Астролябия. Что это такое?⁠⁠

Который час? Этот вопрос мы задаем себе или слышим от окружающих десяток раз за день. И получить на него ответ не составляет труда - под рукой всегда смартфон, часы (сейчас они тоже зачастую “смарт”), настенные часы, часы в правом нижнем углу (Привет читателям с ПК!).

Время мы определяем с труднопредставимой точностью - в несколько аттосекунд, используя для этого стронциевые часы. Чтобы успеть на автобус такой точности не требуется, зато это позволило увеличить разрешение наших навигационных систем до десятков сантиметров.

Но все это достижения современной науки. Мы принимаем их как данность и не задумываемся, какой путь развития прошло человечество.
А как обстояли дела с измерением времени сто, двести, тысячу лет назад?

Представьте себе устройство, позволяющее определить время, дату, позволяющее предсказывать наступление определенных астрономических событий, предсказывать или напрямую определять положение объектов на небесной сфере? Пфф, нашел чем удивить, у меня есть смартфон и гугл, - скажете вы. А теперь добавьте к этому устройству теодолит и дальномер - и попробуйте сохранить изящный внешний вид и компактность. Хмм.… Представьте, что это устройство существует уже более тысячи лет. Ооооо! То-то же.  И устройство это - астролябия. О ней и пойдет речь в данной статье.

Обратимся к основам. И начнем, пожалуй, с определений. Слово «астролябия» имеет греческие корни ἁστρο – «звезда» и λάβον– «брать», что подразумевает возможность измерения положение звезды, возможность «взять ее с неба» (араб. asṭurlāb). Помимо планисферной - самой распространенной, “классической” астролябии, существуют также сферические, линейные, морские, геодезические - о них я расскажу как-нибудь в другой раз. Планисферная астролябия основана на принципе планисферической проекции, то есть на проецировании небесной сферы на плоскость. Сам термин “планисферическая проекция” имеет античное происхождение и позднее был замещен термином “стереографическая проекция”.

Астролябия - самый популярный инструмент в истории астрономии. Первые дошедшие до нас упоминания о ней и самый старые из сохранившихся инструментов относятся к первому тысячелетию нашей эры. С тех пор - от своих эллинских корней и до заката эпохи ее использования, она подвергалась все большему совершенствованию своих составных частей, появлялись новые шкалы и области их использования. На закате эпохи использования, к концу 17 века, астролябии зачастую имели декоративную функцию и, вобрав в себя все знания, мастерство и труд сотен поколений, превратились в дорогой подарок какой-нибудь значимой особе.

Астролябия состоит из множества составных частей и для их обозначения я буду использовать полюбившуюся мне смесь русских, латинских, английских и арабских названий.

Вот “взрывная” диаграмма устройства любой астролябии.

Основными ее частями являются:

- корпус, латинское его название - mater, арабское - umm; имеет переднюю и оборотную сторону. На передней стороне (англ. face, арабск. wajh) особо отмечу - лимб с градусной разметкой и углубление для помещения в него тимпанов и рете(паука), задняя сторона (англ. back, арабск. ẓahr) имеет несколько шкал и лимбов, назначение которых я опишу отдельно;

- трон (англ. throne, арабск. kursī), подвес и кольцо - в верхней части корпуса, используемые для подвешивания астролябии в вертикальном положении в процессе измерений положения объектов на небе. Трон часто украшен каллиграфическими письменами и рисунками и имеет причудливую форму;

- линейка (англ. rule) - размещалась на лицевой стороне как указатель или для отсчитывания склонений небесных тел (не являлась обязательным элементом инструментов восточного происхождения в которых фиксация конструкции происходила не винтом с гайкой, а осью со специальным шплинтом в форме лошади, который так и назывался - “лошадка”(арабск. faras));

- алидада (ударение на предпоследний слог; от арабского al-iḍāda) - служила для измерений при наблюдениях и вычислений на оборотной стороне астролябии;

- тимпан (ударение на второй слог; англ. plate, арабск. ṣafīḥa) - сменный диск, неподвижно закрепляемый в корпусе астролябии, рассчитанный на конкретную широту местности и представляющий собой местную(горизонтальную) систему координат наблюдателя; на нем отмечены линия горизонта, круги равных высот и азимутальные дуги; каждая сторона тимпана предназначалась для использования на одной конкретной широте, это значение обычно нанесено вблизи центра тимпана;

