VIVOS VOCO: О.С. Турсунов, "Астрономические инструменты в обсерватории Улугбека"

Астрономические инструменты
в обсерватории Улугбека

О.С.Турсунов,
кандидат физико-математических наук
Ташкент

После распада Римской империи и распространения в Европе христианства наука заглохла и уступила место суевериям. Почти на тысячу лет Западная Европа погрузилась во мрак средневековья. Но как раз в это время наука получила развитие на Востоке. Высоко почитались точные науки - математика и астрономия. В VIII-X вв. на арабский язык были переведены почти все работы греческих астрономов, в том числе и знаменитый «Альмагест» Птолемея, который только благодаря этому дошел до нас. Арабы построили крупные обсерватории и прославились как искусные наблюдатели. Недаром большинство звезд носит арабские имена: Альтаир, Альдебаран, Алькор… В то время, когда Западная Европа ждала «страшного суда» и конца мира, ученые в степях Средней Азии двигали науку вперед. Яркой фигурой среди них был Улугбек.
Мухаммед Тарагай, прозванный Улугбеком (т.е. Великим правителем), был внуком поистине великого полководца Тимура. Улугбек родился 22 марта 1394 г. В 1409 г. он был объявлен правителем Самарканда, а в 1447 г., после смерти отца, стал главой могущественной династии Тимуридов и правителем всей обширной империи.
Улугбек - один из немногочисленных самодержавных властителей, сочетавших государственную деятельность с плодотворными научными занятиями.
С детства он увлекался науками и литературой. Большую часть времени проводил в богатой библиотеке, собранной его отцом Шахрухом. Повзрослев, собрал вокруг себя группу ученых, с помощью которых около 1425 г. построил величайшую в мире (для той эпохи) обсерваторию. Ее крупнейший инструмент - секстант для измерения высоты кульминации Солнца и Луны - имел радиус 40 м. Это огромное каменное сооружение уходило под землю на 11 м и еще больше возвышалось над землей. Вокруг него была круглая наблюдательная башня диаметром 46 м, на верхней площадке которой располагались приборы для измерения положений звезд.
Используя свои уникальные инструменты, Улугбек достиг небывалой точности астрономических измерений. Одним из первых, после древнегреческого астронома Гиппарха, он отважился составить фундаментальный звездный каталог. Ценность таких каталогов для астрономии очень велика: они помогают проследить за движением звезд и вращением Земли на протяжении многих столетий.
Но научная и просветительская деятельность Улугбека пришлась не по душе многим окружавшим его царедворцам. 27 октября 1449 г. старший сын, подстрекаемый духовенством, убил отца и захватил власть. Обсерватория была разрушена, но его ученикам удалось спасти рукописи. Труд Улугбека «Новые астрономические таблицы», содержащий изложение теоретических основ астрономии и каталог точнейших положений 1018 звезд, опубликован в Оксфорде в 1665 г.

© В.Г.Сурдин,
кандидат физико-математических наук
Москва

В мировой научной литературе практически не отражено астрономическое приборостроение в обсерватории Улугбека, а порой представлялось в искаженном виде. Поэтому пришлось вновь обратиться к первоисточникам, т.е. к трактату и письму Гийас ад-Дина Коши [1, 2], чтобы разобраться, откуда возникло ошибочное представление о главном инструменте, построенном в Самарканде. До приезда в этот город астроном Коши служил у султанов Шахруха и Искандера. Одному из них он посвятил свой труд “Зидж Хакони”, а другому - “Трактат об астрономических инструментах”, который написан в 1416 г. Затем некоторое время он находился не у дел под родительским кровом.

После строительства медресе в городах Бухаре (1417), Самарканде (1420) и общежития (1423) для суфиев (слушателей), Улугбек приступает к обсуждению проектов обсерватории и астрономических инструментов. По рекомендации Кази-Заде Руми он приглашает Коши, и тот активно подключается к работам по созданию обсерватории. Под сильным впечатлением увиденного пишет (примерно в 1428-1429 гг.) письмо отцу в город Кашан, в котором подробно описывает проекты, этапы строительства обсерватории и ее инструменты.

Непродуманное объединение в одно целое трактата и письма Коши привело некоторых исследователей к некорректным выводам по поводу меридианного инструмента. Такой вывод впервые был сделан Г.Ж.Джалаловым [3] из-за невнимательного прочтения двух совершенно разных текстов Коши. Но, к сожалению, его мнение было поддержано многими авторами [4, 5, 6].

