Армиллярная сфера (варианты известны как сферическая астролябия , армилла или армилла ) — модель объектов на небе (на небесной сфере ), состоящая из сферической структуры колец с центром на Земле или Солнце , которые представляют собой линии небесная долгота и широта и другие астрономически важные особенности, такие как эклиптика . По существу, он отличается от небесного глобуса , который представляет собой гладкую сферу, основной целью которой является отображение созвездий . Он был изобретен отдельно, в древнем Китае , возможно, еще в 4 веке до нашей эры, и в Древней Греции в 3 веке до нашей эры, с более поздним использованием в исламском мире и средневековой Европе .
Армиллярная сфера с Землей в центре известна как Птолемеева . Имея в центре Солнце, оно известно как Коперникан . [1]
На флаге Португалии изображена армиллярная сфера. Армиллярная сфера также фигурирует в португальской геральдике , связанной с португальскими открытиями в эпоху географических открытий . Мануэль I Португальский , например, использовал его как один из своих символов, поскольку он появился 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 Пекин Столичный установлена большая металлическая скульптура в виде армиллярной сферы, демонстрирующая китайские изобретения для иностранных и отечественных посетителей.
Внешние части этой машины представляют собой композицию [или каркас] из медных колец, которые представляют собой основные круги небес.
В северном полюсе эклиптики находится гайка b , к которой прикреплен один конец квадрантной проволоки, а к другому концу маленькое солнце Y , которое проводят вокруг эклиптики B — B , поворачивая гайку: и в южный полюс эклиптики представляет собой булавку d , на которой находится еще один квадрантный провод с маленькой луной Z на ней, которую можно вращать вручную; но существует особое приспособление, позволяющее заставить луну двигаться по орбите, которая пересекает эклиптику под углом 5 1/3 градуса к противоположным точкам, называемым узлами Луны ; а также для смещения этих точек назад по эклиптике, как смещаются узлы Луны на небе.
Внутри этих круглых колец находится небольшой земной шар I , закрепленный на оси К , которая простирается от северного и южного полюсов земного шара в точках n и s до полюсов небесной сферы в точках N и S. На этой оси закреплен плоский небесный меридиан LL , который может быть установлен непосредственно над меридианом любого места земного шара так, чтобы сохранять на нем тот же меридиан. Этот плоский меридиан градуирован так же, как медный меридиан общего земного шара, и его использование практически такое же. К этому глобусу прикреплен подвижный горизонт М так, чтобы он вращался на двух прочных проводах, идущих от его восточной и западной точек к земному шару и входящих в земной шар в противоположных точках от его экватора, которые представляют собой подвижное медное кольцо, вставленное в глобус. земной шар в желобке по всему экватору. Глобус можно вручную повернуть внутри этого кольца так, чтобы поместить на него любой заданный меридиан непосредственно под небесным меридианом L. Горизонт разделен на 360 градусов по всему его внешнему краю, внутри которого расположены точки компаса, показывающие амплитуду Солнца и Луны как в градусах, так и в точках. Небесный меридиан L проходит через две вырезки в северной и южной точках горизонта, как в обычном глобусе: и здесь, если глобус повернуть, горизонт и меридиан поворачиваются вместе с ним. На южном полюсе сферы находится круг из 25 часов, прикрепленный к кольцам, а на оси - указатель, который обходит этот круг, если земной шар повернуть вокруг своей оси.
Вся ткань поддерживается на подставке N и может подниматься или опускаться на шарнире O на любое количество градусов от 0 до 90 с помощью дуги P , которая закреплена в прочном латунном рычаге Q и скользит. в вертикальной части R , в которой находится винт в точке r , чтобы зафиксировать ее на нужной высоте.
