Армиллярная сфера (варианты известны как сферическая астролябия , армилла или армил ) — это модель объектов на небе (на небесной сфере ), состоящая из сферического каркаса колец с центром на Земле или Солнце , которые представляют собой линии небесной долготы и широты и другие астрономически важные особенности, такие как эклиптика . Как таковая, она отличается от небесного глобуса , который представляет собой гладкую сферу, основным назначением которой является отображение созвездий . Она была изобретена отдельно, в Древнем Китае, возможно, еще в IV веке до нашей эры и в Древней Греции в III веке до нашей эры, с более поздним использованием в исламском мире и средневековой Европе .
С Землей в центре армиллярная сфера известна как Птолемеева . С Солнцем в центре она известна как Коперниканская . [1]
На флаге Португалии изображена армиллярная сфера. Армиллярная сфера также представлена в португальской геральдике , связанной с португальскими открытиями в эпоху Великих географических открытий . Мануэль I Португальский , например, использовал ее в качестве одного из своих символов, где она появилась на его штандарте и на ранней китайской экспортной керамике , изготовленной для португальского двора. На флаге Бразильской империи также изображена армиллярная сфера.
В Терминале 3 международного аэропорта Пекина Шоуду находится большая металлическая скульптура в виде армиллярной сферы, представляющая собой экспозицию китайских изобретений для иностранных и отечественных посетителей.
Внешние части этой машины представляют собой компасы [или каркас] из латунных колец, которые представляют собой основные круги небес:
На северном полюсе эклиптики находится гайка b , к которой прикреплен один конец квадрантной проволоки. На другом конце находится маленькое солнце Y , которое перемещается вокруг эклиптики B — B , поворачивая гайку. На южном полюсе эклиптики находится штифт d , на котором расположен другой квадрантный провод, с маленькой луной Ζ на нем, которую можно вращать вручную. Механизм заставляет луну двигаться по орбите, которая пересекает эклиптику под углом 5 1⁄3 градуса, к противоположным точкам, называемым лунными узлами , и позволяет смещать эти точки назад по эклиптике, поскольку лунные узлы смещаются на небесах.
Внутри этих круглых колец находится небольшой земной шар I , закрепленный на оси K , которая простирается от северного и южного полюсов шара в n и s до полюсов небесной сферы в N и S. На этой оси закреплен плоский небесный меридиан L , который может быть установлен непосредственно над меридианом любого места на шаре, так чтобы удерживать тот же меридиан на нем. Этот плоский меридиан градуирован так же, как и латунный меридиан обычного шара, и его использование во многом такое же.
К этому глобусу прикреплен подвижный горизонт M , так чтобы поворачиваться на двух прочных проводах, идущих от его восточной и западной точек к глобусу и входящих в глобус в противоположных точках от его экватора, который представляет собой подвижное латунное кольцо, вставленное в глобус в канавку по всему его экватору. Глобус можно поворачивать вручную внутри этого кольца, так чтобы поместить на него любой заданный меридиан, прямо под небесным меридианом L. Горизонт разделен на 360 градусов вокруг его самого внешнего края, внутри которых находятся точки компаса , для показа амплитуды солнца и луны, как в градусах, так и в точках. Небесный меридиан L проходит через две выемки в северной и южной точках горизонта, как в обычном глобусе: если глобус поворачивается, горизонт и меридиан поворачиваются вместе с ним. На южном полюсе сферы находится круг в 25 часов, закрепленный на кольцах. На оси находится указатель, который проходит по этому кругу, если глобус поворачивается вокруг своей оси.
Сборка шара поддерживается на пьедестале N и может быть поднята или опущена на шарнире O на любое количество градусов от 0 до 90 с помощью дуги P , которая закреплена в прочном латунном рычаге Q. Сборка шара скользит в вертикальной части R , в которой находится винт r , чтобы зафиксировать ее на любой нужной высоте.
В коробке T находятся два колеса (как в сфере доктора Лонга) и две шестерни, оси которых выходят в V и U ; любая из них может быть повернута небольшой лебедкой W. Когда лебедка помещена на ось V и повернута назад, земной шар с его горизонтом и небесным меридианом остаются в покое; и вся сфера кругов вращается с востока, юга на запад, неся солнце Y и луну Z по тому же пути и заставляя их подниматься над горизонтом и заходить под ним. Но когда лебедка помещена на ось U и повернута вперед, сфера с солнцем и луной остаются в покое; и земля с ее горизонтом и меридианом вращаются от горизонта к солнцу и луне, к которым эти тела пришли, когда Земля находилась в покое, и они вращались вокруг нее; показывая, что они восходят и заходят в тех же точках горизонта и в одно и то же время в часовом круге, независимо от того, происходит ли движение на земле или на небе. Если повернуть земной шар, то часовой индекс будет вращаться по своему часовому кругу; но если повернуть сферу, то часовой круг будет вращаться под индексом.
