталии – Скорпион. Поэтому для диагностировки врачи использовали вольвеллы, чтобы рассчитать текущее положение Луны и Солнца.

К сожалению, вольвеллы были довольно хрупкими, поэтому сохранились лишь очень немногие из этих древних астрономических инструментов.

Сегодня солнечные часы служат разве что для украшения садовых лужаек. Но когда-то они были необходимы для отслеживания времени и движения Солнца по небу. Одни из старейших солнечных часов были найдены в Долине царей в Египте.

Они датируются 1550 — 1070 годами до н.э. и представляют собой круглый кусок известняка с нарисованным на нем полукругом (разделенным на 12 секторов) и отверстием в середине, в который вставлялся стержень, отбрасывающий тень.

Вскоре после обнаружения египетских солнечных часов, подобные были найдены в Украине. Они были захоронены с человеком, который умер 3200 — 3300 лет назад. Благодаря украинским часам ученые узнали, что цивилизация Зрубна обладала знаниями геометрии и умела высчитывать широту и долготу

Названный по имени немецкого города, где он был обнаружен в 1999 году, «небесный диск из Небры» является старейшим изображением космоса, когда-либо найденным человеком. Диск был захоронен рядом с долотом, двумя топорами, двумя мечами, и двумя кольчужными наручами около 3600 лет назад.

На бронзовом диске, покрытом слоем патины, были золотые вставки, изображающие Солнце, Луну и звезды из созвездий Орион, Андромеда и Кассиопея. Никто не знает, кто сделал диск, но расположение звезд говорит о том, что создатели были расположены на той же широте, что и Небра

Древняя астрономическая обсерватория Чанкильо в Перу является настолько сложной, что ее истинное предназначение было обнаружено только в 2007 году с помощью компьютерной программы, предназначенной для выравнивания панелей солнечных батарей.

13 башен комплекса выстроены по прямой линии протяженностью 300 метров вдоль холма. Изначально ученые думали, что Чанкильо — фортификационные сооружения, но для форта это было невероятно плохое место, поскольку в нем не было ни оборонительных преимуществ, ни проточной воды, ни источников пропитания.

Но потом археологи поняли, что одна из башен смотрит на точку восхода солнца при летнем солнцестоянии, а другая – на точку восхода солнца при зимнем солнцестоянии. Построенные около 2300 лет назад башни являются старейшей солнечной обсерваторией в Америке. По этому древнему календарю до сих пор можно определить день года с максимум двухдневной погрешностью.

К сожалению, огромный солнечный календарь из Чанкильо — это единственный след цивилизации строителей этого комплекса, которые предшествовали инкам более чем на 1000 лет

Звездный атлас Гигина, также известный как «Poetica Astronomica» был одним из первых сочинений с изображениями созвездий. Хотя авторство атласа спорно, он иногда приписывается Гаю Юлию Гигину (римскому писателю, 64 г. до н.э. — 17 г. н.э.). Другие утверждают, что работа имеет сходство с трудами Птолемея.

В любом случае, когда Poetica Astronomica была переиздана в 1482 году, она стала первым печатным произведением, в котором были показаны созвездия, а также мифы, связные с ними.

В то время как другие атласы предоставляли более конкретную математическую информацию, которая могла быть использована для навигации, Poetica Astronomica представляла собой более причудливую, литературную интерпретацию звезд и их историю.

Небесный глобус появился еще тогда, когда астрономы считали, что звезды перемещаются по небу вокруг Земли. Небесные глобусы, которые были созданы, чтобы отобразить эту небесную сферу, начали создавать еще древние греки, а первый глобус в форме, аналогичной современным глобусам, был создан немецким ученым Йоханнесом Шёнером.

На данный момент сохранились только два небесных глобуса Шёнера, которые являются настоящими произведениями искусства, изображающими созвездия в ночном небе. Старейший сохранившийся пример небесного глобуса датируется около 370 г. до н.э.

Армиллярная сфера — астрономический инструмент, в котором несколько колец окружают центральную точку — была далеким родственником небесного глобуса.

Существовали два разных типа сфер — наблюдательная и демонстрационная. Первым из ученых, кто использовал подобные сферы, был Птолемей.

С помощью этого инструмента можно было определить экваториальные или эклиптические координаты небесных тел. Наряду с астролябией, армиллярная сфера использовалась моряками для навигации на протяжении многих веков.

Обсерватория Эль-Караколь в Чичен-Ице была построена между 415 и 455 г. н.э. Обсерватория была очень необычной — в то время как большинство астрономических инструментов были настроены на наблюдение за движением звезд или Солнца, Эль-Караколь (в переводе «улитка») была построена для наблюдения за движением Венеры.

Для майя Венера была священна – буквально все в их религии основывалось на культе этой планеты. Эль-Караколь помимо того, что был обсерваторией, также являлась храмом бога Кетцалькоатля.