- рете (с ударением на первый слог; англ. rete, арабск. ankabūt (“паук” в переводе)) - важнейший элемент астролябии. Представляет собой ажурную подвижную конструкцию на которой обозначаются основные точки и круги небесной сферы, включая звезды;

Вот так выглядят эти элементы на астролябии 1660года, выполненной иранским мастером Muhammad Mehdi Al-Yazdi. Кстати, эта астролябия была продана на аукционе Cristie’s в 2017 года за 37500 GBP. Удивительно мало в сравнении, к примеру, с образчиками живописи аналогичного исторического периода.

На первом фото - корпус, рете, алидада, тимпаны и скрепляющий их винт. На рете отмечены 44 (!!) звезды, в углублении корпуса часто встречающийся в арабских астролябиях справочник городов (gazetteer), тимпанов - 4 штуки, рассчитанных под различные широты, а также специальный диск с линиями горизонтов (на фото самый нижний).

Следующее фото- эта же астролябия в сборе. Слева передняя сторона. Корпус и трон украшены арабеской с каллиграфическим посвящением. Справа на фото - задняя сторона астролябии. Видно, что алидада не имеет никаких особых шкал, в левом верхнем квадранте - шкала синусов, в правом - специальная шкала для определения киблы - направления на священную для мусульман Каабу в Мекке.

В нижней половине оборотной стороны хорошо видная теневая шкала и шкала котангенсов.

Ээм, синусов, алидадусов, шта? Где это все?- наверняка подумали вы. А потому давайте рассмотрим отдельные части астролябии и шкалы на ней чуть поближе. И для этого возьмем более поздний инструмент, изготовленный в 1705 году все в том же Иране. Благодаря прекрасной сохранности и богатому оформлению эта астролябия была продана на том же аукционе уже за 170000 GBP.

Начнем с тимпана. Вблизи центра обозначена широта места, для которой этот тимпан рассчитан. В некоторых случаях эта широта соответствовала конкретному городу, например Мекке, Багдаду, Исфахану. Кроме того, часто значение широты соответствовало одному из семи “климатов”. Понятие климатов было известно со времен Древней Греции (работы Эратосфена Киренского (276-194гг. до н.э.)). Согласно определению Птолемея, первый климат - это широтный пояс, на центральной параллели которого максимальная продолжительность дня составляла 13 часов, второй имел 13 часов 30 минут, третий 14 часов и т.д. Тимпан на иллюстрации ниже предназначен для второго климата. Вне зависимости от системы обозначения широты на тимпане, указание максимальной продолжительности дня на восточных астролябиях было обязательным.

Теперь взглянем на основные линии, нанесенные на тимпан. Вертикальная линия, проходящая через центр - линия меридиана (точка направления на юг находится сверху, направление на север - снизу), горизонтальная - так называемый “прямой горизонт”. Точки пересечения этой линии с линией горизонта (5) являются точками запада и востока на горизонте. Три круга (1) в порядке удаления от центра - это тропик Рака, небесный экватор и тропик Козерога. Пересечение линии (4), называемой первым вертикалом, с линией меридиана отмечает точку зенита. Линии (2), проходящие от горизонта до горизонта через зенит - азимутальные линии, на данном тимпане нанесены с шагом в 10 градусов. Круговые линии (3), концентрически расходящиеся от точки зенита называют кругами равной высоты или альмукантаратами. Альмукантараты и азимутальные дуги образуют систему координат, которую мы сейчас называем азимутальной или горизонтальной. Для широты тимпана не все линии укладываются внутрь тропика Козерога, что накладывает некоторое ограничение на вычисления положения объектов, находящихся на южной стороне неба.