В заблуждение их ввело описание секстанта Фахри и сохранившейся части квадранта Улугбека. В обоих случаях в конструкции дуг инструментов использованы мраморные плиты с выдолбленными канавками для бронзовой основы шкал. С той лишь разницей, что, по описанию Коши, ширина канавки равна примерно 80 мм, глубина - 20 мм, а у Улугбека эти размеры соответственно равны 29 и 15 мм.

Анализируя текст Коши, приходишь к выводу, что каждый инструмент Самаркандской обсерватории уникален и имеет новые технические решения, хотя в основу их положены найденные ранее.

В чем же их уникальность? Ученые обсерватории в Самарканде во главе с Улугбеком понимали, что точности наблюдений на диоптрийных инструментах можно достичь, только увеличив шкалу отсчета. А это требовало увеличения их размеров.

Кроме ученых, к строительству обсерватории были привлечены лучшие мастера. В частности, мастер по меди устад Ибрахим со своими учениками, Исмаил - фактически прораб. Но Коши не приводит имени архитектора. Об окружении Улугбека он пишет:

“Слава Аллаху и его благодеяниям за то, что спустя несколько лет после времени, проведенного мной в родном доме, я оказался в таком великолепном городе в окружении таких ученых людей из круга Его Величества, Властителя Мира, человека ученого, мудрого, оказывающего почтение любознательным людям”.

Еще необходимо отметить, как Улугбек создавал думающий коллектив.

“Он даже дал приказание и велел не приходить к единому согласию до тех пор, пока научный вопрос не будет полностью разрешен, и не создавать видимость, что все понятно полностью. И если иногда кто-либо из уважения к Его Величеству соглашался [с его предложениями], то [он бывал недоволен], говоря: “Не уличайте меня в незнании””, - пишет Коши.

Первоначально были созданы: астролябия с диаметром в один газ (равный 62 см) и звездный глобус. На них нанесены 1022 звезды, положения которых были взяты из “Зиджа Ильхани” Насир ад-Дина ат-Туси, после учета прецессии. Однако Коши не указывает диаметр глобуса, хотя он тоже мог быть немалый.

На стене своего дворца Улугбек устанавливает солнечные часы. Эта работа представляла определенную трудность из-за того, что стена не была строго ориентирована в меридиане. Но с задачей астрономы справились успешно.

Далее Коши подробно описывает этапы возведения обсерватории:

“Была выровнена поверхность земли с целью определения линий меридиана на том месте, где шло строительство обсерватории. К этому делу были привлечены самые лучшие каменщики, после чего земля стала ровной. Мы направились туда с целью нахождения меридиана. Прежде всего захотели проверить, является ли поверхность земли ровной. Его Величество, убежище государства, да увековечит Аллах его состояние и государство, вся аристократия и вельможи, ученые мужи и деятели науки собрались вокруг инструмента каменщиков, приготовленного ими для выравнивания поверхности земли. Специально для обсерватории соорудили треугольник, каждая сторона которого равнялась четырем газам Хошимийа”.

Это означает, что был создан ватерпас со стороной, равной 2.66 м. Возможно, этим инструментом, помимо фундамента здания, контролировалась горизонтальная поверхность крыши. Она стала основой другого не менее важного инструмента - двойного азимутального квадранта.

Двойной азимутальный квадрант фактически впервые построен в обсерватории Улугбека взамен армиллярной сферы. С его помощью производились наблюдения звезд каталога “Зидж Гурагони”, а также планет и Луны. Фрагменты этого инструмента были обнаружены при раскопках обсерватории в 1941 и 1948 гг. археологом В.А.Шишкиным. Он считает, что до нашего времени не дошли приборы, с помощью которых выполнялись наблюдения звезд каталога Улугбека, “за исключением жалких фрагментов каменных плит от кругов диаметром 8-9 м, на которых сохранились пазы от вставлявшихся в них металлических пластин, а на трех-четырех фрагментах и буквенные обозначения градусов”.

Шишкин относит их к фрагментам “горизонтального круга” двойного азимутального квадранта. Этот инструмент был воспроизведен по манускрипту ?7702, хранившемуся в Британском музее. Судя по исследованиям Шишкина, радиусы квадрантов для наблюдений небесных объектов были более 4 м.

Среди уникальных сооружений обсерватории Улугбека имелся меридианный инструмент с радиусом более 40 м, вызвавший наибольшее количество дискуссий. Проект рождался в спорах. Коши пишет:

“Никто не знал о назначении геометрической фигуры, стоящей посередине Марагинской обсерватории. Сей раб доложил об этом Его Величеству и объяснил ему разницу в измерении, которая может иметь место при использовании указанного кольца. Я отметил еще то, что во времена Азуд ад-Даула был сделан круг диаметром в 10 газов, а это кольцо меньше того. Взамен этому кольцу в Марагинской обсерватории была установлена геометрическая фигура, называемая Фахриев секстант, полудиаметр которой составляет шесть газов”.

