ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

Рис. 14. Схемы устройства древнекитайских водяных часов

дала в' сосуд-водоприемник, поставленный на весы. Один фунт воды составлял одну «ке» (100 минут в переводе на наше ис­ числение времени).

Наибольшее распространение в Китае получили водяные часы из нескольких сосудов, наполненных водой и расположен­ ных один выше другого. У каждого сосуда сбоку проделывалось отверстие, через которое вода постепенно (с заданной скоро­ стью) переливалась в нижестоящий сосуд. Вода из всей систе­ мы сосудов собиралась в последнем, самом нижнем, где име­ лась градуированная шкала, показывающая уровень воды, т. е. время суток.

Самые ранние часы такого устройства имели только два мед­ ных сосуда и созданы были около 1100 г. до н. э. Чтобы зи­ мой вода не замерзала, она подогревалась (рядом находилась печь).

Примерно около 700 г. до н. э. входят в употребление часы с тремя, четырьмя и более медными сосудами, расположен­ ными, один над другим (рис. 14).

Уже в древности гномоны получили широкое распростране­ ние. Мы видим их не только в старинных культурных очагах Средиземноморья, но и около тропиков. Плутарх отмечает, что «гномоны Сиены оказались лишенными тени к летнему солн­ цестоянию, потому что Сиена расположена на широте 24°6'—

немного к северу от тропика Рака. Солнце в это время нахо­ дится над головой и не может давать тени». В полдень там можно видеть Солнце, находясь на две глубокого колодца; дру­ гими словами, Солнце тогда стоит в зените, следовательно, его высота 90°. В Александрии по наблюдениям тени вертикально­ го шеста или гномона Солнце оказывалось в то же самое вре­ мя удаленным от зенита на 7° 12'.

Астрономы и географы древнего мира старательно отмеча­ ли все, что было примечательного в отношении показания гно­ мона. Так, Страбон сообщает о стране, где «гномон установлен перпендикулярна к плоской поверхности; тень, которая отбра­ сывается им в полдень, падает сначала к одной, а затем к дру­ гой стороне. Это, однако, имеет место только в тропиках, а у нас тень всегда падает к северу» [92, 17].

О весьма большом распространении солнечных часов в Древней Индии и вообще в странах буддизма свидетельствуют «Законы буддийского духовенства». Там содержится предписа­ ние, обязывающее кандидатов на священство знать к уметь разделять на части день по длине тени Солнца, определять сме­ ну времени года и т. д. Умение обращаться с солнечными часа­ ми считалось столь же нужным, как и знание учения Будды.

В Индии водяные часы изготовлялись в виде кораблика, ко­ торый пускали в сосуд, наполненный водой. Кораблик имел пробоину, через которую постепенно входила вода; мало-пома­ лу он начинал погружаться и наконец опускался на дно. Вре­ мя, необходимое на погружение, и составляло единицу измере­ ния времени [72, 217].

Народы Древней Мексики и Перу до завоевания их испан­ цами уже были знакомы с устройством и применением гномо­ на. Прескотт в своем труде «История завоевания Мексики» [148, 58—59] сообщает о памятнике материальной культуры из драгоценного камня, найденном в 1790 г. на центральной пло­ щади мексиканской столицы. Было установлено, что он мог использоваться как календарь, который был высечен на камне, так и в качестве вертикальных солнечных часов.

Прескотт установил, что перуанцы имели замечательной ра­ боты колонны, служившие в качестве солнечных часов. С их помощью они научились определять также время равноденст­ вий и солнцестояний. Перуанцы говорили, что, когда от полу­ денных лучей Солнца тень падает от колонны и становится ви­ димой, в это время «бог в полном блеске садится на колонну». Известно, что перуанцы обоготворяли Солнце [149, 61].

Завоеватели испанцы варварски уничтожили памятники древней культуры; в их числе были уничтожены и колонны, ко- торые-испанцы принимали за идолов.

ВРодезии в 1892 г. археологами найден огромного размера гномон, установленный за тысячу лет до нашей эры.

