Kamienne przyrządy astronomiczne

W ciągu kilku tysiącleci jedynym instrumentem astronomicznym było oko samego astronoma. W starożytności posługiwano się różnymi przyrządami do obserwacji nieba, ale nie zwiększały one zdolności rozdzielczej i zasięgu ludzkich oczu, nie pozwalały astronomom obserwować powierzchni planet, Księżyca ani też dostrzegać słabo świecących obiektów na niebie. Służyły jedynie do pomiaru odległości kątowej między obserwowanymi ciałami niebieskimi i do wyznaczania ich pozycji na firmamencie. Jego fikcyjna powierzchnia stanowiła odniesienie dla wszystkich pomiarów astronomicznych, przy których używane są trzy podstawowe układy współrzędnych: równikowy, ekliptyczny i horyzontalny.  Z całą pewnością już w neolicie, w wyniku obserwacji wschodów i zachodów Słońca oraz Księżyca człowiek wydzielił na horyzoncie skrajne punkty tych zjawisk. Widoczne to jest dla wielu obiektów archeologicznych, które są ułożone w kierunku punktu przesilenia letniego lub zimowego. Zaczęto oddawać cześć boską Słońcu i Księżycowi jako najjaśniejszym ciałom niebieskim. Wraz z pojawieniem się pierwszych cywilizacji starożytnych niebo stanowiło swoistą kronikę, w której zapisywano losy bogów, herosów i królów. W paleolicie (ponad 30-40 tys. lat temu) ludzie interesowali się ciałami niebieskimi. Archeolodzy twierdzą, że pochodzące z tego okresu rysunki na kamieniu: krzyże, sierpy, kręgi, grupy wgłębień to elementy wyobrażeń o sferze niebieskiej, Słońcu, Księżycu oraz czterech kierunkach świata. Rekonstrukcję tak starych wyobrażeń można prowadzić jedynie za pomocą metod etnologii oraz językoznawstwa. Około VII tys. p.n.e. człowiek przechodzi z wędrowniczego na osiadły tryb życia. Ludzie neolitu konstruowali budowle ziemne, często bardzo duże, najbardziej charakterystycznym przykładem jest tutaj tzw. cursus w Stonehenge, obecnie jest ledwo widoczny. W trzecim tysiącleciu więcej uwagi zaczęto poświęcać Słońcu. Zapanowała nowa moda na budowle koliste oddające położenie Słońca w czasie przesileń. Kamienny krąg ze Stonehenge jest najbardziej znanym tego przykładem. Prehistoryczna okrągła budowla położona na południu Anglii w pobliżu miasta Salisbury, jest jednym z najlepiej zachowanych i jednocześnie najbardziej fascynujących świadectw z okresu neolitu. Ten kamienny pomnik zbudowano między 2750 a 1900 r. p.n.e. Budowla ta stworzona z ważących tony głazów narzutowych oraz dokładnie obrobionych bloków kamiennych jest oceniana jako niepowtarzalne dzieło techniki, wczesne osiągnięcie ludzi neolitu. Centrum budowli otoczonej szerokim rowem, składa się z dwu koncentrycznych kręgów kamiennych, obejmujących dwa układy kamieni w kształcie podków. Krąg zewnętrzny o średnicy 30 m obejmował prawdopodobnie pierwotnie około 30 kamieni  (aktualnie jedynie 17), związanych ze sobą parami kamieniem poprzecznym (zw. trylity). Wewnętrzny pierścień składa się z dużej liczby mniejszych kamieni. Pierwszy układ kamieni w kształcie podkowy wewnątrz kamiennego koła został utworzony z 5 potężnych trylitów (dzisiaj utrzymały się trzy). Jeden z największych kamieni osiąga wysokość ponad 6 metrów, a jego wagę ocenia się na 45 ton! Wewnątrz tej podkowy znajduje się druga, utworzona z pionowo stojących bloków kamiennych. W środku