Наиболее известным прибором являются солнечные часы. Такие часы появились в то время, когда человек стал понимать связь между длиной и положением тени от предметов. Однако сразу после этого никто не взялся за строительство часов из-за того, что ещё никто не понимал, что такое время. Когда это произошло и солнечные часы были сделаны в виде обелиска? Cейчас уже никто не сможет сказать дату рождения этих часов. Кроме того, они могли быть изобретены не в одном месте...
Принято считать, что первым заговорил про солнечные часы китаец Чиу-ли. Это было около 1100 года до н. э. В своих записях он сообщил, что с помощью солнечных часов китайцы установили зимнюю и летнюю высоту Солнца, а также определили наклон эклиптики. Непонятно, как им это удалось, так как тригонометрия, необходимая для этого, была открыта позднее. Кстати, для чего они это сделали, тоже выглядит неясным. Допустим, из-за китайского любопытства. Китайцы считали свою страну Срединной империей под куполом неба и не имели никакого представления о том, что Земля может иметь круглую форму.
Гномон (вертикальный обелиск со шкалой) или солнечные часы появились в Египте. По крайней мере, так считают до сегодняшнего дня — из-за благоприятного климата для измерения времени солнечными часами. Обелиски со шкалой считались священными, их ставили возле храмов, и они служили для почитания бога Солнца. Кстати надо отметить, что в Европе до ХIX века также было принято ставить солнечные часы у храма. В России всех верующих можно увидеть в самом храме, куда их зовут колоколами. Вероятно, это связано с тем, что в России стоит не всегда хорошая погода.
Египетский обелиск был перевезён из Египта в Рим по приказу императора (имеются в виду времена царствования Августа) и установлен на Марсовом поле. Операцией руководил математик Новус Факундус. Конструкцию поставили в середине специальной панели, на которую был нанесён циферблат из часовых линий, состоящих из бронзовых частей. Такой гномон простоял много веков, но во времена Древнего Рима был сброшен и на долгое время забыт. Однако в 1463 году его снова обнаружили, но установить смогли лишь в 1792 году — в Риме на площади Монтечиторио. Этот гномон высотой 34 метра можно увидеть там и сейчас.
Кроме гномонов, в Египте создавались и другие конструкции солнечных часов. Одна модель была сделана из горизонтальной шкалы длиной 30 см и перпендикулярного ей плеча, кидающего тень на шкалу. Другая модель — это ступенчатые часы с двумя наклонными поверхностями. Они разделены на ступени и сориентированы по оси запад-восток. Тень восходящего Солнца падала на верхнюю ступеньку одной из поверхностей на востоке, потом медленно опускалась, а в полдень и вовсе исчезала. Во второй половине дня тень опять была видна — в нижней части уже западной поверхности. Она двигалась до той поры, пока не начинала касаться верхней ступеньки в период захода Солнца. В такой модели часов время показывала длина, а не направление тени.
При помощи тени измерение времени у некоторых стран сохранилось аж до Средневековья. Паоло Тосканелли (географ и врач) во Флоренции построил обелиск, высота которого была 84,5 метра. Это пришлось на 1468—1482 годы. Благодаря таким солнечным часам местный полдень можно было измерить до полусекундной точности. Кроме того, при помощи такого гномона Тосканелли удалось сделать более точными данные астрономических таблиц.
Позднее появились и другие солнечные часы, на которых время определялось с помощью шкалы и тени, которая по ней перемещалась. Для определения более точного времени шкала в таких часах была горизонтальной. Она составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Чтобы время было более точным, необходимо было наблюдать за солнцестоянием и равноденствиями. Деления на шкалу наносились исходя сначала из практики, а потом — из расчёта, который, впрочем, был ошибочным. Ещё в Египте понимали: чтобы добиться более точного времени, нужно учитывать, что тень от гномона бывает разная. Это зависело от времён года. Но в более поздние эпохи этот факт часто никто не учитывал.
По мере того как развивались солнечные, водяные, песочные часы, развивалась и точная механика, которая была звеном приборостроения и опытной науки. Самой успешной в этой области была Византия. В ней были изобретены солнечные настенные часы, которые были вертикальными. Такие часы висели на стенах церквей и общественных зданий. Впервые на часах появились цифры.
О том, что в Константинополе были неплохие часы, историки знают из документов VI века. Но в них не говорится о том, как работал механизм таких часов. Учёный Рейске уверен, что в VI веке у византийских греков большие городские часы даже оснастили боем. Это были времена царя Юстина II (565—578). Но утверждение сего учёного требует проверки да и вообще наводит на размышления...
Профессия часовщика упоминается уже в «Уставе Константина Багрянородного» (911—959). В уставе говорится также о специальных людях, которые отбивали часы, созывая на церковную службу и молитву. Из этого можно предположить, что во дворце часы отбивались не для службы и молитвы, а для определения времени смены стражи, открытия и закрытия дворца, собрания воинов. Хотелось бы учесть, что в эпоху аграрного строя и ремесленной техники не нужно было делить время на мелкие части и отрезки, как сегодня. Время определялось по естественному освещению Солнца; летние и зимние дни одинаково делили на 12 часов...