Встранах Древнего Востока — в Древнем Египте, в Древ­ нем Вавилоне и в Древней Индии — астрономы были в то же

время жрецами; их занятия астрономией были связаны с рели­ гией. Приемы счета времени, открытые с помощью наблюдения за движением небесных светил, были использованы для уста­ новления в храмах твердого порядка богослужения. Но это не мешало передовым умам сосредоточивать внимание и на чисто астрономических вопросах, на изобретении и усовершенствова­ нии необходимых для астрономических занятий средств изме­ рения времени. Этот прогресс знаний в области астрономии и измерения времени в странах Древнего Востока продолжался до тех пор, пока не была установлена твердая календарная си­ стема. Жрецы перестают быть астрономами и в угоду религии начинают отдавать предпочтение 'астрологии. Древневосточная наука оказывается в тисках традиции либо застывает в рутине. Так было в Древнем Вавилоне, в Египте и у других древневос­ точных народов. Только в Древнем Китае астрономы были не жрецами, а профессиональными деятелями в этой области, что положительным образом влияло на развитие астрономии.

Распространенное мнение, будто наука Древнего Востока сводилась только к чисто эмпирическому накоплению фактов, нельзя считать достоверным. Известно, что египтяне и вавило­ няне передали грекам ряд важных математических положений и астрономические знания, касавшиеся видимого движения и пути Солнца, распределения созвездий, объяснения затмений Луны и Солнца, деление года на 12 месяцев, суток на 12x2 ча­ сов, круга на 360°, связи климата с более или менее косым па­ дением солнечных лучей, установления понятий о небесном эк­ ваторе, меридиане, эклиптике, применению гномона, солнечных И водяных часов для измерения времени и т. д. После этого не требуется каких-либо других доказательств о том, что имелась глубокая преемственность в развитии античной астрономии (и гномоники) с астрономией Древнего Востока. Синтез знаний в этих областях—астрономии и гномонике — был достигнут в эпоху эллинизма. По справедливому мнению О. Нейгебауэра, «в плавильном горне эллинизма развилась та форма науки, ко­ торая позднее распространилась повсеместно от Индии до За­ падной Европы и господствовала вплоть до создания современ­ ной науки во времена Ньютона» [74, 17]. Значительную роль в обогащении науки положительными знаниями, в сохранений преемственности в их развитии, в распространении, а также в становлении доньютоновскои науки на основе положительных знаний сыграли астрономия и гномоника вместе с математи­ кой.

Глава II

АНТИЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ И ВОДЯНЫЕ ЧАСЫ

Солнечные и водяные часы Древней Греции

Работы, посвященные истории античных часов, обычно начина­ ют с цитат из труда древнеримского архитектора Витрувия «Архитектура». В IX главе этого труда перечисляется тридцать различных типов солнечных часов, бывших в употреблении во время Витрувия (I в. н. э.) и унаследованных от античного ми­ ра; заодно здесь приводятся имена многих изобретателей ча­ сов. Витрувий, опираясь на труды древнегреческих астрономов и математиков, дал наиболее полную из дошедших до нас свод­ ку достижений античной гномоники как науки, развивавшейся вместе с астрономией, математикой, архитектурой и механикой. Труд Витрувия является основным источником для истории ан­ тичных часов, поскольку здесь наряду с солнечными часами приводится также описание и важнейших водяных часов.

В течение последних 150 лет археологами и любителями древности среди руин древних зданий найдено немало образ­ цов солнечных и водяных часов, которые могут служить пре­ красной иллюстрацией к описаниям часов в «Архитектуре» Витрувия. Правда, многое из того, что описано у Витрувия, еще не найдено, однако выявлено и то, что у него даже не упоми­ нается.

Пользуясь письменными источниками и данными археоло­ гии, можно, как это делает О. Райе [156], классифицировать античные солнечные часы на три вида: сферические, конические и плоские. У Райе виды солнечных часов расположены в той исторической последовательности, в какой они действительно появились и развивались. Путь развития античных солнечных часов шел от обыкновенного гномона к устройству полусфери­ ческих солнечных часов и к их разновидности — к часам с ко­ ническим циферблатом, а затем к плоским часам, от наиболее простых солнечных часов к часам все более сложного устрой­ ства.