pomnika leży monolit długości prawie 5 m nazywany Kamiennym Ołtarzem, jednak jego pierwotne znaczenie nie jest wyjaśnione. Układy kamienne w kształcie podków otwierają się ku wejściu do całej budowli. Prowadzi do niej szeroka aleja obwiedziona grobami. Poza kołem kamiennym stoi na tej drodze dojścia pojedynczy kamień zwany Heel Stone, któremu przypisuje się podstawowe znaczenie, gdyż patrząc ze środka pomnika, z „Kamiennego Ołtarza”, w dniu przesilenia dnia z nocą tj. 21 czerwca widzimy, że Słońce przechodzi dokładnie przez  „Heel Stone”.  W wielu miejscach w Brytanii i w Europie północnej pod koniec wspomnianego tysiąclecia powstało sporo takich budowli o zbliżonym przeznaczeniu. W połowie trzeciego tysiąclecia p.n.e. natrafiamy już na zmianę techniki budowy  spotykamy się z kołową architekturą cmentarną. Kluczem do zrozumienia tych kolistych budowli jest ich zawiła trójwymiarowa forma. W rzucie wyglądają one jak koncentryczne kręgi słupów, chociaż często mogą mieć owalny zarys. Ich wysokości są tak samo ważne jak ich rozmieszczenie i jedynie dzięki rozpoznaniu linii widzenia w trzech wymiarach budowle te mogą być właściwie interpretowane. Technika obserwacji polega na określeniu linii widzenia w kierunku ekstremalnego punktu położenia Słońca (letnie bądź zimowe przesilenie Słońca) przez uchwycenie obrazu Słońca w oknie przez co najmniej  dwa słupy - jeden odległy drugi bliski  i co najmniej przez dwie belki poprzeczne: odległa i bliską. Początkowo jednak największą uwagę ludzi przyciągał Księżyc, z racji dziwnych zmian, jakim podlega jego tarcza (chodzi mi oczywiście o zjawisko faz), zachodzących w miarę krótkim okresie czasu (miesiąc). Podczas tych obserwacji zauważono, że Księżyc nie tkwi nieruchomo wśród gwiazd stałych. Doprowadziło to do nadania nazw gwiazdom położonym w pobliżu pozornej drogi Księżyca po niebie. Słońce jest o wiele jaśniejszym ciałem niebieskim niż Księżyc i dlatego nie można go obserwować bezpośrednio na tle gwiazd. Dlatego też ruch Słońca względem gwiazd został zauważony przez człowieka później niż ruch Księżyca. Starożytni śledzili drogę Słońca obserwując tzw. heliakalne (czyli krótko przed wschodem Słońca) wschody oraz zachody jasnych gwiazd, a później także gwiazdozbiorów. Z obserwacji tych, już w czasach późniejszych zrodził się pomysł podziału widocznej drogi Słońca na 12 części. Wszelkie przyrządy astronomiczne, które służą do pomiarów odległości kątowych ciał niebieskich, zawierają w swej  konstrukcji odtworzenie przynajmniej jednego z układów współrzędnych astronomicznych. Najprostszym i najstarszym przyrządem astronomicznym jest gnomon. Początkowo był wbity pionowo w ziemię kij, który w dni słoneczne rzucał cień. Jego długości i kierunek zależne są od położenia słońca na niebie w ciągu roku. Za pomocą gnomonu można więc określić strony świata, czas miejscowy, momenty przesileń i równonocy oraz szerokość geograficzną miejsca obserwacji. Ulepszonymi przyrządami tego typu są zegary słoneczne, w których gnomon rzuca cień na płaską lub sferyczną powierzchnię i wskazuje czas miejscowy. Jest nim skafe, przyrząd znany już prawdopodobnie przez Babilończyków. Podstawową jego część stanowi wydrążona najczęściej w kamieniu lub skale półkula, przedstawiająca sklepienie