Часы. От гномона до атомных часов

Творения мастеров гномоники

Солнечные часы в свое время пользовались большой популярностью, поскольку они были простыми, надежными и сравнительно точными. Они сохранили свою популярность и тогда, когда уже широко развилось производство механических часов. Наибольшего расцвета солнечные часы в качестве научных измерительных приборов и подлинных художественных произведений, драгоценностей достигли в XVI и XVII вв., когда их созданием занимались передовые европейские математики и астрономы. В ту пору, когда гелиоцентрическая система Коперника начала сменять прежние представления о составе и структуре Вселенной, в Европе возникло несколько центров, в которых работали ученые и мастера по изготовлению научных приборов. В Ураниборге на острове Хвен начал в 1576 г. работать Тихо Браге, примерно в то же время швейцарец Йост Бурги изготовил для Кассельской обсерватории ряд астрономических хронометрических приборов, которыми он привлек к себе внимание императора Рудольфа II (позднее он полностью перешел на службу к этому императору при пражском дворе). Важные центры возникли также в Южной Германии — в Нюрнберге, в Аугсбурге и в Тюбингене. В XV в. здесь начали традиционное изготовление часов Региомонтан, Георг Пейербах, его ученик Йоганнес Штеффлер, Георг Гартман. Изготовлением малых солнечных часов прославился Йоганн Праэториус из Альтдорфа. Целый ряд художественных солнечных часов построил во второй половине XVI в. Христофор Шисслер. Занимались изготовлением таких часов и другие мастера, например Ганс Трошер, Ганс Духер, Ульрих и Тобиас Клеберы, Ульрих Шнип, Христиан Хайден из Нюрнберга, Йоганн Бухнер, Герхард Гульденхауэр, Герхард Меркатор, Георг Филипп и Николай Ругендасы.

Другим центром производства солнечных часов в Западной Европе во второй половине XVI в. была Бельгия, где в Ловане работал выдающийся астроном Райнер Фризиус. Известна была и Прага, где во времена Рудольфа жили выдающиеся ученые и мастера из различных стран Европы. В период 1599-1601 гг. здесь работали Тихо Браге, а также знаменитые творцы солнечных часов и других астрономических приборов Эразм Габермель, ранее работавший в Касселе, Йост Бурги, а с 1600 г. — Йоганнес Кеплер. Важнейшее значение для пражского центра имели приборы Габермеля, теперь рассеянные по музейным и частным коллекциям в Европе и заморских странах. Часть этих коллекций была приобретена позднее Чехословакией и частично хранится в Национальном техническом музее в Праге. Наряду с научными солнечными хронометрическими приборами, изготовленными Габермелем во время его работы в Праге, в Чехии производством солнечных часов занимались и позднее многие часовщики. В этом отношении наиболее прославились мастерские произведения Йоганна Энгельбрехта, изготовленные им в период 1797-1803 гг. Работу Йоганна Энгельбрехта, жившего в Бероуне, продолжал в новой традиции и Антонин Энгельбрехт, живший в конце 20-х годов XIX в. в Мельнике.

Солнечные часы не утратили своего первоначального значения как надежные приборы для астрономических измерений и после изобретения и распространения механических шестеренчатых часов. Это объяснялось прежде всего большой точностью солнечных часов, с которой не могли сравниться механические часы до того, как для них стали применять маятниковый осциллятор. Однако и после этого солнечные часы оставались обязательной принадлежностью всех обсерваторий. Многие солнечные часы были построены в прошлые века в астрономических обсерваториях стран Востока, например в Индии, где Яи Синг II, князь Джайпура, основал в 1708-1710 гг. большую обсерваторию в Дилли с гномоном высотой 18 м. Вскоре после этого он приказал построить подобные часы в Бенаресе, Муттрже, Уйгаине и в Джайпуре.