В античных часах хорошо прослеживается остроумие и гиб­ кость технической мысли в развитии измерителей времени от простого устройства к сложному.

По словам Геродота, греки заимствовали у вавилонян сол­ нечные и водяные часы: «...с полушарием, с гномоном и с две­ надцатью частями дня древние греки познакомились у вавило­ нян» [59, 112]. О верности его сообщения свидетельствует, в частности, то, что иудеи познакомились с солнечными часами из того же источника во время царствования Ахаза,

Это свидетельство Геродота не противоречит утверждению Витрувия, что солнечные часы были введены в Греции халдеянином Берозом (жрец бога Ваала у ассиро-вавилонян). Оста­ ется, однако, неясным, когда жил Бероз. Некоторые историки время его жизни относят к X и даже к XI в. до н. э. Если это правильно, то Бероза нужно считать первым человеком, ука­ завшим грекам на возможность использования солнечных ча­ сов для определения времени. Другие утверждают, что он жил в III или II в. до н. э. Если это верно, то нет основания припи­ сывать Берозу введение солнечных часов в Греции. Противоре­ чивые данные о времени жизни Бероза могут быть объяснены тем, что одно и то же имя носили различные люди, жившие в разные исторические эпохи.

Однако как бы ни определялось время жизни Бероза, несом­ ненно одно: солнечные часы в Древней Греции были известны уже в VI столетии до н. э.

В 547 г. до н. э. Анаксимандр Милетский установил в Спар­ те гномон для определения солнцестояния и равноденствия. Анаксимандр был учеником известного философа Фалеса, кото­ рый много путешествовал по Египту. Не лишено основания предположение, что Фалес во время одной из поездок мог озна­ комиться с искусством создания солнечных часов (а это искус­ ство в царствование Ахаза дошло уже до Иерусалима) и пере­ дать его своим ученикам.

О Фалесе-астрономе известно мало, однако как философ, математик и астроном он был причислен к семи мудрецам древ­ ности. Евдем, ученик Аристотеля, написавший историю грече­ ской астрономии и математики, утверждает, что свои астроно­ мические познания Фалес приобрел в Египте. Основным под­

585 г. до н. э. Диоген Лаэртский приписывает Фалесу сочине­ ние в двести стихав «О равноденствиях и солнцестояниях», а Феофраст утверждает, что Фалес оставил лишь одно сочине­ ние — астрономическое руководство для моряков.

Об Анаксимандре сведений сохранилось немногим более. По свидетельству Диогена Лаэртского, он изобрел гномон и кон­ струировал horoskopual. Последнее обычно переводят как сол­ нечные часы. Диоген Лаэртский свидетельствует, что Анакси­ мандр имел дело с конструированием не только гномона, но и солнечных часов.

Параллельное употребление Диогеном Лаэртским слов «гно­ мон» и «солнечные часы» у многих современных исследовате­ лей вызывает недоумение; по их мнению, эти слова означают одно и то же, а обозначение различными словами одного и того же могло произойти из-за того, что Диоген Лаэртский собирал сведения из разных источников. В одном могли содержаться сведения о гномоне, а в другом — о horoskopual — часовых ли­ ниях, начерченных на плоской поверхности, отмечающих часы

по тени, отбрасываемой гномоном [173, 51—52]; согласиться

стакой интерпретацией слова horoskopual нельзя. Большой зна­ ток древнегреческой философии С. Н. Трубецкой определенно считал, что Анаксимандр «изобрел также полос (polos) —сол­ нечные часы». Эти часы, пишет Трубецкой, отличались от позд­ нейших: «Вместо плоской доски они представляли собой вогну­ тую поверхность полушария и служили не только для определе­ ния времени дня, но и самих дней года. По свидетельству Геро­ дота, однако, и гномон, и полос были заимствованы от вавило­ нян и были известны грекам, помимо Анаксимандра. Важно бы­ ло бы решить вопрос о достоверности другого свидетельства, которое мы находим у Диогена Лаэртского,— о том, будто Анаксимандр построил первую астрономическую сферу» [95, 75]. Надо полагать, эта астрономическая сфера — тот же полос, но снабженный металлической проволочной сеткой («арахной»)

смеридианами и параллелями и с кругом, изображающим эк­ липтику со знаками зодиака.