Давайте ещё раз обратим внимание на то, что на протяжении года менялась длина дневных и ночных часов. На этот процесс влиял меняющийся наклон Солнца. Кроме того, почти невозможно согласовать час у приборов с равномерной шкалой с солнечными часами. Позднее были созданы часы с криволинейной шкалой. Такими часами пользовались для определения квартальных и месячных интервалов до XV века. До конца XIV века в центре Европы пользовались солнечными настенными вертикальными часами с горизонтальной штангой, появившейся из Египта. Однако, там из-за приближённости к экватору время определялось точнее, чем в Греции, Италии или Чехии.
В 1431 году изобрели новую модель солнечных часов, работа которых заключалась в установке теневой стрелки по направлению земной оси. Стрелку эту стали называть полуосью. Суть заключалась в том, что теперь тень вращалась равномерно вокруг оси каждый час на 15°. Чтобы измерить время такими часами, нам бы потребовалось вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую, одновременно изменяя положение стрелки в меридиональной плоскости. Такие часы описывались в астрономических трудах, однако более точными измерениями с помощью этих часов стал заниматься астроном и директор Парижской обсерватории Джозеф Джером Лаланд. Речь идёт о XVI веке.
Появилась возможность вести одинаково равномерное время для всего года, при этом отрезки, согласно часам, были одинаковой длины независимо от высоты Солнца. В рукописи Теодора Руффи, жившего в 1447 году, есть одно из первых упоминаний о часах с полуосью. Часть солнечных часов в то время имели и гномон и полуось. Такие часы были упомянуты в рукописи арабского астронома XV века Сибт-Маридини. Примерно такие же часы построил египетский астроном Ибн-Магди.
В эпоху Возрождения прогресс отразился и на конструкции солнечных часов. Около 130 лет понадобилось, чтобы несовершенные часы сменились более точными, с помощью которых можно было измерять время в любом месте земного шара. Вскоре был изобретён компас. Астроном и математик Региомонтан был одним из первых, кто создал солнечные часы с корректирующим компасом (1436—1476). Это был первый автор труда о солнечных часах. Солнечные часы и компас в одном приборе стали более точными и на тот период использовались повсюду. Примерно в это время появились портативные, карманные и дорожные модели часов.
Дорожные часы
В качестве дорожных часов и в то же время декоративной подвески применялись солнечные кольцевые часы. Они состояли из латунного кольца диаметром несколько сантиметров, сопряжённого с другим подвижным кольцом с отверстием для солнечного луча. На поверхности кольца набивались начальные буквы месяцев, а на внутренней поверхности изображалась часовая шкала. Чтобы измерить время, нужно было повернуть меньшее кольцо таким образом, чтобы солнечный луч проходил через отверстие, указывая час на шкале. Такие часы впервые описывались как перстень с печатью в книге врача Боне, которая была издана в Париже в 1500 году.
Среди разнообразия солнечных часов появились пластинчатые часы дорожного назначения. Они появились в продаже в 1451—1463 годах. Состояли они из двух-трёх четырёхгранных прямоугольных пластинок, которые соединялись подвесками. В нижней пластине обязательно находился компас.
Помощь для странника
Еще одни солнечные часы — ашадах — состояли из деревянных восьмигранных палок (длиной 160 см) с металлическим остриём и с вырезанными часовыми шкалами. Такими часами пользовались индийские странники и паломники в средние века. Ручка палки просверливалась четырьмя сквозными отверстиями. В них над шкалой внедрялся стержень (длиной 15 см) таким образом, что его остриё при вертикальном положении отбрасывало тень на шкалу. Палка имела 12 шкал. Так как для всех дней действовали одинаковые условия, то 8 шкал было иметь достаточно. Часы стали называться ашадах из-за сезона (июнь-июль); в эти месяцы совершались паломничества.
Эволюция
В начале XVI века теория о солнечных часах преподавалась как составная часть математики в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольштадта, в Штирском Градце, в Праге. Следующим изобретением были оконные часы, которые появились примерно в это же время и были вертикальными. Циферблатом, который состоял из мозаичной филёнки из свинца, служила часть окна в храме или ратуше. На циферблате появлялась тень от стрелки, и устроен он был таким образом, что конец тени указывал и на время, и на положение Солнца. Шкала была прозрачной, и с её помощью можно было наблюдать время, находясь в здании.
Существовали и зеркальные часы. Они отражали солнечный луч от зеркала на циферблат, который находился в стене дома. В своей книге (она была издана в Турине в 1574 году) Б. Бенедиктус первый описал эти часы. Николай Коперник тоже принимал участие в конструировании таких часов. Доказательством тому служил циферблат зеркальных часов на замке в Ольштыне...
Механические часы не могли соперничать с солнечными до того момента, когда начали применять маятниковый осциллятор. Но даже тогда солнечные часы не утратили своей популярности. Самый пик производства таких часов пришёлся на XVI—XVII века. Их создавали передовые математики и астрономы Европы. Кроме того, они являлись атрибутом всех обсерваторий. В XVII веке их строили в астрономических обсерваториях Востока, например, в Индии. Князь Джайпура основал большую обсерваторию в 1708—1710 годах в Дели и поставил там гномон высотой 18 метров. Затем по его приказу такие же часы были построены в Бенаресе, Ужхани и Джайпуре.
