Астролябия: как древние учёные измеряли звёзды

Этот удивительный прибор, созданный более двух тысячелетий назад, когда люди верили, что Земля находится в центре Вселенной, справедливо называют первым аналоговым компьютером в истории. Астролябия объединяет в себе инженерную точность, математическую сложность и художественное мастерство, сохранив своё очарование до наших дней.

Как появилась астролябия

Прообраз астролябии возник в Древней Греции. Римский архитектор Витрувий в своём трактате «Десять книг об архитектуре» описал астрономический прибор под названием «паук» и сообщил, что его создал астроном Евдокс, хотя некоторые исследователи приписывали изобретение Аполлонию Пергскому. Одной из ключевых частей этого инструмента служил барабан с изображением небесной сферы и зодиакального круга.

Математические основы инструмента заложил Клавдий Птолемей во втором веке нашей эры, описав в сочинении «Планисферий» принцип стереографической проекции. Примечательно, что сам Птолемей называл астролабоном совсем другой прибор - армиллярную сферу. Окончательный вид классической астролябии разработал в четвёртом веке александрийский математик Теон, назвавший своё творение «малым астролабоном». Первые дошедшие до нас трактаты об устройстве принадлежат философам Синезию, Иоанну Филопону и Северу Себохту.

Трагическая судьба Гипатии Александрийской

Дочь Теона Александрийского, философ и математик Гипатия, продолжила дело отца и стала одной из самых образованных женщин своего времени. Она преподавала в Александрии, комментировала труды Птолемея и совершенствовала астрономические инструменты. Однако в 415 году её трагически убила толпа христианских фанатиков. Гипатию обвинили в колдовстве, поскольку она поддерживала римского префекта Ореста в его противостоянии с александрийским епископом Кириллом. Эта гибель потрясла античный мир и стала символом религиозной нетерпимости поздней Римской империи.

Расцвет в арабском мире

После упадка Римской империи астрономические знания сохранились благодаря учёным исламского Востока. Арабские мастера усовершенствовали астролябию, расширив её применение: помимо определения времени и продолжительности суток, инструмент стали использовать для сложных математических вычислений и астрологических расчётов. Трактаты о конструкции и применении прибора оставили аль-Хорезми, аль-Аструлаби, аз-Заркали, ас-Сиджизи, аль-Фаргани, ас-Суфи, аль-Бируни, Насир ад-Дин ат-Туси и многие другие выдающиеся учёные.

Возвращение в Европу

С двенадцатого столетия астролябии начали проникать в Западную Европу. Первоначально европейцы пользовались арабскими инструментами, затем научились изготавливать собственные по восточным образцам. К шестнадцатому веку мастера создавали приборы на основе собственных расчётов, адаптированных к европейским широтам. Пик популярности пришёлся на эпоху Возрождения: в пятнадцатом и шестнадцатом веках астролябия наряду с армиллярной сферой служила главным инструментом астрономического образования.

Знание астрономии считалось фундаментом образованности, а владение астролябией — признаком высокой культуры. Европейские мастера, следуя арабским традициям, уделяли огромное внимание художественному оформлению: инструменты украшали драгоценными камнями, покрывали золотом и серебром. Астролябии превратились в предметы роскоши и коллекционирования при королевских дворах.

Разновидности астролябий

Челнообразная астролябия

По свидетельству аль-Бируни, конструкция этой модели, созданной ас-Сиджизи, основывалась на представлении о том, что упорядоченное движение Вселенной принадлежит Земле, а не небесной сфере. На её тимпане изображали эклиптику и звёзды, а подвижная часть содержала горизонт и альмукантараты.

На изображении представлена арабская астролябия 1090 года из собрания Национального музея американской истории:

Совершенная астролябия

Изобретённая ас-Сагани, эта модель отличалась тем, что за центр проектирования принималась не точка северного полюса мира, а произвольная точка небесной сферы. В результате основные круги изображались на тимпане не только окружностями и прямыми линиями, но и коническими сечениями.

Универсальная астролябия

Творение аз-Заркали использовало одну из точек равноденствия в качестве центра проектирования. При таком подходе небесный экватор и эклиптика отображались на тимпане прямыми линиями. Главное преимущество конструкции состояло в том, что тимпан подходил для любой географической широты. Функции паука выполняла линейка, вращавшаяся вокруг центра и называвшаяся «подвижным горизонтом».

Сферическая астролябия

В этой модели небесная сфера представлена объёмной формой, а паук также имеет сферическое исполнение.

Наблюдательная астролябия

Представляла собой комбинацию армиллярной сферы и классической астролябии, встроенной в кольцо меридиана.

Линейная астролябия

Изобретение Шараф ад-Дина ат-Туси выглядело как стержень с несколькими шкалами и прикреплёнными визирными нитями.