Говоря об истоках развития древнегреческой гномоники, французский историк науки Поль Таннери отмечает: «...гномон был известен в Греции до Анаксимандра. Я не сомневаюсь, что Фалес был знаком с его применением, равно как и с употреб­ лением клепсидры, а применялись эти инструменты как раз к определению солнцестояний и равноденствий; и Фалес не при­ думал этого применения, а научился ему» [94, 74].

Сохранились сведения, что Меток в 443 г. до н. э. установил гномон в Афинах и с его помощью во время солнцестояний на­ блюдал длину тени и определил наклон эклиптики к экватору.

Определение времени по тени, отбрасываемой шестом, или по длине тени человека широко практиковалось в быту. Длину тени человека измеряли ступнями ног. Так, в комедии Аристо­ фана «Женщины в народном собрании» действующие лица оп­ ределяют время по длине тени, отбрасываемой человеческим телом (например, обедать садятся, когда длина тени равняется десяти ступням). То же самое описывает греческий писатель Менандр, живший в IV в. до н. э. Комический поэт Бетон (III в. до н. э.) свидетельствует, что в его времена солнечные часы ста­ ли неотъемлемой частью быта Древней Греции.

Солнечные часы с циферблатом полусферической формы.

В «Архитектуре» Витрувия находим сообщение, что Бероз по­ ложил начало введению в Древней Греции солнечных часов особой формы — polos, получивших затем широкое распрост­ ранение. Витрувий пишет: «Полукружие, выдолбленное в призме и срезанное по высоте полюса, изобретено, говорят, хал­ деем Берозом; чашу, или полушария изобрел Аристарх Самосский, и он же диск на плоскости; «паука» —- астроном Евдокс,

аиные говорят — Аполлоний...» [11, 185].

Всообщении Витрувия можно считать совершенно бесспор­ ным, что эти часы особой формы, изобретенные якобы Берозом, затем были усовершенствованы трудами астрономов Древней

Греции, такими, как Евдокс из Книдоса, Аристарх из Самоса, Аполлоний из Перга, и другими учеными древности, в том чис­ ле Архимедом.

Практический опыт создания солнечных часов показал, что эклиптику правильнее всего можно передать теневым рисунком не на плоской поверхности, а на вогнутой сфере, если ее вос­ произвести на циферблате часов наподобие небесного полуша­ рия. Оказалось, что на неподвижной сфере солнечных часов легче всего воспроизвести изменение видимого движения Солн­ ца по небосводу или подвижной небесной сферы. Этим было вызвано появление солнечных часов типа polos, имеющих по­ лусферическое устройство циферблата, т. е. часов совершенно иного устройства, чем гномон.

Различают два типа полусферических часов: одни — с уст­ ройством циферблата типа гемисферы (hemispherium), дру­ гие— типа гемицикла (hemicyclium).

Гемисфера считается более ранней формой солнечных ча­ сов. Она унаследована из Древнего Вавилона и показана на рис. 4. Такие часы своей основой имели обработанный четырех­ угольный камень, в верхней части которого имелось полуша­ рие для устройства циферблата; в середине полушария укреп­ лялся гномон различной величины и в разных положениях — в зависимости от высоты полюса в данном месте. Гномой имел направление к наивысшему положению Солнца. По мере того как Солнце продвигалось по небосводу, кончик тени описывал дугу в направлении, обратном видимому движению Солнца. Хо­ тя дуги, описываемые концом тени, оставались неодинаковыми, их длина изменялась соответственно изменению высоты Солн­ ца над горизонтом. Поскольку линии, образованные «следом» тени, делились на 12 частей, то они показывали неравные часы, изменяющиеся от одного солнцестояния до другого. На циферб­ лате наносилось одиннадцать часовых линий и три концентри­ ческих круга, которые дают положение Солнца при обоих солн­ цестояниях и равноденствиях.