Таким образом, благодаря этой конструкции машина в равной степени способна показывать как действительное движение Земли, так и кажущееся движение небес.
Чтобы переустановить сферу для использования, нужно сначала ослабить винт r в вертикальном стержне R и, взявшись за рычаг Q , переместить его вверх или вниз, пока заданный градус широты для любого места не будет лежать сбоку от стержня R ; тогда ось сферы будет должным образом поднята, чтобы стоять параллельно оси земного шара, если глобус должен быть выровнен на север и юг с помощью небольшого компаса: как только это будет сделано, пользователь должен отсчитать широту от северного полюса, на небесном меридиане L , вниз к северной выемке горизонта, и установить горизонт на эту широту. Затем пользователь должен поворачивать гайку b, пока солнце Y не придет в заданный день года в эклиптике, и солнце не будет в своем надлежащем месте для этого дня.
Чтобы найти место восходящего узла Луны , а также место Луны, необходимо обратиться к эфемеридам , чтобы установить их соответствующим образом. Наконец, пользователь должен повернуть лебедку W , пока солнце не придет к меридиану L , или пока меридиан не придет к солнцу (перемещая сферу или глобус по своему усмотрению), а затем установить часовой индекс на XII, отмеченный как полдень, вся сфера будет сброшена. Затем пользователь должен повернуть лебедку и наблюдать, когда солнце или луна встают и садятся за горизонтом. Часовой индекс покажет время для данного дня. [2]
На протяжении всей истории Китая астрономы создавали небесные глобусы ( китайск . :渾象) для наблюдения за звездами. Китайцы также использовали армиллярную сферу для помощи в календарных вычислениях и расчетах.
По словам Джозефа Нидхэма , самая ранняя разработка армиллярной сферы в Китае восходит к астрономам Ши Шену и Гань Де в 4 веке до н. э., поскольку они были оснащены примитивным однокольцевым армиллярным инструментом. [3] Это позволило бы им измерить расстояние до северного полюса (склонение), измерение, которое давало положение в сю (прямое восхождение). [3] Однако датировка Нидхэма 4 веком до н. э. отвергается британским синологом Кристофером Калленом , который прослеживает начало этих устройств до 1 века до н. э. [4]
Во время династии Западная Хань (202 г. до н. э. — 9 г. н. э.) дополнительные разработки, сделанные астрономами Луося Хун (落下閎), Сянъюй Вангреном и Гэн Шоучан (耿壽昌), продвинули использование армиллярной сферы на ранней стадии ее развития. В 52 г. до н. э. именно астроном Гэн Шоучан ввел первое постоянно зафиксированное экваториальное кольцо армиллярной сферы. [3] В последующий период династии Восточная Хань (23–220 гг. н. э.) астрономы Фу Ань и Цзя Куй добавили эклиптическое кольцо к 84 г. н. э. [3] Благодаря известному государственному деятелю, астроному и изобретателю Чжан Хэну (張衡, 78–139 гг. н. э.) сфера была полностью завершена в 125 г. н. э. с кольцами горизонта и меридиана. [3] Первый в мире небесный глобус, работающий на воде, был создан Чжан Хэном , который управлял своей армиллярной сферой с помощью впускных часов -клепсидры .
После династии Хань были сделаны последующие разработки, которые улучшили использование армиллярной сферы. В 323 году нашей эры китайский астроном Конг Тин смог реорганизовать расположение колец на армиллярной сфере таким образом, чтобы эклиптическое кольцо можно было прикрепить к экватору в любой желаемой точке. [3] Китайский астроном и математик Ли Чуньфэн (李淳風) из династии Тан создал его в 633 году нашей эры с тремя сферическими слоями для калибровки нескольких аспектов астрономических наблюдений, назвав их «гнездами» (chhung). [3] Он также был ответственным за предложение плана установки визирной трубы эклиптически для лучшего наблюдения за небесными широтами. Однако именно китайский астроном, математик и монах династии Тан И Син в следующем столетии выполнил это дополнение к модели армиллярной сферы. [5] Эклиптические монтировки такого рода были обнаружены на армиллярных инструментах Чжоу Цуна и Шу Ицзяня в 1050 году, а также на армиллярной сфере Шэнь Ко конца XI века, но после этого они больше не использовались на китайских армиллярных инструментах до прибытия европейских иезуитов .