Искали и примитивные способы измерить время при помощи солнечного света. Для этого могла послужить человеческая рука. Первая информация об этом открытии прошла в начале XVI века. Ладонь левой руки находилась сверху, а поднятый большой палец этой ладони был вместо стрелки. Длина этой тени и позволяла определить примерное время. Франция, юг Германии, и другие страны хорошо знали о таком способе (XIX век).
В мореплавании точное время было просто необходимо — хотя бы для того, чтобы было ясно, где находится судно. Во время качки солнечные часы использовать было невозможно, а песочные или водяные часы нуждались в постоянной коррекции. Но как это делать, никто не знал. Ничего другого не оставалось, как использовать звёздное небо. Есть предположение, что таким способом пользовались люди с большим опытом, но мореплавание развивалось быстро и нуждалось в дополнительных приборах. Вот этим вопросом и занялись моряки Византии и арабы, поскольку именно они являлись первыми мореходами.
Астролябия — очень важный прибор, который им удалось создать. При помощи такого прибора можно было определить широту, долготу местности и горизонтальные углы во время землемерных работ. Трактат об астролябии дошёл до наших дней. Его написал византийский учёный Филопон в 625 году. Следом появился ещё один трактат; его написал сириец Себохта. В это время Сирия входила в состав Византийской империи. И всё-таки считается, что изобрёл астролябию грек — астроном Гиппарх, живший в 150 году до н. э., на 775 лет раньше, чем начал её описывать Филопон. Странно, но к Гиппарху относят изобретения, которые можно было бы сконструировать в VI—VII веках н. э., а в отдельных случаях — в XV веке. Вот пример: определяя долготу, он наблюдал одно и то же лунное или солнечное затмение с разных по долготе мест. Чтобы опыт удался, ему необходимо было знать о сквозном времени, используя механические часы. Похожие доводы можно отнести и к другим греческим учёным. Считается, что это византийцы VI—XII веков изобретали много полезных вещей, а прозвища отдельных лиц вошли в мифологию, хотя эти вещи были написаны не ими и намного раньше...
За полтора тысячелетия до масштабного мореплавания, корабельного руля, механических часов и появления компаса Клавдий Птолемей (ок. 90 — ок. 160 н. э.) знал о Восточной Африке, об Индокитае и Восточном Китае, о Британских островах и Балтийском море. Он тоже изобрёл медную астролябию, но почему-то ею воспользовались лишь в XVI веке. Так что делайте выводы сами. Если сравнить мифическую древнегреческую мифологию, то в Византии улучшению механического искусства способствовала военная техника и создание астролябии с часами.
Для фиксирования положения звёзд во время наблюдений уже были свои приборы: отвес и визирная доска. Это было ещё до появления астролябии. Процесс выполняли два работника. Один садился лицом к северу, держа перед собой дощечку и отвес, другой садился перед первым, который тоже держал отвес. Представляемая линия от глаз наблюдателя к Полярной звезде должна пройти через щель визирной доски и два отвеса. Отрезок прохождения звезды сквозь плоскость был отрезком прохождения ею меридиана местности. В основе такого процесса составлялись звёздные карты, которые мы видели.
Астролябия была самым популярным прибором в астрономии много веков. Её использовали как на суше, так и на море. С её помощью можно было определить время. К примеру, арабы с помощью такого прибора могли определить время с погрешностью всего 1—2 минуты. Метод определения времени с помощью звёзд использовался до середины XVII века большинством учёных-астрономов. Среди них был и Тихо Браге, достигший точности измерения в несколько секунд. В Средневековье астролябии из бронзы вкладывали в пакеты с астрономическими таблицами или картами поверхности Земли, которые составлялись для географических широт. Звёздная карта дополняла астролябию.
Каталогом Гиппарха считалась старая звёздная карта, которая очень долго употреблялась. В нём зафиксированы данные о 1022 звёздах, а погрешность составляла четыре минуты. Толедская таблица Альфонса, названная в честь короля Испании Альфонса, поручившего её создание в 1252 году, пользовалась успехом у Западной Европы. В 1551 году в Пруссии для проверки данных этих таблиц были созданы другие планетарные таблицы. И всё же большего успеха в каталоге о звёздах достиг Тихо Браге. В его данных говорилось о 997 звёздах, однако погрешность не превышала одной минуты.
В начале XVI века в Европе было популярным строительство армиллярных сфер, которые состояли из системы кругов. Последние изображали экватор, тропики, высотные круги, меридианы, эклиптику с траекторией и положением Солнца и Луны, мировой осью и знаками Зодиака. Лунные календари и схема расположения планет входили в армиллярные сферы, служившие для измерения положения созвездий и планет, но их сохранилось очень мало. Такие приборы не смогли заменить астролябию, единственным изготовителем которой считался Тихо Браге.
Валерий Зайцев
© фото редакции