Из этого описания можно предположить, что в трактате описан секстант Фахри с радиусом дуги равным 3.7 м, построенный в Мараге. Коши рекомендовал изготовить подобный в Самарканде. Но Улугбек рассудил иначе. После длительной дискуссии “Его Величество, - пишет Коши, - приказало разломать это кольцо и создать другой инструмент”. То есть, можно сделать вывод, что в Самарканде меридианный инструмент был сконструирован по идее самого Улугбека. А далее в письме следует фраза: “По рекомендации сего раба. Наподобие “Фахриева секстанта””. Поскольку Коши предлагал строить инструмент наподобие Марагинского секстанта ат-Туси, то последнюю фразу надо понимать так: “Дуги инструмента сделать из мраморных плит с канавкой для бронзовой полосы, с делениями градусов, минут, секунд”.

Возникла необходимость произвести детальное сравнение секстанта Фахри и меридианного инструмента Улугбека. Из описания, сделанного Беруни, следует, что секстантом Фахри был инструмент дугой в 60°, который располагался в меридиане затемненного помещения с потолочным диоптром. Началом отсчета была точка, представляющая собой основание отвеса, опущенного из центра потолочного диоптра. Разметка шкалы производилась от нижней точки дуги, указанной отвесом.

Но ал-Ходженди не смог воспользоваться своим творением. Беруни пишет: “Абу Махмуд известил меня устно о погрешности, вкравшейся в его измерения из-за смещения диоптра, установленного наверху арки, вниз, приблизительно на одну пядь (~15 см), и о малых его радостях [от работ] по уточнению [наибольшего склонения]” [7].

В связи с тем что павильон с диоптром был построен раньше инструмента, трудно согласится с изобретателем, будто погрешность возникла из-за “усадки здания с диоптром вниз” на 15 см.

Можно предположить, что ошибка произошла непроизвольно. Как нам кажется, ал-Ходженди при изготовлении траншеи под инструмент с дугой радиусом 20 м не учел толщину настила из досок и листовой меди для шкалы секстанта, в сумме составлявших 15 см. Но, несмотря на это, его гениальная идея создания инструментов больших размеров была подхвачена и использована астрономами Самарканда. Ими был изготовлен инструмент с дугой 90°, т.е. - квадрант.

Коши пишет:

“Сейчас основная часть здания обсерватории завершена. Израсходовав примерно 500 туманов (т.е. 5 млн. - О.Т.) жженых кирпичей и алебастра для строительных работ, закончили одну армиллярную сферу. Ведется работа по постройке еще другой”.

Здесь он говорит о строительстве одной дуги квадранта и о начале работ над другой. Простой расчет показывает, что такое количество кирпичей при их размере 26ґ26ґ5 см³ могло уйти не только на строительство одной дуги квадранта, но и на одну боковую опорную стену, которая была по толщине 1.3-1.5 м. На саму же дугу израсходовано примерно 40-50 тыс. кирпичей. Эта опорная стена, как и вторая, - стала фундаментом азимутального двойного квадранта. Всего на две дуги и две стены, заключающие внутри себя квадрант, израсходовали около 10 млн кирпичей. Кроме того, по Коши, строительство здания обсерватории завершено до окончания установки дуг квадранта. Это давало возможность избежать “усадки” стен с диоптром.

Немаловажное подтверждение тому, что инструмент был квадрантом, - отсутствие “мощного фундамента” с южной стороны здания обсерватории напротив щели (между “мощными меридианными стенами”, внутри которых расположен квадрант).

При квадранте с южной стороны инструмента должна была находиться щель, через которую производился процесс “прицеливания небесного объекта” во время ночных наблюдений в диоптр квадранта. А при секстанте вместо щели - глухая стена с “мощным фундаментом”. Солнце на этом инструменте наблюдалось при зашторенной щели. Этот немаловажный момент учитывался при реконструкции здания обсерватории.

Кроме того, имеется косвенное подтверждение тому, что в Самарканде был квадрант. Астроном Ж.Н.Делиль в 1739 г. писал: “Для наблюдений, проводившихся в этой школе, использовался квадрант, радиус которого столь велик, как высота храма святой Софии в Константинополе, которую оценивают более чем в 180 футов” [8]. Н.И.Невская по этому поводу пишет: “Интересно отметить, что Делиль твердо придерживался мнения о том, что главный инструмент обсерватории - квадрант. Он следует традиции, идущей от Али-Кушчи, сотрудника Улугбека, работавшего в Константинополе после гибели своего покровителя, где он оставил описание Самаркандской обсерватории и ее инструментов” [9]. Эту же мысль высказывал известный специалист по истории Востока академик В.В.Бартольд [10].

