Астролябия что за прибор
Естествознание.ру
Астролябия
Одним из старейших астрономических инструментов является астролябия. В переводе с древнегреческого слово «астролабон» переводится как «берущий звезды». В основе астролябии лежит принцип стереографической проекции — это когда объекты с объемной формы переносятся на плоскость. В случае с астролябией объекты шарообразной сферы окружающего космоса (звезды, планеты) переносятся на плоский круг.
Основой астролябии служит «тарелка» с круговой шкалой, размеченной градусами либо часами (как вариант— и градусами, и часами). Астролябия оснащена подвесным кольцом. Можно подвесить ее на палец (если прибор небольшой) или на крюк, и тогда астролябия уравновесится в строго вертикальном положении собственной силой тяжести.
Шкала и прицельная планка
Кроме шкалы (1) главной механической составляющей астролябии является вращающаяся прицельная планка (2). На самых сложных астролябиях она оснащалась двумя диоптрами (3) — пластинками с отверстиями, похожими на прицел винтовки. При помощи диоптра достигалась большая точность измерений.
Тимпан и «паук»
Основание астролябии — тимпан (4). Это круглый плоский диск со стереографической проекцией космических объектов, наблюдаемых с Земли. Поскольку из различных точек земного шара мы видим космос по-разному, то для них должны быть изготовлены разные тимпаны. На тимпан накладывается «паук» (5) — фигурная решетка, стрелки которой указывают на самые яркие звезды.
Шарообразная астролябия
Сферическая астролябия использовалась намного реже, чем плоская. Она сложнее в изготовлении, больше по габаритам и тяжелее, однако точнее. Дело в том, что при стереографической проекции космических объектов на плоскость обязательно возникают погрешности.
Как работает астролябия?
Подвесим астролябию на пальце над головой. Установив центральную линию прибора (6) на уровне горизонта и «прицелившись» через прицельную планку (7) на выбранный объект неба (8), можно определить собственные координаты.
Звездная GPS
Такие приборы, как астролябия или поперечный жезл, полезны не только для астрономов. По расположению звезд можно узнать координаты той местности, в которой ты находишься. В те времена, когда не существовало системы глобального позиционирования (CPS), астролябия была очень полезна в дальних плаваниях. По-сути, звездное небо и играло роль CPS для древних мореплавателей.
Астролябия – что это такое, для чего используют и когда изобрели
Астролябия – это старейший астрономический инструмент, измеряющий углы в горизонтальной плоскости и определяющий широты и долготу небесных тел. Говорить в прошедшем времени о возможности данного инструмента неправильно, так как независимо от своего солидного возраста этот инструмент пригоден к работе даже в наше время.
История возникновения и развития
Исторический путь зарождения и развития инструмента астролябия состоит из нескольких этапов:
Древняя Греция – рождение астролябии
Астролябия зародилась в Древней Греции. Впервые астролябия как инструмент встречается в труде греческого архитектора Витрувия в I веке до н.э. Витрувий не называет астролябий таким термином, употребляя в качестве названия его составной элемент «паук». Также он точно не указывает изобретателей астролябия, говоря о Евдоксе или Аполлонии. Барабан с зодиакальным кругом являлся основной частью прибора во время написания книги.
Вторым историческим источником, проливающим свет на устройство первых астролябий, является сочинение II века до н.э. Клавдия Птолемея «Планисферий». Хотя в своем сочинений историк также как и Витрувий ошибся, назвав «астролабоном» вовсе не астролябий, а армиллярную сферу, этот труд важен своим упоминанием стереографической проекции, применяемой в астролябии.
Астролябия окончательно была разработана к IV веку н.э. Теоном Александрийским, который назвал данный прибор «малым астролабоном». Но, хочется отметить, что авторство окончательного варианта астролябия также соотносят с именем женщины – Гипатии, которая являлась учителем Теона, но была заподозрена христианской церковью в связях с Сатаной и казнена в 415 году.
Ближний Восток – усовершенствование технологий
Европа погрузилась в «темные века» после падения Римской империи, были потеряны многие знания, в том числе про астролябию. Но она продолжала существовать и развиваться в другом историческом пространстве – на Востоке. «Мудрейшие из мудрейших» усовершенствовали астролябию, которая теперь стала применяться и в астрологических предсказаниях. До наших дней дошло много произведений исламских авторов о различных устройствах и применении астролябии.
