Что такое гномон и зачем нужны топор-лабрис и визир-телец?
Наблюдение за небесными светилами - одно из древнейших занятий человечества. Записи о положении звезд и планет, исследование звездного неба и наблюдение за небесными световыми явлениями — всё это раздел оптики под названием «метеоры».
Движение небесных объектов определяло условия жизни людей: зная закономерности движения Солнца, Луны и других светил на небосклоне, древние могли ориентироваться в пространстве и во времени. Эти знания люди использовали и для практических нужд: при составлении календарей, определения сроков сельскохозяйственных работ, предсказывания разливов рек и т.д. Кроме этого, люди нередко отождествляли небесные светила с богами, поэтому наблюдения велись очень тщательно.
В процессе развития приемов люди научились создавать приспособления для наблюдения за небесными объектами. Для этого создавались каменные ориентиры на местности, которые позднее трансформировались в сложные мегалитические сооружения и пригоризонтные обсерватории. Постоянные наблюдения за небесными светилами есть ничто иное, как угловое визирование объектов – один из наиболее распространенных типов оптических измерений. Древние способы слежения за траекториями движения Солнца, Луны (рис. 2) и звезд опирались на главное свойство световых лучей – их прямолинейность.
Возникновение оптики непосредственно связано с развитием астрономии. Вся последующая инструментальная оптика, начиная с безлинзовых диоптров, астролябий и квадрантов (рис. 3) и кончая зрительными 5 трубами и телескопами, возникла из первобытных каменных систем визирования: определенным образом ориентированных отверстий-диафрагм, вертикальных столбов или световых люков в пещерах. Требовавшие гигантских трудозатрат мегалитические сооружения были первыми в истории приспособлениями для оптических наблюдений и измерений интервалов времени. Принципы оптического визирования легли в основу древних пригоризонтных обсерваторий и храмов. Они возводились на всех континентах и использовались для пригоризонтного углового визирования восхода и захода небесных светил, в первую очередь, Солнца и Луны.
Сохранилось много древних визирных приспособлений и свидетельств их использования. Наиболее известным и применяемым до сих пор визирным приспособлением является гномон. Естественная цикличность движений небесных светил задавала жизненные ритмы в широком временном диапазоне – от столетий до суток. Потребность отсчитывать существенно меньшие интервалы времени привела древнего человека к идее создания часов. Из всего многообразия древних способов хронометрирования (огненные, водяные, песочные часы) наиболее широкое применение нашли солнечные часы, или гномоны (от греч. «стержень» или «тот, кто знает»). Несмотря на греческое название прибора, изобрели его не греки, и даже не египтяне. По свидетельству Плиния Старшего (I в. н.э.), способ определения времени по солнечным часам впервые был описан Анаксимандром Милетским, у которого был инструмент, называемый «охотник за тенью». Однако сам Анаксимандр в работе «О природе» (547 г. до н.э.) отмечал, что получил гномон из Вавилона, где им пользовались с незапамятных времен.
Работа гномона основана на методе обратного визирования: тень, отбрасываемая вертикальным шестом, скользит по заранее размеченной поверхности. Используя прямолинейность распространения световых лучей, древние мудрецы сравнивали промежутки времени с направлением и длиной тени шеста. Разметка солнечного «циферблата» была непростой задачей: угловой сектор движения тени различен для разных географических широт и времени года, к тому же его шкала неравномерна. Тем не менее, солнечные часы на протяжении многих веков оставались основным инструментов для измерения времени: песочные и водяные часы были менее точны и, к тому же, доступны далеко не каждому.
Наибольшего совершенства в многовековой практике теневого визирования с помощью гномона достигли египетские жрецы. Египтологами в деталях восстановлены приемы повышения точности в определении положения тени, и, следовательно, отсчета интервалов времени. Так, гномоны с верхней проушиной позволяли определять полдень с погрешностью в 2’–3’. Изображения таких гномонов часто встречаются среди рельефов, например, в рассказах о праздниках плодородия (рис. 4).
Обращает на себя внимание и использование жезла фараона – секема – в качестве сверяющего вертикаль ближнего визира. На рис. 5 представлены геометрические построения, поясняющие измерительные возможности гномона.
Поскольку в моменты восходов и заходов тень гномона становилась слишком длинной, иногда рабочие плоскости наклоняли так, чтобы шкала образовывала с вертикалью острый угол, что способствовало уменьшению длины тени. Со временем это привело к созданию ступенчатых солнечных часов, в которых тень поднималась или опускалась по «ступеням лестницы» (рис. 6).
В периоды высокого положения Солнца (на широте Египта такое время составляло большую часть светового дня) тень от гномона оказывается слишком короткой. Ее длину и направление трудно фиксировать, поэтому было найдено еще одно остроумное решение. До нашего времени сохранились многочисленные изображения священного посоха уаса, который использовался в качестве переносного гномона (рис. 7). Его характерными особенностями были раздвоенное основание и загнутая верхняя часть. Нижняя щель использовалась для угловой фиксации тени гномонов обелисков, а верхний загиб за счет удлинения тени повышал точность определения времени при полуденном визировании. Риски на посохе служили для измерения длины тени.
В конце периода архаики и в начале античности гномон и созданные на его основе приспособления стали первыми измерительными инструментами для нахождения географической широты места и для доказательств гипотез о мироустройстве: с помощью гномонов была доказана шарообразность Земли, вычислен ее радиус и определен угол наклонения эклиптики к экватору (рис. 8).
Если гномоны являются достоверным примером древних приспособлений для визирования, то по поводу других визирных устройств, изображения которых дошли до наших дней, можно строить лишь догадки. Со временем такие приспособления утратили свою визирную функцию, сохранившись лишь как декоративный элемент.
Характерным примером визирных устройств может служить знаковая символика минойцев и карфагенян. Декоративные украшения минойских «рогатых» алтарей с двойными топорами-лабрисами (рис. 9) указывают на их очевидные визирные истоки. Они повторяют форму визирных апертур Египта и 96 Междуречья, а использование лабрисов в качестве маркеров придают им угловую точность в ориентации.
Первые наблюдательные инструменты дошли до нас в виде неотчетливых изображений, по которым можно лишь только догадываться об их устройстве. С большой определенностью их можно разделить на устройства, работающие на просвет и на отражение. Устройства, работающие на отражение, могли представлять собой металлические зеркала, отражающие световые лучи в заданном направлении. Предполагается, что они использовались и как стационарные отражатели, и как переносные устройства, ориентацией которых можно было управлять. Приспособления, работающие на просвет, представляют собой апертуры, ограничивающие прохождение световых лучей. По всей видимости, стационарные апертуры были ориентированы на положение Солнца и Луны в значимые астрономические даты: дни равноденствий, солнцестояний и др. Наступление этих дат могло определяться по совпадению профиля апертуры с солнечным или лунным диском, а также их фрагментами. Модели таких апертурных визиров приведены на рисунке 10.
Можно предположить два метода визирования с их помощью: ежедневное перемещение визира при неизменном месте наблюдателя и изменение точки наблюдения при неподвижном визире. Создание самих приспособлений и разработка методов их применения требовали от древних жрецов глубоких астрономических знаний и совершенной техники визирования.
В заключение отметим, что истинное назначение культовых предметов древности вполне могло потеряться в ходе передачи знаний от восточных цивилизаций к западным. Есть надежда, что новые открытия археологов, историков, лингвистов и оптиков дадут более ясную картину первых оптических приспособлений.