Особое внимание необходимо уделить так называемому диоптрийному инструменту. В конце XIV в. строились только диоптрийные инструменты, которые имели собственные названия, а Коши отдельно выделяет безымянный. Это дает основание предположить, что имеется в виду диоптрийное приспособление двойного стенного квадранта (представлявшего собой очень сложную конструкцию), на нем работали одновременно три астронома. Один визировал наблюдаемое в ночное время небесное тело, а двое других производили отсчеты на дугах инструмента.

Теперь необходимо ответить на другой вопрос. Почему 10° (от 80° до 90°) квадранта Улугбека остались неразмеченными? Это также порождало много различных мнений. Некоторые авторы, чтобы оправдать название инструмента - секстант, - делали попытку исключить дуги от 0° до 19° и от 80° до 90° и тем самым оправдать свое мнение об инструменте. Но это не компетентный подход не только с точки зрения элементарной геометрии, но и изготовления диоптрийных инструментов XV в.

“Принцип работы угломерного инструмента ал-Ходженди был использован в XVI в. известным астрономом Тихо Браге при строительстве стенного квадранта в обсерватории “Ураниборг” близ Копенгагена. На старинной гравюре видно, что шкала квадранта отградуирована от 0° до 90°, хотя для наблюдений небесных тел использована дуга в 75°. Ниже этой отметки наблюдения не могли проводиться, так как толщина стены возле окна-диоптра ограничивала обзор неба. Поэтому Тихо Браге установил на дуге квадранта, на отметке 75° - ограничительный диоптр”.

По той же самой причине последние 10° (от 80° до 90°). не были размечены.

Фрагмент двойного азимутального квадранта, манускрипт №7702.

Есть еще одна деталь квадранта Улугбека, которая не дает покоя исследователям, - это размер диаметра его диоптра. Беруни, описывая инструмент ал-Ходженди, дает размер диаметра диоптра секстанта равным “одной пяди” (т.е. ~15 см). Так как размер радиуса дуг квадранта Улугбека в два раза больше секстанта Фахри, можно предположить, что и диаметр диоптра квадранта будет таким же (т.е.~30 см).

Один из немаловажных моментов строительства инструментов больших размеров - глубина траншеи, в которой помещалась дуга. На первый взгляд может показаться, что секстант ал-Ходженди и квадрант Улугбека произвольно помещались относительно уровня пола павильона на 10-11 м. Однако это не так.

Глубина самой нижней точки дуги выбиралась строго с учетом математической и практической целесообразности. Инструмент ал-Ходженди опускался на величину половины радиуса. Это давало возможность точно устанавливать опорные точки для градуировки шкалы дуги. Одна определялась с помощью отвеса, опущенного из центра диоптра на дугу секстанта, вторая - относительно пола. Поскольку радиус секстанта был равен 40 локтям (примерно 20 м), то глубина траншеи у инструмента ал-Ходженди равна 10 м.

Опорных точек у квадранта Улугбека три: первую - у отметки дуги, соответствующей 90°, - находили с помощью отвеса; вторую - у отметки начального штриха 0° - с помощью водяного уровня (оби-тараза), проводимого из центра диоптра до начального штриха дуги; третью - у конечного штриха 45°, который был на уровне пола павильона. Так как радиус квадранта равен 40.2 м, то глубина отметки 90° опускалась ниже уровня пола на 11.8 м.

В обсерватории Улугбека также построена армиллярная сфера. Отец Коши пытался послать армиллярную сферу, “которая могла бы служить моделью”, но сын не захотел этого. Коши писал отцу:

“Здесь никто не нуждается в модели армиллярной сферы. [Случилось так], что мастеру устад Ибрахиму - меднику было поручено придти в дом сего раба и в моем присутствии закончить изготовление одной армиллярной сферы. В [сооружении] армиллярной сферы трудность представляет дело медника, а не знание инструмента, в противоположность астролябии, в которой оба [дела] представляют [одинаковую] трудность. В медных делах [знания] устада Ибрахима были таковы, что когда сей раб наметил две точки: одну над вогнутым кольцом, а другую - над выпуклой его стороной для определения местоположения полюса и над каждым кольцом начертил небольшой круг, тот поместил коловорот на одной из сторон, а на правой его стороне [в намеченном] месте просверлил отверстие. Он сделал десять таких отверстий на всех кольцах так, что ни одно из них не имело недостатков. Точность, с которой кольца подходят друг к другу, не требует никаких комментариев”.