Возвращение в Европу – научное изучение
В XII веке астролябия вернулась в Европу. Сначала европейцы использовали арабские астролябии, а потом начали производить собственные с расчетами для европейских широт. В Эпоху Возрождения в XV – XVI столетиях астрономическое образование невозможно представить без астролябии в руках учащихся. Владение астролябией и знаниями, которые давались этим инструментов, было делом престижа и соответствующей образованности. В России астролябию также считали необходимым предметом для изучения наследников престола, в частности астролябией увлекался Петр Первый.
Устройство астролябии
Вне зависимости от вида, астролябии имеют в своем основании одинаковый принцип устройства, который подразумевает наличие:
Виды астролябий
Таким образом, астролябия – это целая веха в историческом развитии человеческого знания и технологическая эра, которую открыли люди более 2000 лет назад. Трудно себе представить, по какому бы пути пошло человечество, если бы оно не обладало столь фундаментальными техническими разработками. Астролябию можно смело назвать средневековым GPS и первым компьютером, ведь она выполняла функции часов, дальномера, навигатора, счётной машины, справочника координат, атласа тригонометрических функций.
Астролябия – что собой представляет этот прибор, как сделать своими руками
Можно сразу понять назначение древнейшего астрономического приспособления, если обратить внимание на его современных потомков:
Астролябия и ее назначение
Издревле людям стали требоваться устройства, помогающие ориентироваться в пространстве. Они были необходимы мореплавателям, путешественникам, священнослужителям, торговцам, чтобы возвращаться домой из дальних странствий, астрономам для изучения небесных светил, координат объектов.
Древние астрономы назвали астролябией прибор для измерения широты и долготы точки нахождения объектов, небесных светил. Он давал возможность определить высоту расположения звезд, Солнца над поверхностью планеты Земля, а также, благодаря полученным данным, рассчитать местоположение. В путешествиях такое изделие служило единственным ориентиром для определения координат, времени суток. Говоря кратко, астролябия стала одним из старейших средств измерения, придуманных людьми еще в античные времена.
В разные века она использовалась как:
Видео обзор астролябии
Ей посвящались трактаты на разных языках мира, слагались стихи, рисовались картины. Такой астрономический инструмент был ценным подарком для царей, королей, султанов, аристократов.
История происхождения
Удивительно, что началом конструирования приспособления были времена геоцентрического видения картины, когда считалось, что все небесные объекты вращаются вокруг Земли. Но это не помешало ученым сконструировать для измерений модель такого точного прибора.
Основа названия астрономического инструмента слово «астра». Если перевести с греческого языка — «звезда». Вторая часть переводится, как «захват». У многих элементов арабские термины. Причина – длительная эволюция приспособления для измерений.
Родом из античности
Развитие астрономии вместе с другими науками тесно связано с историей Древней Греции. Считается, что почти за два века до начала нашей эры здесь пользовались прообразом изделия, созданного Гиппархом. Во втором веке схожий угломерный инструмент описан Клавдием Птолемеем. Им же изготовлено устройство, способное определять местонахождение звезд на небе.
Кто придумал
Обычно астролябии изготавливали из дерева, сплава меди с цинком. Неизвестно, кем изобретена астролябия из металла. Достоверно лишь то, что первый такой прибор существовал уже в IV веке. Сделан он, вероятнее всего, последним управителем знаменитой Александрийской библиотеки Теоном Александрийским.
Усовершенствование
Арабы быстро оценили все достоинства конструкции, расширили область применения астролябии. Ее стали использовать для математических вычислений, предсказаний астрологов. Западноевропейцы стали пользоваться прибором с XII века. Но пик его популярности пришелся на эпоху Возрождения, когда астрономические знания считались базой образования, а умение пользоваться астрономическим инструментом – престижным.
Художественное оформление превратило прибор в предмет коллекционирования при королевских дворах. Модели украшались инкрустацией из драгоценных камней, декорировались золотом и серебром. Указатели изготавливались как листья, причудливые завитки.
Стереографическая проекция – разворот сферы на плоскости
В основу работы астрономического устройства положена стереографическая проекция. Любой круглый объект небесной сферы при планисферном проецировании остается круглым на плоскости, причем величина углов сохраняется. Этот принцип изображения сферы на плоской поверхности – изобретение древнегреческого математика Аполлония Пергского.