В ящике Т находятся два колеса (как в сфере доктора Лонга) и две шестерни, оси которых выходят в точках V и U ; любой из них можно повернуть с помощью небольшой лебедки W. Когда лебедка устанавливается на ось V и поворачивается назад, земной шар с его горизонтом и небесным меридианом остается в покое; и вся сфера кругов вращается с востока, юга и запада, неся солнце Y и луну Z по одному и тому же пути и заставляя их подниматься над горизонтом и садиться под ним. Но когда лебедка устанавливается на ось U и поворачивается вперед, сфера с солнцем и луной остается в покое; и земля с ее горизонтом и меридианом поворачивается от горизонта к солнцу и луне, к которым пришли эти тела, когда земля находилась в покое, и их несло вокруг нее; показывая, что они восходят и заходят в одних и 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 земной шар повернуть, часовой указатель вращается вокруг своего часового круга; но если сферу повернуть, часовой круг будет вращаться под индексом.
Таким образом, благодаря этой конструкции машина в равной степени способна показывать как реальное движение Земли, так и кажущееся движение неба.
Чтобы исправить сферу для использования, сначала ослабьте винт r в вертикальном штоке R и, взявшись за рычаг Q , переместите его вверх или вниз до тех пор, пока заданный градус широты для любого места не окажется сбоку от штока R ; и тогда ось сферы будет правильно поднята, чтобы стоять параллельно оси мира, если машину установить на север и юг с помощью небольшого компаса: после этого отсчитайте широту от северного полюса по небесный меридиан L , вниз к северной отметке горизонта и установите горизонт на этой широте; затем поворачивайте гайку b до тех пор, пока солнце Y не подойдет к данному дню года на эклиптике, и солнце не окажется на своем месте для этого дня: найдите место восходящего узла Луны, а также место луну, с помощью эфемериды, и установите их соответствующим образом: наконец, поверните лебедку W до тех пор, пока либо солнце не дойдет до меридиана L , либо пока меридиан не подойдет к солнцу (в зависимости от того, как вы хотите, чтобы сфера или земля двигались) и установите часовой указатель на цифру XII, отмеченную полуднем, и вся машина будет исправлена. — Затем поверните лебедку и наблюдайте, когда солнце или луна восходят и заходят за горизонт, и указатель часов покажет время этого дня для данного дня. [2]
На протяжении всей китайской истории астрономы создавали небесные глобусы ( китайский :渾象), чтобы облегчить наблюдение за звездами. Китайцы также использовали армиллярную сферу для облегчения календарных расчетов и расчетов.
По мнению Джозефа Нидэма , самое раннее развитие армиллярной сферы в Китае восходит к астрономам Ши Шену и Ган Де в IV веке до нашей эры, поскольку они были оснащены примитивным однокольцевым армиллярным инструментом. [3] Это позволило бы им измерить северное полярное расстояние (склонение) - измерение, которое дало бы положение в сю ( прямое восхождение). [3] Однако датировка Нидэма 4 веком до нашей эры отвергается британским китаеведом Кристофером Калленом , который относит появление этих устройств к 1 веку до нашей эры. [4]
Во времена династии Западная Хань (202 г. до н.э. – 9 г. н.э.) дополнительные разработки, сделанные астрономами Луося Хун (落下閎), Сянъюй Ванжэнь и Гэн Шоучан (耿壽昌), продвинули использование армиллярии на ранней стадии эволюции. В 52 г. до н.э. астроном Гэн Шоучан представил первое постоянно закрепленное экваториальное кольцо армиллярной сферы. [3] В последующий период династии Восточная Хань (23–220 гг. н.э.) астрономы Фу Ань и Цзя Куй добавили кольцо эклиптики 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 с водяным приводом был создан Чжан Хэном, который управлял своей армиллярной сферой с помощью часов- клепсидр с притоком (подробнее см. В статье Чжана).