Изобретение такой простейшей формы солнечных часов Витрувий приписывает знаменитому астроному Аристарху Самосскому. Аристарх впервые точно обосновал теорию, которая ле­ жит в основе этих солнечных часов. Образцы таких часов в не­ поврежденном виде не дошли до нашего времени.

Сетка этих часов, по замечанию Дильса, чрезвычайно похо­ жа на паутину. «На этой сетке легко можно разобрать 6 + 5 ча­ совых линий и 3 концентрических круга, которые дают положе­ ние Солнца при обоих солнцестояниях (вверху и внизу) и рав­ ноденствиях (середина)» [63, 147]. Изобретение солнечных ча­ сов типа гемицикла (у Витрувия «hemicyclium escavatum» — «выдолбленный полукругом») приписывается Берозу. Полу­ круг был выдолблем в виде полости в прямоугольном мрамор­ ном блоке на стороне, обращенной к югу. Сверху передняя часть была срезана под углом, параллельным плоскости эква-

Рис. 15. Полусферические солнечные часы типа гемицикла

Рис. 16. Солнечные часы типа гемицикла, найденные у подножия обелиска «Игла Клеопатры» в Каире

тора (рис. 15). Таким образом, бесполезная часть гемисферы была удалена. Уклон циферблата соответствовал широте мес­ та, применительно к которому он был сделан. На циферблате имелось 11 часовых линий, которые подразделяли дневное вре­ мя на 12 частей (часов). Эти часовые линии обычно пересека­ лись тремя концентрическими кругами, которые отмечали вре­ мя равноденствий, летнее и зимнее солнцестояние. Указатель часов был горизонтальным и бросал тень на поверхность ци­ ферблата, кончин которой описывал разные по длине кривые в зависимости от времени года из-за более вертикального или более наклонного положения Солнца, чем обусловливалось уко­ рочение тени зимой и ее удлинение — летом. В летнее солнце­ стояние кончик тени описывает наибольшую длину дуги 21 ию­ ня, когда Солнце занимает наивысшее положение, и наимень­ шую— 21 декабря, когда оно находится в нижнем положении. Две линии, начерченные поперек часовых линий, представляют траекторию кончика тени на 21 июня и на 21 декабря, а тре­ тья—на период времени между 21 марта и 21 сентября.

На рис. 16 изображен циферблат без гномона, найденный Скоттом Тукером в 1852 г. в Каире у подножия обелиска «Игла Клеопатры» (теперь он находится в Британском музее). Для указания часов были использованы вместо чисел греческие буквы.

В некоторых образцах циферблата часов типа гемицикла полушарие вогнуто столь незначительно, что М. Деламбер в своей «Истории астрономии древнего мира» даже отказывает­ ся относить их к этому типу.

В Древней Греции солнечные часы позволяли не только из­ мерять время, но и были на службе астрономии. С их помощью изучалось движение Солнца по эклиптике и чисто механически определялся градус, на котором каждый день находится Солн­ це, а также время восхождения, захода и кульминации той или иной звезды на той или иной точке эклиптики. Это давало воз­ можность заменять определение времени по наблюдению точ­ ки эклиптики наблюдением звезды, которая восходит, заходит или кульминирует в этой точке эклиптики. На этих часах «пусть наблюдены,— пишет Поль Таннери,— два момента, время кото­ рых желают определить, т. е. те звезды зодиака, которые нахо­ дятся на горизонте на востоке и западе или (проще) в плоско­ сти' меридиана; можно привести в то же положение звезду, изо­ браженную на сфере инструмента (циферблата.— В. П.) тог­ да градус, на котором находится Солнце, играет как раз ту же роль, что и тень оконечности указателя днем, и его положение относительно часовых линий, нанесенных на polos, дает иско­ мый час.

