Станислав Михаль - Часы. От гномона до атомных часов
По сравнению с оригиналом настоящее издание несколько сокращено: опущен материал по системам счисления времени, не являющийся основной темой книги и, кроме того, достаточно хорошо и полно изложенный в ряде отечественных популярных изданий[1], а также сокращен материал по электрический и электронным часам, несколько выпадающий по характеру изложения из общего стиля книги. По-видимому, все же требуется большая дистанция во времени, чтобы взглянуть на проблемы последних десятилетий, родивших электронные часы, и на дела многовековой давности одинаково бесстрастным взглядом, чтобы увидеть картину в целом, чтобы оценить итоги проверки временем различных принципов, схем и конструкций.
Сокращение иллюстративного материала в виду общего уменьшения объема перевода не позволило донести до читателя многие интересные формы и конструкции часов, описанных в книге. Восполнить этот пробел можно путем знакомства с оригиналом книги.
В своей фактической части книга написана в основном по чехословацким и западноевропейским материалам, в силу чего слабо отражает историю развития часов в России. Этот пробел может быть восполнен читателем путем знакомства с достаточно полной популярной книгой отечественных авторов В.Н. Пипунырова и Б.М. Чернягина, специально посвященной данному вопросу[2].
При переводе сохранены жаргонные выражения и термины старых часовщиков, такие, как «шварцвальдки», «пенделевки», «шпинделевки» и т.п., отражающие определенный «аромат» эпохи и в то же время созвучные некоторым терминам современного часового жаргона.
В целом книга С. Михаля насыщена интереснейшими, подчас малоизвестными сведениями по истории самых разных видов часов с момента их появления до наших дней, содержит ряд оригинальных мыслей о путях развития часов на разных исторических этапах, в ней много фактического материала по устройству и способам изготовления часов в разных странах и в разные времена. Она, без сомнения, будет с интересом встречена широким кругом читателей — любителей истории науки и техники, искусств и ремесел, и также теми, к кому чаще всего обращается автор, — коллекционерами старинных часов и часовщиками, имеющими дело с восстановлением и реставрацией этих удивительных памятников материальной культуры человечества.
В. А. Шполянский, доктор технических наук, профессор
Глава 1. Древнейшие способы измерения времени — простейшие хронометрические приборы
Солнечные часы
Древнейшие способы измерения времени были известны за 2000 лет до нашей эры, и их развитие продолжалось до первых столетий нового времени. Хронометрические приборы того периода иногда называют простейшими, их эра заканчивается первыми важными совершенствованиями механических часов с колесной передачей. Сюда относятся многие типы солнечных, водяных, огневых, песочных и прочих часов, которые как важные элементы развития сыграли немалую роль и в истории хронометрии.
Несомненно важнейшим и самым распространенным простейшим хронометрическим прибором были солнечные часы — единственные из перечисленных видов часов, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска, неизвестна. Некоторые исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э., в которой указывается, что с помощью солнечных часов китайцы легко установили летнюю высоту Солнца в 79°06′20″, а зимнюю — в 30°22′20″, а отсюда они определили наклон эклиптики в 23°52′. Самым старым из сохранившихся письменных документов о солнечных часах, датируемых 732 г. до н.э., мы находим в Библии, в двадцатой главе Книги Царств. Под солнечными часами Ахаза здесь понимаются обелисковые солнечные часы царя Ахаза, жившего около 732 г. до н.э. Обнаружение древнеегипетских солнечных часов XIII и XV вв. до н.э. свидетельствует о том, что действительный период возникновения солнечных часов был значительно раньше, чем это вытекает из известных до сих пор письменных памятников.
Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. О том, что египтянам эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца, говорят записи древних писателей Аристофана, Атенея, Эвбола и других. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны на общественных площадях, на рынках. Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.
По изменениям длины и направления тени можно было не только измерять время, но также наблюдать взаимные перемещения Солнца и Земли. Нет сомнения в том, что математики и астрономы допифагорейской эпохи, к которым относились также Анаксимандр и Фалес, использовали результаты измерений для изучения движения космических тел. Кроме вавилонян, египтян и греков, изучением движения Солнца занимались и другие народы, например индусы и перуанские инки. Астрономические солнечные часы инков имели различные формы. Некоторые из них были похожи на наклонно установленные каменные диски, а другие — на низкую многогранную каменную колонну. Подобные сооружения, цель которых не во всех случаях полностью выяснена, были обнаружены и в Европе. Вблизи Уатмура в Эмсланде найдена группа камней, расположенных квадратом, самый крупный из которых находился в середине. Их расположение в плане свидетельствует о том, что уже в доисторическую эпоху они служили для получения данных о времени, с которым были связаны культовые обряды. На территории Великобритании до сих пор сохранилось более 200 подобных объектов. Как правило, это круговое скопление камней с расположенным посередине алтарем. Например, при археологическом исследовании в Стаффордшайре обнаружены четыре крупных камня, расположенные в направлении главных стран света. Пространство, ограниченное этими камнями, перекрещивается наклонным камнем, видимо, являвшимся главной частью больших солнечных часов. Положение этих солнечных часов позволяет, помимо определения времени суток, узнать и время летнего и зимнего солнцестояния. Однако самым интересным объектом этого рода является Стоунхендж, расположенный на Салисбургской равнине в центральной части Великобритании в 132 км к западу от Лондона. Имеются предположения, что концентрически расположенная группа камней и колонн, окруженная двумя круглыми рядами камней, была не только местом культовых обрядов у галлов, бриттов и ирландцев, но и астрономическим устройством, определяющим время солнцестояния. Возникновение этого сооружения с осью симметрии, образуемой широкой дорожкой и каменным блоком — гномоном, называемого Friars Heels, над которым всегда точно в день летнего солнцестояния восходит Солнце, относят к периоду 1840-1680 гг. до н.э.[3] О первоначальном виде всего объекта в Стоунхендже существует много суждений.
Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III — первой половине XV в. до н.э.[4] Это сравнительно небольшой прибор, горизонтальная часть которого — линейка с хронометрической шкалой длиной около 30 см — имеет другое, перпендикулярное плечо, отбрасывающее тень на шкалу.
При измерении времени линейка со шкалой устанавливалась так, чтобы тень вертикального плеча под линейкой падала как раз на линейку со шкалой. Расстояние конечной точки тени от нулевой прямой у основания указателя указывало время суток.
Другим видом египетских солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток — запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей — восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все подымалась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.
На описанных выше солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Самым старым доказательством этого являются, конечно, вертикальные солнечные часы из слоновой кости, украшенные мифологическими рельефами, найденные при раскопках в месте Гезер в Палестине. Они восходят к эпохе правления фараона Мернефта в начале XIII в. до н.э. Другие настенные вертикальные солнечные часы были обнаружены тоже при раскопках в Луксоре. Хронометрические шкалы этих часов были различными. Портативные часы с перпендикулярной плоскостью тени имели деления через 13°, а стационарные часы — через 15°. Для получения правильного показания времени было необходимо, чтобы верхняя линия шкалы была горизонтальной и чтобы шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку египтянам того времени компас еще не был известен, они с этой целью вынуждены были вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.