Последующие разработки были сделаны после династии Хань, которые улучшили использование армиллярной сферы. В 323 году нашей эры китайский астроном Конг Тин смог реорганизовать расположение колец на армиллярной сфере так, что кольцо эклиптики можно было привязать к экватору в любой желаемой точке. [3] Китайский астроном и математик Ли Чуньфэн (李淳風) из династии Тан в 633 году нашей эры создал одно гнездо с тремя сферическими слоями для калибровки различных аспектов астрономических наблюдений, назвав их «гнездами» (чхунг). [3] Он также был ответственным за предложение плана установки визирной трубы по эклиптике для лучшего наблюдения за небесными широтами. Однако именно танский китайский астроном, математик и монах И Син в следующем столетии осуществил это дополнение к модели армиллярной сферы. [5] Эклиптические крепления такого типа были обнаружены на армиллярных инструментах Чжоу Цуна и Шу Ицзяня в 1050 году, а также на армиллярной сфере Шэнь Го конца XI века, но после этого они больше не использовались на китайских армиллярных инструментах до тех пор, пока приход европейских иезуитов .
В 723 году нашей эры И Син (一行) и правительственный чиновник Лян Лин-зан (梁令瓚) объединили небесный глобус Чжан Хэна с водяным приводом со спусковым устройством. Поскольку барабаны били каждые четверть часа, а колокола звонили автоматически каждый полный час, это устройство также представляло собой часы с боем . [6] Знаменитая башня с часами , которую китайский эрудит Су Сун построил в 1094 году во времена династии Сун, использовала спусковой механизм И Сина с ковшами водяного колеса, наполненными каплями клепсидры, и приводила в действие венчающую армиллярную сферу, центральный небесный глобус и механически управляемые манекены, которые выходил из механически открытых дверей башни с часами в определенное время, чтобы звонить в колокола и гонги, чтобы объявить время, или держать таблички, объявляющие об особых временах дня. Был еще учёный и государственный деятель Шэнь Го (1031–1095). Будучи главой Астрономического бюро, Шэнь Го был заядлым исследователем астрономии и усовершенствовал конструкции нескольких астрономических инструментов: гномона , армиллярной сферы, часов-клепсидры и визирной трубы, предназначенной для бесконечного наблюдения за полярной звездой . [7] Когда Джамал ад-Дина из Бухары попросили создать «Исламское астрономическое учреждение» в новой столице Хубилай-хана во времена династии Юань , он заказал ряд астрономических инструментов, в том числе армиллярную сферу. Было отмечено, что «китайские астрономы строили [их] как минимум с 1092 года». [8]
Армиллярная сфера использовалась для наблюдения в Индии с давних времен и упоминается в трудах Арьябхаты (476 г. н. э.). [9] Голадипика — подробный трактат, посвященный глобусам и армиллярной сфере, был составлен Парамешварой между 1380 и 1460 годами нашей эры . [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 имела еще и эклиптический обруч. Вероятно, небесные координаты стыковочных звезд лунных особняков определялись по армиллярной сфере примерно с седьмого века. Существовал также небесный глобус, вращавшийся проточной водой». [10]
Греческий астроном Гиппарх ( ок. 190–120 до н. э. ) считал Эратосфена (276–194 до н. э.) изобретателем армиллярной сферы. [11] [12] [13] [14] [15] Названия этого устройства на греческом языке включают ἀστρολάβος астролябии и κρικωτὴ σφαῖρα krikōtē sphaira «сфера с кольцами». [16] Английское название этого устройства происходит в конечном итоге от латинского Armilla (круг, браслет), поскольку оно имеет каркас, состоящий из градуированных металлических кругов, соединяющих полюса и представляющих экватор , эклиптику , меридианы и параллели . Обычно в его центре помещают шар, изображающий Землю , а позднее Солнце . Он используется для демонстрации движения звезд вокруг Земли . До появления европейского телескопа в 17 веке армиллярная сфера была основным инструментом всех астрономов для определения положения небесных тел.