Морская астролябия

Созданная португальскими мастерами в начале пятнадцатого века, эта модификация представляла собой чисто наблюдательный прибор без аналоговых вычислительных функций. Она служила морякам для определения широты по высоте солнца или звёзд.

На изображении представлен астролябия-квадрант 1325 года:

Тысяча способов применения

Современные справочники обычно указывают, что астролябия предназначалась для определения географической широты. Однако возможности инструмента были несравнимо шире: его справедливо называют компьютером средневекового звездочёта. Точное число функций назвать невозможно, поскольку разные модели выполняли различные задачи. Ещё в десятом веке арабский учёный ас-Суфи составил подробный трактат из 386 глав, где описал около тысячи способов применения астролябии.

С помощью этого универсального прибора можно было:

• пересчитывать эклиптические координаты звёзд и Солнца в горизонтальные, определяя их высоту и азимут
• через наблюдения светил определять географическую широту, направление на различные города, в том числе на Мекку, а также точное время суток
• вычислять моменты восхода и захода светил, продолжительность дня, восходящие и заходящие градусы эклиптики для построения астрологических домов гороскопа

• определять широту местности по высоте Солнца в полдень или звёзд в кульминации
• решать практические задачи: измерять глубину колодца или высоту здания, вычислять тригонометрические функции
• выполнять преобразования между тремя системами небесных координат: экваториальной, эклиптической и горизонтальной

Устройство классической астролябии

Традиционная планисферная астролябия изготавливалась из латуни. Корпус обычно имел толщину около шести миллиметров и диаметр от пятнадцати до двадцати сантиметров, хотя встречались и крупные экземпляры до полуметра. Известна гигантская астролябия диаметром 85 сантиметров и, напротив, миниатюрные карманные версии всего восемь сантиметров в поперечнике. Размер напрямую влиял на точность показаний.

На иллюстрации показан принцип сборки простейшей астролябии:

Астролябия работы Махмуда ибн Шавки аль-Багдади, созданная в 1294–1295 годах, диаметром 96 миллиметров, из собрания Национального морского музея в Лондоне:

Астролябия и измерение времени

В эпоху расцвета арабской цивилизации дневное время отсчитывали по солнечным часам, а ночное — по водяным или песочным. Астролябия позволяла сверять их показания: днём наблюдали высоту Солнца, ночью — яркие звёзды, отмеченные на пауке инструмента. Выдающийся учёный аль-Бируни разработал схему астролябии с шестерёнчатым механизмом, которая автоматически показывала взаимное расположение Солнца и Луны, то есть лунную фазу. При вращении внешнего диска с определённой скоростью в специальном окошке можно было наблюдать смену лунных фаз.

Позднее появились астролябии с шестерёнками, моделировавшими движение планетных сфер. Однако в отсутствие надёжного механического привода полноценная реализация стала возможной лишь в средневековой Европе после изобретения гиревого и пружинного приводов. Первые механические часы на башнях европейских соборов нередко выполнялись в виде астролябий.

Искусство и престиж

Сложные арабские астролябии превратились в настоящие произведения ювелирного искусства. Указатели звёзд выглядели не простыми штырьками, а изящными спиралями и завитками в форме листьев. Корпус инкрустировали драгоценными камнями, отделывали золотом и серебром. Роскошный инструмент придавал весомость предсказаниям придворного астролога перед лицом визиря или шаха, а от благосклонности правителя зависело развитие астрономии в государстве.

Существует легенда об аль-Бируни. Однажды коварный правитель решил погубить неугодного учёного и задал ему вопрос: через какую дверь — северную или южную — он выйдет из зала? Проделав вычисления с астролябией, находчивый Бируни ответил, что будет прорублена новая дверь. Ответ оказался верным. Впрочем, чаще правители проявляли щедрость к придворным астрологам, выделяя средства на строительство обсерваторий и составление зиджей — таблиц эфемерид. Это способствовало медленному, но неуклонному развитию астрономической науки.

Французская астролябия конца шестнадцатого — начала семнадцатого века:

Наследие астролябии

Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звёздного неба, используемая в образовательных целях. Этот простой инструмент сохраняет принцип работы древнего прибора и помогает любителям астрономии ориентироваться среди созвездий.

Таков долгий путь сквозь века, который проделал этот удивительный астрономический инструмент. Несмотря на появление компьютеров и могучих телескопов, астролябия не утратила своего волшебного очарования и продолжает восхищать ценителей истории науки.

Интересный факт

Одним из лучших европейских мастеров шестнадцатого столетия считался фламандец Гуалтерус Арсениус. Его астролябии славились точностью и изяществом, их заказывали знатные особы со всей Европы. Один из инструментов Арсениуса, изготовленный в 1568 году и принадлежавший знаменитому полководцу Тридцатилетней войны Альбрехту фон Валленштейну, ныне хранится в Музее М. В. Ломоносова в Санкт-Петербурге. Это одна из немногих сохранившихся работ выдающегося мастера, дошедших до наших дней в отличном состоянии.