В 723 году нашей эры И Син (一行) и правительственный чиновник Лян Лин-цзан (梁令瓚) объединили небесный глобус Чжан Хэна, работающий на воде, со спусковым механизмом. С барабанами, бьющими каждую четверть часа, и колоколами, автоматически звонящими каждый полный час, устройство также было часами с боем . [6] Знаменитая часовая башня , которую китайский полимат Су Сун построил к 1094 году во время династии Сун , использовала спусковой механизм И Сина с черпаками водяного колеса, заполненными каплями клепсидры, и приводила в действие коронующую армиллярную сферу, центральный небесный глобус и механически управляемые манекены, которые выходили из механически открывающихся дверей часовой башни в определенное время, чтобы звонить в колокола и гонги, чтобы объявить время, или держать таблички, объявляющие особое время дня. Был также ученый и государственный деятель Шэнь Ко (1031–1095). Будучи главным чиновником Бюро астрономии, Шэнь Ко был страстным исследователем астрономии и усовершенствовал конструкции нескольких астрономических инструментов: гномона , армиллярной сферы, часов-клепсидры и визирной трубы, установленной для наблюдения за Полярной звездой в течение неопределенного времени. [7] Когда Джамал ад-Дину из Бухары было предложено создать «Исламский астрономический институт» в новой столице Хубилай-хана во время династии Юань , он заказал ряд астрономических инструментов, включая армиллярную сферу. Было отмечено, что «китайские астрономы строили [их] по крайней мере с 1092 года». [8]
Армиллярная сфера использовалась для наблюдений в Индии с древних времен и упоминается в трудах Арьябхаты (476 г. н. э.). [9] « Голадипика» — подробный трактат, посвященный глобусам и армиллярной сфере, был составлен между 1380 и 1460 гг. н. э. Парамешварой . [ 9] По поводу использования армиллярной сферы в Индии Охаши (2008) пишет: «Индийская армиллярная сфера ( гола-янтра ) была основана на экваториальных координатах, в отличие от греческой армиллярной сферы, которая была основана на эклиптических координатах, хотя индийская армиллярная сфера также имела эклиптический обруч. Вероятно, небесные координаты звезд соединения лунных домов определялись армиллярной сферой примерно с седьмого века». [10]
Греческий астроном Гиппарх ( ок. 190 – ок. 120 до н. э. ) приписывал Эратосфену (276 – 194 до н. э.) звание изобретателя армиллярной сферы. [11] [12] [13] [14] [15] Названия этого устройства на греческом языке включают ἀστρολάβος astrolabos и κρικωτὴ σφαῖρα krikōtē sphaira «кольцевая сфера». [16] Английское название этого устройства в конечном итоге происходит от латинского armilla (круг, браслет), поскольку оно имеет скелет, сделанный из градуированных металлических кругов, соединяющих полюса и представляющих экватор , эклиптику , меридианы и параллели . Обычно в его центре помещается шар, представляющий Землю или, позже, Солнце . Она используется для демонстрации движения звезд вокруг Земли. До появления европейского телескопа в 17 веке армиллярная сфера была основным инструментом всех астрономов для определения небесных положений.
В своей простейшей форме, состоящей из кольца, закрепленного в плоскости экватора, армилла является одним из древнейших астрономических инструментов. Слегка развитая, она пересекалась другим кольцом, закрепленным в плоскости меридиана. Первая была равноденственной, вторая — солнцестоянческой армиллой. Тени использовались в качестве указателей положений солнца в сочетании с угловыми делениями. Когда несколько колец или кругов объединялись, представляя большие круги небес, инструмент становился армиллярной сферой. [1]
Армиллярные сферы были разработаны эллинистическими греками и использовались в качестве учебных пособий уже в 3 веке до н. э. В более крупных и точных формах они также использовались в качестве наблюдательных инструментов. Однако полностью разработанная армиллярная сфера с девятью кругами, возможно, не существовала до середины 2 века н. э., во времена Римской империи . [17] Эратосфен, скорее всего, использовал солнцестояночную армиллу для измерения наклона эклиптики. Гиппарх, вероятно, использовал армиллярную сферу из четырех колец. [17] Греко -римский географ и астроном Птолемей ( ок. 100 – ок. 170 н. э. ) описывает свой инструмент, астролабон , в своем Альмагесте . [17] Он состоял по крайней мере из трех колец с градуированным кругом, внутри которого мог скользить другой, несущий две небольшие трубки, расположенные друг напротив друга и поддерживаемые вертикальным отвесом. [1] [17]
Персидские и арабские астрономы, такие как Ибрагим аль-Фазари и Аббас ибн Фирнас, продолжали строить и совершенствовать армиллярные сферы. Сферическая астролябия, разновидность как астролябии , так и армиллярной сферы, вероятно, была изобретена в Средние века на Ближнем Востоке . [19] Около 550 г. н. э. христианский философ Иоанн Филопонус написал трактат об астролябии на греческом языке, который является самым ранним сохранившимся трактатом об этом инструменте. [20] Самое раннее описание сферической астролябии относится к персидскому астроному Найризи ( фл. 892–902). Папа Сильвестр II применил использование визирных труб со своей армиллярной сферой, чтобы зафиксировать положение Полярной звезды и записать измерения для тропиков и экватора , и использовал армиллярные сферы в качестве учебного пособия. [21]
Китайские идеи астрономии и астрономических инструментов были привнесены в Корею, где также были достигнуты дальнейшие успехи. Чан Ён-сил , корейский изобретатель, получил приказ от короля Седжона Великого построить армиллярную сферу. Сфера, построенная в 1433 году, была названа Хончхонуй (혼천의,渾天儀).