Как устроена астролябия
С помощью прибора фиксируется разница показаний между горизонтом и направлением на небесный объект. С учетом местного времени, специальных таблиц определяется широта расположения точки. Древние изделия подвешивали вертикально с помощью кольца. Через алидаду, снабженную диоптрами, велось наблюдение за звездами, чья высота отсчитывалась по шкале. Позже прибор превратился стал геодезическим приспособлением для измерения величины углов горизонтальной плоскости, съемки планов местности.
Из каких деталей состоит
Астролябия Теона Александрийского, как все последующие модели, включала:
На что похожа Астолябия
Конструкция похожа на «тарелку» с разными пазами, мелкими элементами, шестеренкой, градусной разметкой. В основе классической астролябии диск круглой формы с высоким бортом, кольцом для точной нивелировки. С внешней стороны на лимбе расположена шкала, оцифрованная в градусах, часах, минутах. Чаще астролябии изготавливали небольших размеров, чтобы удобно было, взяв в руки, использовать для навигации.
Где применялась
Функции прибора настолько разнообразны, что его вполне можно считать компьютером звездочетов. Еще в Х столетии ас-Суфи в трактате 386 глав описал почти 1000 вариантов области применения астролябии.
Возможно, арабский ученый несколько преувеличил возможности изделий, но с их помощью:
Другие виды астролябий
Конструкции астрономических изделий изготавливались соответственно целям измерений.
Мастера изготавливали также универсальные конструкции.
Как пользоваться
В формулировке определения, что такое астролябия, нет описания, как правильно проводятся измерения, потому что процесс не требует специальной сноровки.
Где можно увидеть и приобрести старинный инструмент
Увидеть уникальные изделия можно в музеях, частных коллекциях, обсерваториях. История каждого из них удивительна. Сохранилась деревянная модель, изготовленная незадолго до свержения сефевидского правителя Солтана Хусейна I. Эрмитаж хранит такие уникальные устройства, как трофейная астролябия, привезенная после русско-турецкой войны XVIII — XIX века. Надписи на ней сделаны персидской и арабской вязью, числовые значения написаны не цифрами, а прописью.
Такой же инструмент — экспонат Лондонского музея, а модель XVI века — собственность Германии. Ее автор Иоганн Преториус украсил изделие гравюрами, деталями завораживающей красоты. Сегодня разные модели можно купить онлайн, через лавки сувениров, музеи, у ремесленников, на виртуальных аукционах.
Как сделать астролябию своими руками
Самостоятельно точное средство измерений сделать нелегко, потому что необходимы математические знания, навыки черчения и расчетов. Ведь достоверность результата зависит от точности заданных параметров.
Простейшую модель астролябии своими руками можно сделать из картона. Для изготовления надо запастись:
Небесный Свод
Часть 3.
Астролябии и как ими астроляпить пользоваться.
Астролябия – самое красивое и загадочное устройство, которое иногда называют первым компьютером на земле.
Астролябия – произошло от греческих слов: άστρον — светило, звезда и λαμβάνω — беру.
Как понятно из названия, прибор связан с изучением небесных тел.
Астролябия — это инструмент, позволяющий рассчитать, на какой высоте относительно поверхности нашей планеты находятся звезды и Солнце. На основе полученных данных можно было определить местоположение того или иного земного объекта. В длительных путешествиях по суше и по морю астролябия помогала определять координаты и время.
Глядя на эти прекрасные вещицы, невольно задаешься вопросом – что это?
Украшения из золота и серебра, порой инкрустированные драгоценными камнями или приспособления для наблюдений, исследований, устройства для вычислений?
Немного истории официальной.
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 расположение звезд на небе.
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 греческого математика Теона Александрийского (якобы IV в. н. э.). В комментарии к «Альмагесту» именно он предложил объяснение предварения равноденствий.
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. Известно немало сочинений средневековых исламских авторов о различных конструкциях и применении астролябии: книги аз-Заркали, ас-Сиджизи, ас-Суфи, ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси и др.
И вот результатом слияния воедино мудрости Востока и Запада, стал прибор астролябия, объединивший в себе европейское наследие с арабской мыслью.