Для применения подобного приема на практике, очевидно, необходимо, чтобы небесная сфера была сделана из твердой сетки, через которую глаз мог бы, видеть положение градуса, занимаемого Солнцем. Подобную сетку греки называли «паути­ ной», и от нее получили свое название сферические часы Евдокса; впоследствии, после Гиппарха, подвижная сфера и непод­ вижное полушарие были заменены плоскими частями, пред­ ставлявшими их стереографическую проекцию. Таким образом, получилась плоскошарная астролябия, служившая все для той же цели — для определения часов ночью, но название «паути­ ны» осталось за подвижной частью и перешло от греков к ара­ бам» [94, 88].

Генетическая связь, устанавливаемая П. Таннери между применением полоса для астрономической цели и позднейшим использованием для этой же цели стереографической проекции, с исторической точки зрения имеет большое научное значение. Здесь нашло свое конкретное выражение существование в древности неразрывной связи между измерением времени и из­ мерением для этой цеди угловых движений Солнца и звезд. Не­ посредственное их измерение было заменено стереографиче­ ской проекцией — нанесением сферы на карту кругами на кру­ ги. Эта проекция имела два замечательных свойства: 1) все круги сферы в проекции стали кругами же, а не эллипсами и 2) все углы между пересекающимися на сфере кругами и в про­ екции сохраняют свою величину.

В то время, когда астрономия разрабатывалась Гиппархом (О в. до н. э.), а позже Птолемеем, еще не существовало сфери­ ческой тригонометрии, поэтому они вынуждены были решать задачи, имевшие отношение к сферическим треугольникам, ме­ тодом стереографической проекции. Это, в частности, можно усмотреть в птолемеевой «Planispherium»: у него плоская про-

екция сферы как бы сохраняет подобие самой сферы, отсюда и название — планисфера.

Принцип стереографической проекции, как убедимся ниже, был использован для устройства так называемых апохорических, или зодиакальных, водяных часов и астролябии [63].

Астролябия давала возможность определять широту и дол­ готу светил посредством вращения сети кругов над диском, изображающим плоскость экватора, на которую проектирова­ лась небесная сфера со стороны южного полюса.

Гиппарх уже пользовался астролябией, но его астролябия была, вероятно, простым кольцом с градуированными деления­ ми и алидадой. Птолемей также пользовался астролябией осо­ бого устройства. Поэтому и название и идея астролябии — гре­ ческого происхождения. Однако астролябии Гиппарха и Птоле­ мея были намного проще арабских. Эти последние позволяют не только наблюдать высоты светил, но и дают решения многих практических вопросов астрономии (возможность определять время днем и ночью, находить направление на Мекку, опреде­ лять высоту и дистанцию недоступного предмета и т. д.). Прав­ да, честь геометрического решения основных астрономических задач с помощью планисферы принадлежит Гиппарху и Пто­ лемею.

Водяные часы (клепсидры) греки, по-видимому, заимство­ вали у египтян. Клепсидры были различного назначения: для домашнего употребления, для счета времени при измерении пульса, в суде и т. д.

Самое раннее упоминание о клепсидре, сохранившееся в греческой литературе, связано с применением ее философом Эмпедоклом (490—430 гг. до н. э.). Он с ее помощью произво­ дил физические наблюдения и опыты, имея целью доказать ве­ щественность или материальность воздуха, проверить аргумен­ ты за и против реальности или нереальности «пустого прост­ ранства».

Клепсидра представляла собой закрытый сосуд, нижнее дно которого имело ряд маленьких отверстий. Если закрыть верх­ нее отверстие пальцем и погрузить клепсидру в воду, она не будет наполняться, пока не будет отнят палец; после этого во­ да устремится в отверстие и на поверхности сосуда появятся пузырьки; наличие этих пузырьков свидетельствует о матери­ альности воздуха.

По мнению известного историка Георга Сартона, этих опы­ тов вполне достаточно для того, чтобы признать научные заслу­ ги Эмпедокла и чтобы он мог занять почетное место в истории науки [159,247].

Нельзя думать, что клепсидра в Греции стала известна тольдо со времени Эмпедокла; она в том или ином виде могла использоваться и до него.

Первоначальную форму клепсидры можно себе представить по описанию Аристотеля, который при помощи этого прибора