Хончхонсиге , армиллярная сфера, приводимая в действие рабочим часовым механизмом, была построена корейским астрономом Сон Иёном в 1669 году. Это единственные сохранившиеся астрономические часы династии Чосон . Механизм армиллярной сферы пришел на смену армиллярной сфере (Хонŭи 渾儀, 1435) и небесной сфере (Хонсан 渾象, 1435) эпохи Седжон, а также солнечному аппарату Нефритовой Клепсидры (Онгну 玉漏, 1438). Такие механизмы похожи на армиллярную сферу Чхве Ю-джи (崔攸之, 1603~1673) (1657). Структура часового механизма и механизм удара-спуска в части часов находятся под влиянием корончатого спуска, который был разработан с 14-го века, и применяется к системе шестеренок, которая была улучшена до середины 17-го века в часовом механизме западного стиля. В частности, устройство отсчета времени армиллярных часов Сонг И-ёна использует маятниковую часовую систему начала 17-го века, которая могла бы значительно улучшить точность часов. [22]
Дальнейшие достижения в этом инструменте были сделаны датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), который построил три большие армиллярные сферы, которые он использовал для высокоточных измерений положений звезд и планет. Они были описаны в его Astronomiae Instauratae Mechanica . [23]
Армиллярные сферы были одними из первых сложных механических устройств. Их развитие привело ко многим усовершенствованиям в технике и конструкции всех механических устройств. Ученые и общественные деятели эпохи Возрождения часто рисовали свои портреты, изображая их с одной рукой на армиллярной сфере, которая представляла собой зенит мудрости и знаний .
Армиллярная сфера сохранилась как полезная для обучения и может быть описана как скелет небесного глобуса, ряд колец, представляющих большие круги небес, и вращающихся на оси внутри горизонта. С Землей в качестве центра такая сфера известна как Птолемеева; с Солнцем в качестве центра - как Коперниканская. [1]
Изображение армиллярной сферы присутствует на современном флаге Португалии и является национальным символом со времен правления Мануэля I.
.jpg/1280px-Gen%C3%A8ve_-_La_sph%C3%A8re_armillaire_(1952).jpg)
Художественная модель Армиллярной сферы использовалась с 1 марта 2014 года для зажигания Паралимпийского огня наследия на стадионе Сток-Мандевиль , Великобритания. Сфера включает в себя инвалидную коляску, которую пользователь может вращать, чтобы зажечь пламя в рамках церемонии празднования прошлого, настоящего и будущего Паралимпийского движения в Великобритании. Армиллярная сфера была создана художником Джоном Баузором и будет использоваться для будущих мероприятий Heritage Flame. Пламя на первой в истории церемонии зажгла золотая медалистка Лондона 2012 года Ханна Кокрофт . [24]
Армиллярная сфера широко используется в геральдике и вексиллологии , будучи в основном известна как символ, связанный с Португалией , Португальской империей и португальскими открытиями .
В конце XV века армиллярная сфера стала личным геральдическим знаком будущего короля Португалии Мануэля I , когда он был еще принцем . Интенсивное использование этого знака в документах, памятниках, флагах и других носителях во время правления Мануэля I превратило армиллярную сферу из простого личного символа в национальный, представляющий Королевство Португалии и, в частности, ее Заморскую империю . Как национальный символ, армиллярная сфера продолжала использоваться после смерти Мануэля I.
В XVII веке он стал ассоциироваться с португальским владычеством над Бразилией . В 1815 году, когда Бразилия получила статус королевства, объединенного с Португалией, ее герб был оформлен как золотая армиллярная сфера на синем поле. Представляя Бразилию, армиллярная сфера также стала присутствовать в гербе и флаге Соединенного Королевства Португалии, Бразилии и Алгарви . Когда Бразилия стала независимой как империя в 1822 году, армиллярная сфера продолжала присутствовать в ее национальном гербе и в ее национальном флаге. Небесная сфера нынешнего флага Бразилии заменила армиллярную сферу в 1889 году.
Армиллярная сфера была вновь введена в государственный герб и на государственный флаг Португалии в 1911 году.
«Нет никаких доказательств эллинистического происхождения сферической астролябии, но имеющиеся на данный момент данные позволяют предположить, что это могло быть раннее, но отчетливо исламское изобретение без греческих предшественников».