Из отрывка письма видно, как лестно Коши отзывался о мастерах, воплощавших идеи астрономов в жизнь.

На этом можно завершить описание астрономических инструментов по письму Коши. Но имеется еще его трактат о них, написанный в 1416 г., который также нельзя оставлять без внимания. Поскольку его автор позднее работал в Самаркандской обсерватории, он мог предложить строительство некоторых из них.

Из текста трактата видно, что Коши представлял в 1416 г. султану Искандеру описания инструментов, имевшихся в обсерваториях Мараги, Шираза и Дамаска. Описания носили поверхностный характер. Это позволяет сделать предположение, что до приезда в Самарканд Коши не занимался астрономическим приборостроением. Особенно это видно по описанию секстанта Фахри. Анализируя текст, приходишь к выводу, что Коши не был знаком с описанием Беруни инструмента ал-Ходженди. Вероятнее всего, Коши описывал уже полуразрушенный инструмент Мухаммеда Насир ад-Дина ат-Туси, построенного в Мараге в середине XIII в. Этим, возможно, и объясняется отсутствие у Коши описания павильона и диоптра, а также некоторых других инструментов, изготовленных в Самарканде.

Отсюда следует вывод: только работая в кругу ученых и мастеров обсерватории Улугбека, Коши стал знатоком астрономического приборостроения.

Внимательное прочтение письма Коши отцу показывает, что оно носит субъективный характер, допускаются вольности при разъяснении принципа работы одного и того же инструмента. Меридианный инструмент Самаркандской обсерватории назывался то армиллярной сферой, то инструментом, похожим на секстант Фахри. Откуда возникло такое разночтение? Это легко объяснить. С позиции астронома-наблюдателя Коши объясняет принцип работы меридианного инструмента, называя его армиллярной сферой, а при наблюдениях Солнца - инструментом, подобным “секстанту Фахри”. Поэтому письмо Коши отцу не может быть принято как научный трактат. Как пишет Д.Ю.Юсупова, это только “богатый источник по астрономическим инструментам, применявшимся в обсерватории Улугбека”.

Все выше перечисленные недостатки не умаляют роль Коши в создании обсерватории Улугбека. Он - один из ведущих астрономов, активно принимавших участие в строительстве как самой обсерватории, так и ее инструментов. В 1429 г. он умер.

Коши внес большой вклад в создание каталога “Зиджа Улугбека”, написав теоретическую часть на арабском языке. В работе принимал участие и учитель Улугбека - Кази-Заде Руми. Он ушел из жизни в 1444 г.

Основная работа легла на астрономов во главе с Улугбеком. Ими были получены точнейшие для того времени значения астрономических постоянных, создан каталог положений 1014 звезд на 1437 г.

Литература

1. Коши Гийас ад-Дин. Трактат об астрономических инструментах / Пер. В.А.Шишкина // Тр. Ин-та истории и археол. Ташкент, 1953. Т.5. С.91-94.
2. Коши Гийас ад-Дин. Письмо к своему отцу из Самарканда в Кашан / Пер. Д.Ю.Юсуповой // Из истории науки эпохи Улугбека. Ташкент, 1979. С.45-59.
3. Джалалов Г.Ж. Обсерватория Улугбека в свете новых данных // Материалы научной сессии АН УзССР. Ташкент, 1947. С.127-136.
4. Шишкин В.А. Обсерватория Улугбека и ее исследование // Тр. Ин-та истории и археол. Ташкент, 1953. Т.5. С.15-100.
5. Булгаков П.Г. Жизнь и труды Беруни. Ташкент, 1972. С.46.
6. Уде Ж.-Ф. Восстановление обсерватории Самарканда // Материалы Междунар. науч. конф., посвященной 600-летнему юбилею Мирзо Улугбека. Ташкент, 1994. С.146-148.
7. Беруни Абу Рейхан. Избранные произведения. Ташкент, 1966. Т.3. С.137.
8. Делиль Ж.Н. Об одной персидской рукописи астрономических таблиц Улугбека. 1739 г. /
Пер. Н.И.Невской // Из истории науки эпохи Улугбека. Ташкент, 1979. С.121.
9. Невская Н.И. Забытый перевод «Зиджа Улугбека» // Из истории науки эпохи Улугбека. Ташкент, 1979. С.127.
10. Турсунов О.С. // Узбек. физ. журн. 1994. №4. С.8-18.