В нижней части тимпана расположены линии неравных часов (7) и линии итальянских равных часов (6). Система неравных часов была основной системой исчисления времени очень долгое время. Дневное и ночное время делилось на 12 равных по продолжительности часов, продолжительность каждого такого часа, очевидно, зависела от широты места наблюдения и времени года. Летом дневные часы могли (да и сейчас могут, но применяется такая система лишь в монастырях Афона) быть в полтора-два раза продолжительнее ночных. Система равных часов - следующий шаг развития системы исчисления времени, сделанный, вероятно, европейскими мастерами на фоне повсеместного применения механических часов. Сейчас невозможно сказать кто именно и когда сделал это впервые. Точкой отсчета в такой системе мог служить заход Солнца и тогда эти часы назывались вавилонскими, если же точкой отсчета служил восход Солнца - то часы называли итальянскими.

Рассмотрим теперь рете. Оно является важнейшим элементом астролябии и представляет собой систему элементов небесной сферы. Мастера всегда декорировали его с максимальным усердием. На данном рете в характерные восточные растительные мотивы вплетены указатели звезд (3) и кольцо эклиптики (1), поделенное на 12 зодиакальный секторов (я выделил несколько (2)). Внутренний контур наружной “подковки” рете совпадает с линией тропика Козерога на тимпане, то есть ось вращения рете совпадает с северным полюсом небесной сферы. Отсюда следует интересная особенность: для нанесения звезд на плоскость рете очень удобно использовать экваториальные координаты - прямое восхождение и склонение. Вуаля! Астролябия очень удобна для пересчета азимутальных координат в экваториальные и наоборот. Нет необходимости решать первый астрономический треугольник, а зная экваториальные координаты объекта на небе, вы легко можете найти их на плоскости рете и на небе.

Вложив в углубление в корпусе астролябии тимпан, а поверх него рете и закрепив их осью со шплинтом, мы подготовили астролябию к работе.

По внешнему контуру корпуса расположен лимб (1), поделенный на 360 градусов, внешний край лимба поделен на 24 часовых сектора (2). Таким образом, градусные линии могут использоваться для определения времени и цена одного такого деления - 4 минуты. Все операции, связанные с определением времени или даты, нахождения объектов на небе в определенные дни или по текущим наблюдениям, а также обратные задачи осуществляются путем вращения рете. Для некоторых задач - с использованием элементов оборотной стороны. Наличие линейки в европейских астролябиях еще больше расширяет ее функционал. Но об этом я расскажу как-нибудь в другой раз, а пока рассмотрим оборотную сторону.

Если на передней стороне для различных операций нам необходимо вращать рете и линейку (в случае ее наличия), то на оборотной - вращаем алидаду.

Для определения углов восхождения объектов используется градусная шкала (1). Данная астролябия, как и многие восточные астролябии имеет шкалу синусов/косинусов (2) для решения тригонометрических задач. Эта шкала известна по крайней мере с IX века, но широкое распространение получила лишь в XII веке. Принцип действия ее весьма прост: если установить алидаду на заданный угол, то по вертикальной оси можно отсчитывать синус этого угла (3), а по горизонтальной - косинус. Также в этом квадранте часто размещаются линии неравных часов (4) для определения времени по положению солнца.

В правой части расположена шкала зодиакальных знаков (5), где дуги представляют собой номограмму движения солнца в течение года. Каждая дуга - это круг склонения, пересекающий соответствующий знак зодиака. На этом же поле в восточных астролябиях размещались линии максимальных высот солнца в полдень и специальный набор линий, помогающих определить киблу.

В нижней части расположены так называемый квадрат “теней” (6), используемый для определения высот и расстояний на местности, шкала лунных домов (7), используемая в астрологии, и шкала, используемая для тригонометрических задач, требующих вычисления котангенса (8).

Впервые увидев астролябию, я был поражен ее красотой. А начав изучать все, что с ней связано - я был просто потрясен, что такие сложные устройства существовали уже более полутора тысяч лет назад! И как мало информации и даже простых упоминаний можно найти на популярных ресурсах. Пора это исправлять.

И вот где-то в процессе изысканий я для себя решил, что обязан не только разобраться как астролябия устроена и что с ее помощью можно сделать, но и изготовить себе одну. Или несколько :)

Об этом в следующий раз.

Если вам нравится тематика древней и не очень астрономии — вы можете присоединяйтесь к моему сообществу в ВК. Будет много интересного!

Это мой первый пост на Пикабу, прошу сильно не пинать, а указать на недостатки.