В своей простейшей форме, состоящей из кольца, закрепленного в плоскости экватора, армилла является одним из древнейших астрономических инструментов. Слегка развитый, его пересекало еще одно кольцо, зафиксированное в плоскости меридиана. Первый был равноденственным, второй — армиллой солнцестояния. Тени использовались как указатели положения солнца в сочетании с угловыми делениями. Когда несколько колец или кругов были объединены, изображая большие круги небес, инструмент превратился в армиллярную сферу. [1]
Армиллярные сферы были разработаны греками-эллинистами и использовались в качестве учебных пособий уже в III веке до нашей эры. В более крупных и точных формах они также использовались в качестве инструментов наблюдения. Однако полностью развитая армиллярная сфера с девятью кругами, возможно, не существовала до середины II века нашей эры, во времена Римской империи . [17] Эратосфен, скорее всего, использовал армиллу солнцестояния 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, астролябон , в своем «Альмагесте ». [17] Оно состояло как минимум из трех колец с градуированным кругом, внутри которого могло скользить другое, неся две небольшие трубки, расположенные друг напротив друга и поддерживаемые вертикальным отвесом. [1] [17]
Персидские и арабские астрономы создали улучшенную версию греческой армиллярной сферы в VIII веке и написали об этом в трактате « Дхат аль-Халак» или «Инструмент с кольцами» персидского астронома Фазари (ум. 777 г. ) . Считается, что Аббас ибн Фирнас (ум. 887) изготовил еще один инструмент с кольцами (армиллярной сферой) в 9 веке, который он подарил халифу Мухаммеду I (годы правления 852–886). [19] Сферическая астролябия, разновидность астролябии и армиллярной сферы, была изобретена в средние века на Ближнем Востоке . [20] Около 550 года нашей эры христианский философ Иоанн Филопон написал трактат об астролябии на греческом языке, который является самым ранним из сохранившихся трактатов об этом инструменте. [21] Самое раннее описание сферической астролябии восходит к персидскому астроному Найризи ( эт. 892–902). Мусульманские астрономы также самостоятельно изобрели небесный глобус, который использовался преимущественно для решения задач небесной астрономии. Сегодня во всем мире осталось 126 таких инструментов, самый старый из которых датируется 11 веком. С их помощью можно рассчитать высоту Солнца или прямое восхождение и склонение звезд, введя местоположение наблюдателя на меридиональном кольце земного шара.
Армиллярная сфера была вновь введена в Западную Европу через Аль-Андалус в конце 10 века благодаря усилиям Герберта д'Орийяка, последующего Папы Сильвестра II (годы правления 999–1003). [22] Папа Сильвестр II применил использование визирных трубок со своей армиллярной сферой, чтобы зафиксировать положение полярной звезды и записать измерения для тропиков и экватора . [23]
Китайские идеи астрономии и астрономических инструментов были представлены Корее, где также были достигнуты дальнейшие успехи. Чан Ён Сил , корейский изобретатель, получил приказ от короля Чосона Седжона Великого построить армиллярную сферу. Сфера, построенная в 1433 году, получила название Хончхонуи (혼천의, 渾天儀).
Хончхонсиге , армиллярная сфера, приводимая в действие работающим часовым механизмом, была построена корейским астрономом Сон Иёном в 1669 году. Это единственные сохранившиеся астрономические часы времен династии Чосон . Механизм армиллярной сферы пришел на смену механизму армиллярной сферы эпохи Седжона (Хонуи 渾儀, 1435 г.) и небесной сферы (Хонсан 渾象, 1435 г.), а также аппарата солнечной каретки Нефритовой Клепсидры (Онну 玉漏, 1438 г.). Такие механизмы аналогичны армиллярной сфере Чхэ Юй-дзи (崔攸之, 1603~1673) (1657). На структуру часового механизма и механизм боя-спуска в части часов повлиял спусковой механизм заводной головки, разработанный с 14 века, и примененный к зубчатой системе, которая была усовершенствована до середины 17 века в западных странах. -стиль часового механизма. В частности, устройство измерения времени в «Армиллярных часах» Сон Иёна использует маятниковую систему часов начала 17 века, которая могла значительно повысить точность часов. [24]
Дальнейшие успехи в этом приборе были достигнуты датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), который построил три большие армиллярные сферы, которые он использовал для высокоточных измерений положения звезд и планет. Они были описаны в его Astronomiae Instauratae Mechanica . [25]
Армиллярные сферы были одними из первых сложных механических устройств. Их развитие привело ко многим усовершенствованиям в технике и конструкции всех механических устройств. Ученым и общественным деятелям эпохи Возрождения часто писали портреты, на которых они держали одну руку на армиллярной сфере, которая олицетворяла зенит мудрости и знаний .