Прочие способы измерения времени

Уже древние астрономы обладали большими знаниями в области движения звезд и умели использовать эти знания для измерения времени с помощью специальных астрономических приборов, называвшихся в то время звездными часами [6]. Одним из самых древних приборов для наблюдения за движением звезд была астролябия, впервые описанная греческим астрономом и математиком Птолемеем. В своем описании он говорит о двух кольцах, представляющих эклиптику и экватор, и о еще одном кольце с вращающейся световой осью. Однако в действительности астролябия Птолемея в конструктивном отношении не имеет ничего общего с теми астролябиями, которые появились позднее.

Астролябия относилась к весьма распространенным астрономическим приборам, которыми пользовались на суше и при плавании по морям. В средневековые бронзовые астролябии, имевшие основание в виде круглой плиты, разделенной на 360°, обычно вкладывались пакеты с астрономическими таблицами или картами земной поверхности, составленными для различных географических широт. Астролябию дополняла звездная карта со знаками зодиака. Астролябией измерялось положение Солнца, его высота над горизонтом, определялись направление восток — запад, длительность дня и ночи. Подобные данные можно было получить путем наблюдения за движением Луны или звезд. По замеренному с помощью астролябии положению звезды можно определить время, если точно известно положение места измерений. Открытие такого способа определения времени путем измерения высот звезд приписывается греку Гиппарху, жившему во II в. до н.э. От греков этот метод переняли арабы, которые своими астролябиями измеряли время с погрешностью лишь 1-2 мин. Измерение времени методом определения высот звезд применялось до середины XVII в. многими астрономами, в том числе и Тихо Браге, который с помощью этих приборов достиг точности измерения времени до нескольких секунд.

В первой половине XVI в. распространилось в Европе строительство «армилярных» сфер, состоящих из системы кругов. Эти круги изображали экватор, меридианы, тропики, высотные круги и эклиптику со знаками зодиака, мировой оси, траекторий и положений Солнца и Луны и т.п. Как правило, армилярные сферы имели лунные календари и схему расположения планет. Армилярная сфера служила для изображения положений созвездий и планет в определенный момент времени в различных координатных системах. Это было задачей так называемых демонстрационных армилярных сфер. Кроме того, изготовляли и наблюдательные армилярные сферы, предназначенные для измерения, однако они были весьма редкими и сохранилось их очень мало. (Представляется, что единственным изготовителем их был Тихо Браге.)

Все это стимулировало развитие солнечных часов и звездных часов, предназначенных для точного измерения времени в ночные часы. Для ночных измерений времени по положению звезд прибор направляли визиром на Полярную звезду и одновременно устанавливали вращающуюся линейку в положение, параллельное линии соединения нижних звезд Большой Медведицы. Одним из простейших видов звездных часов была, собственно говоря, уже описанная астролябия.

При измерении времени по положению звезд надо было очень точно и детально знать движения звезд в различные времена года. Эти данные содержались в звездных каталогах, картах и таблицах. Самым старым и самым долго употреблявшимся звездным каталогом был каталог Гиппарха, составленный в конце II в. до н.э., в котором имелись данные о движении 1022 звезд. В Европе долгое время пользовались так называемыми толедскими таблицами (Альфонса), которые поручил составить в 1252 г. испанский король Альфонс X. Попыткой уточнения данных этих таблиц были прусские планетарные таблицы, изданные в 1551 г. Эразмом Рейнгольдом. Однако наибольшей точности достиг звездный каталог, составленный Тихо Браге, содержавший лишь 997 звезд, но у него средняя погрешность не превышала одной дуговой минуты (тогда как у каталога Гиппарха эта погрешность достигала четырех минут).

Солнечные часы с передвижным по высоте «полюсом», компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы — между восходом и заходом Солнца. Нет сомнений, что это было одной из причин того, что уже древние культурные народы стали изыскивать иные пути измерения времени, не связанные с наблюдением небесных тел. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, а для звездных — из видимого движения звезд, для хронометрических приборов (жидкостных, песочных, воздушных, огневых и др.) надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания или сгорания определенного количества вещества в хронометрическом устройстве.