Однако, астролябии становятся известны в Западной Европе официально только с XII века, где вначале использовали арабские инструменты, а позднее стали изготовлять свои по арабским образцам. И это после тысячелетия «тишины».
Краткий экскурс в историю астрономии в свете Новой Хронологии можно почитать ЗДЕСЬ.
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.
В данной работе не ставится цель рассмотреть огромное количество этих ярчайших, шикарных устройств.
Есть интерес донести до читателя устройство и общий принцип работы подобных механизмов, используемых в астрономических исследованиях.
Рис.1. Карта поверхности Земли в полярной стереографической проекции
Считается, что Клавдий Птолемей во II веке н. э. в сочинении «Планисферий» описал Стереографическую проекцию.
Стереографическая проекция используется для отображения сферических панорам. Это приводит к интересным результатам: области, удалённые от центра проекции, сильно растягиваются, производя так называемые «эффекты маленькой планеты» (см Рис.1).
Стереографическая проекция — центральная проекция, отображающая двумерную сферу (с одной выколотой точкой) на плоскость. То есть это изображение трехмерного объекта (сферы) на двухмерной проекционной плоскости.
Рис.2. Стереографической проекция
Для того, чтобы получить взаимно однозначное отображение целой сферы, нужно дополнить плоскость элементом, являющимся образом выколотой точки N. Этот элемент — так называемая бесконечно удалённая точка. Плоскость, дополненная элементом «бесконечность», называется расширенной плоскостью. Стереографическая проекция целой сферы на расширенную плоскость является гомеоморфным отображением, при стремлении прообраза х à N его образ Х à «бесконечность».
Метод проекции изображения базируется на зрительном восприятии. Если все точки предмета связать прямыми лучами с константной точкой центра проекции, в которой якобы расположен глаз наблюдающего, то в месте пересечения этих прямых с определенной плоскостью образуется проекция всех точек объекта. При объединении этих точек прямыми в порядке соединения их в предмете, можно получить на двухмерной плоскости изображение данного объекта или центральную его проекцию.
Вернемся к истории создания инструментов.
Нам говорят, что Астролябия впервые появилась в Древней Греции. А принцип стереографической проекции, переводящей окружности на сфере в окружности на плоскости открыл Витрувий в своём сочинении «Десять книг об архитектуре» еще в I веке до н. э., где описывается астрономический инструмент, называемый «пауком».
Одной из составных частей этого инструмента служил барабан, на котором, по словам Витрувия, «нарисовано небо с зодиакальным кругом». Окончательный вид астролябии был разработан Теоном Александрийским, который называл это устройство «малый астролабон».
В комментариях к Части 4. Датировки Звездных каталогов
описана работа первоначального Астролабона, который в последствии стал основой для создания Астролябий и Армиллярной сферы.
«Астролабоном» Птолемей как раз и называл армиллярную сферу. Ее строение и принцип работы разберем позже.
Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звёздного неба, используемая в учебных целях.
Планисфера (от лат. planum — плоскость и др.-греч. σφαῖρα — ша р) — изображение небесной сферы на плоскости в полярной стереографической проекции (Рис.1)либо в азимутальной проекции (Рис.3).
Рис.3. Карта поверхности Земли в азимутальной проекции
Планисферы употреблялись вплоть до XVII 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 в качестве научного инструмента, однако сохранили функцию учебной подвижной карты звёздного неба.
Как устроена Астролябия – планисфера?
Рис.4. Астролябия.
Основой классической астролябии служит «тарелка» — круглая деталь с высоким бортом и подвесным кольцом для точной нивелировки прибора относительно горизонта. Внешний лимб тарелки имеет шкалу, оцифрованную в градусах и в часах.
В эту тарелку вложен «тимпан» — круглый плоский диск, на поверхности которого нанесены в стереографической проекции точки и линии небесной сферы, сохраняющиеся при её суточном вращении:
— находящийся в центре тимпана полюс мира и концентрические с ним окружности небесного экватора, северного тропика и южного тропика (который обычно служил границей тимпана);
— прямая вертикальная линия небесного меридиана;
— горизонт, его параллели «альмукантараты» (араб. «круг равных высот»), точка зенита и проходящие через неё азимутальные круги. Альмукантараты образуют на тимпане гиперболический пучок окружностей, азимутальные линии — сопряжённый с ним эллиптический пучок окружностей. Положение горизонта и зенита будет разным для разных широт места наблюдения.