Армиллярная сфера сохранилась как полезная для обучения, и ее можно описать как скелет небесного шара, серию колец, представляющих большие небесные круги и вращающихся вокруг оси внутри горизонта. С землей в центре такая сфера известна как Птолемеевская; с солнцем в центре, как у Коперника. [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)
В 1980-х годах Эмили Сэвидж-Смит обнаружила в Лахоре и Кашмире несколько небесных глобусов без каких-либо швов . [26] : 5 Полые объекты обычно отливаются из двух половин, и Сэвидж-Смит указывает, что отливка бесшовной сферы считалась невозможной, [26] : 4 хотя такие методы, как ротационное формование, использовались, по крайней мере, с 60-х годов. для создания таких же бесшовных сфер. Самый ранний бесшовный глобус был изобретен в Кашмире мусульманским астрономом и металлургом Али Кашмири ибн Лукманом в 1589–1590 годах (998 г. хиджры) во время правления Акбара Великого ; другой был изготовлен в 1659–1660 годах (1070 г. хиджры) Мухаммадом Салихом Тахтави с надписями на арабском и санскрите ; а последний был создан в Лахоре индуистским астрономом и металлургом Лалой Балхумалом Лахори в 1842 году во время правления Джагатджита Сингха Бахадура . Был выпущен 21 такой глобус, и это единственные образцы бесшовных металлических глобусов. Эти металлурги Великих Моголов использовали метод литья по выплавляемым моделям для производства этих глобусов. [27]
Модель армиллярной сферы, основанная на художественном произведении, использовалась с 1 марта 2014 года для зажигания огня Паралимпийского наследия на стадионе Сток-Мандевиль в Соединенном Королевстве. Сфера включает в себя инвалидное кресло, которое пользователь может вращать, чтобы зажечь пламя в рамках церемонии, посвященной прошлому, настоящему и будущему Паралимпийского движения в Великобритании. Армиллярная сфера была создана художником Джоном Баузером и будет использоваться для будущих мероприятий Heritage Flame. Пламя на первой в истории церемонии зажгла золотая медалистка Лондона 2012 года Ханна Кокрофт . [28]
Армиллярная сфера широко используется в геральдике и вексиллологии и в основном известна как символ, связанный с Португалией , Португальской империей и португальскими открытиями .
В конце 15 века армиллярная сфера стала личным геральдическим знаком будущего короля Португалии Мануэля I , когда он был еще принцем . Интенсивное использование этого значка в документах, памятниках, флагах и других опорах во время правления Мануэля I превратило армиллярную сферу из простого личного символа в национальный, который представлял Королевство Португалия и, в частности, его Заморскую империю . В качестве национального символа армиллярная сфера продолжала использоваться после смерти Мануэля I.
В 17 веке он стал ассоциироваться с португальским владычеством в Бразилии . В 1815 году, когда Бразилия получила статус объединенного с Португалией королевства, ее герб был оформлен в виде золотой армиллярной сферы на синем поле. Представляя Бразилию, армиллярная сфера также стала присутствовать на гербе и флаге Соединенного Королевства Португалии, Бразилии и Алгарви . Когда Бразилия стала независимой империей в 1822 году, армиллярная сфера продолжала присутствовать в ее национальном гербе и на ее национальном флаге. Небесная сфера нынешнего флага Бразилии заменила армиллярную сферу в 1889 году.
Армиллярная сфера была вновь введена в национальный герб и национальный флаг Португалии в 1911 году.
«Нет никаких доказательств эллинистического происхождения сферической астролябии, но, скорее, имеющиеся на данный момент данные позволяют предположить, что это могло быть раннее, но явно исламское развитие, не имеющее греческих предшественников».