Поэтому для наблюдений, производимых в разных широтах, должны быть изготовлены разные тимпаны.
На тимпан накладывается «паук» — круглая фигурная решётка, на которой в этой же стереографической проекции с помощью изогнутых стрелок указано расположение самых ярких звёзд, расположенных севернее южного тропика.
На пауке обозначен также зодиакальный круг со шкалой, показывающей годовое движения Солнца по эклиптике. Шкала некоторых астролябий отражает даже неравномерность этого годового движения.
Всё скрепляется осью, проходящей через центральные отверстия перечисленных деталей. На этой же оси с тыльной стороны тарелки крепится алидада — визирная линейка с диоптрами.
Алидада (от араб. عضادة — сторона, боковая часть, подстенок, опора) — приспособление для измерения углов (вращающаяся часть) в астрономических, геодезических и физических угломерных инструментах — таких, как астролябия, секстант и теодолит.
В простейшем случае, в астролябии, алидада — вращаемая ручка, на концах которой прикреплено визирное устройство. У теодолита вся вращаемая средняя часть называется алидадой.
На тыльной стороне нанесена круговая градусная шкала, по которой производятся визирные отсчёты. Здесь также могут находиться разнообразные номографические шкалы, такие как шкала тангенсов («прямая тень», umbra recta) и котангенсов («обратная тень», umbra versa), шкала для пересчёта равных часов, возникающих при делении суток на 24 части, в так называемые «неравные часы», шкала для определения киблы и т. д.
Угломерный астрономический инструмент, как правило обладал тремя дисками – тимпанами, 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.
Как изображалось звездное небо на тимпане?
Рис.5. Звездное небо в Проекции на Землю.
Проведем исследование небосвода. Каковы особенности звездного неба на тимпане (Рис.5)?
Центр небесной сферы, где скрепляются все детали Астролябии есть Земная ось, указывающая на Северный Полюс. Для человека опытного, наблюдательного не составит труда определить, что ось находится в районе хвоста Малой Медведицы. На пластине голубым цветом нанесен круг Экватора.
Выше показан Центр Эклиптики в созвездии Дракона, от которого расходится эклептическая координатная сетка. Меридианы, расходящиеся от центра, соответствуют неравномерным делениям долготы на эклиптическом круге паука со знаками Зодиака.
Полный круг астролябии это границы Южного тропика в стереографической проекции.
Тимпан – пластина имеет вид звездного неба предположительно в день зимнего солнцестояния 21.12 в полночь 0.00 (либо ЛС 22.06 в солнечный полдень 12.00).
Скрин 1. Отмечены созвездия и звезды для сравнения с Астролябией.
Созвездие Ориона расположено в Южной части небосвода. Созвездие Лебедя ближе к Северу. Созвездие Большой Медведицы рядом с северным Полюсом.
Различия в этих двух видах карт небосвода заключается в зеркальном их отображении.
Если к карте, указанной на Скрин 1 применить «эффект перевернутого листа», то мы получим похожую искомую карту звездного неба Астролябии.
В очередной раз надо сказать, что Звездная карта неба (в азимутальной проекции) Астрокалькулятора исполнена для Наблюдателя с Земли, стоящего лицом к югу (Скрин 1). Подняв взгляд на небо, мы увидим такой же рисунок небосвода с созвездиями, расположенными таким же образом, как указано на карте.
Именно для наблюдателя с Земли исполнены исследованные в предыдущих работах Карты из Celestial Atlas Джеймисона 1822 г., Зеркала Урании 1824 г. и Звездного Атласа Джона Флемстида позднего французского издания 1776 г.
Небосвод на пластине Астралябии (Рис.5) исполнен видом НАД Землей или как Проекция на Землю, т.е. в зеркальном отражении с вышеперечисленными Картами.
Именно в Проекции на Землю выполнены Карты Звездного Атласа Джона Флемстида 1729 и 1753 гг. издания.
Значит до конца 18 века Звездные Карты рисовались Проекцией на Землю и имели вид стереографической проекции.
Именно по данному критерию можно определить рубеж датировки той или иной Астролябии или Звездной карты.
Применение астролябии будет далее.