niebieskie „do góry nogami”. Pośrodku półkuli znajduje się gnomon rzucający cień na powierzchnię z wyrysowanym równikiem, zwrotnikiem oraz podziałką godzinną. Pomiarów odległości kątowych ciał niebieskich w układzie współrzędnych horyzontalnych dokonywano za pomocą kwadrantu. Przyrząd taki składał się z podzielonej na stopnie ćwiartki koła i umocowanego w jego środku gnomonu, który rzucał cień na ustawioną pionowo, dokładnie w płaszczyźnie miejscowego południka, tarczę kwadrantu. Tak skonstruowany przyrząd nadawał się oczywiście tylko do pomiaru wysokości kątowej Słońca. Obserwacji momentów górowania innych ciał niebieskich dokonywano kwadrantem, w którym gnomon został zastąpiony przez ruchomą listwę z dwoma przeziernikami. Kąt zawarty między pionem a linią wycelowanych na dane ciało niebieskie przezierników jest kątem wysokości tego ciała nad horyzontem. Istniały dwa rodzaje przyrządów tego typu: kwadranty przenośne i kwadranty stałe. Późniejsze instrumenty astronomiczne miały przezierniki do nastawiania przyrządu na dane ciało niebieskie i podziałki kątowe pozwalające odczytać położenie danego ciała na sferze niebieskiej. Kwadrant, w którym przeziernik mógł być przesuwany wzdłuż podziałki kątowej w kształcie ćwiartki okręgu, sfera armilarna, składająca się z kilku współśrodkowych kół z podziałką kątową i przeziernikiem (stosowane do XVI w. do wyznaczania współrzędnych równikowych i ekliptycznych, inaczej przyrząd do wyznaczania położeń ciał niebieskich; używany m.in. przez M. Kopernika) oraz będące jej odmianą astrolabium (wynalezione przez starożytnych Greków, w zmienionej formie stosowane do XVIII w.). Kwadranty stałe miały służyć dokładnym pomiarom jednak miały ogromne rozmiary, dlatego musiały być wmontowywane na stałe w miejscu obserwacji. Największym przyrządem tego typu jest kwadrant zbudowany przez uzbeckiego astronoma  Uług-Bega ( 1394-1449) w Samarkandzie. Promień ćwiartki koła jego kwadrantu wynosił 40 m, a jednemu stopniowi łuku na niebie odpowiadała na obwodzie kwadrantu długość 702 mm. Pomiaru dokonywano za pomocą specjalnych, przesuwanych na mosiężnych szynach, przezierników. Tym przyrządem wielki książę tatarski Uług-Beg pomierzył współrzędne gwiazd z największą dokładnością, jaka była możliwa do uzyskania bez możliwości wykorzystania lunety. Rys. 1. Kamień graniczny z Mezopotamii z około 1100 r. p.n.e. (obecnie w British Museum). W środkowym pasie wyryte zostały Lew i Skorpion. O ich niebieskim charakterze świadczy obecność u szczytu kamienia wyobrażeń Wenus, Księżyca oraz Słońca. (Gingerich O., Sky and Telescope”, marzec 1984, s. 219) Najstarsze znane egipskie przedstawienia gwiazdozbiorów zodiakalnych pochodzą dopiero z czasów hellenistycznych (od IV w. p. n.e.). Zodiak z Dendery liczy sobie najwyżej 2000 lat. Naturalnym wyjaśnieniem tego faktu jest przyjęcie, że 12 znaków zodiaku przywędrowało do Egiptu z Babilonii w czasie wypraw i podbojów Greków pod przywództwem Aleksandra Macedońskiego. Do najstarszych gwiazdozbiorów zaliczyć można również Orła, którego przedstawienia odnajdujemy na kamiennych płytach z Mezopotamii z ok. XIII w. p.n.e. Rys.2. Zodiak pochodzący ze sklepienia świątyni w Denderze, Egipt Dolny datowany na około I w.p.n.e. Widoczny jest wyraźnie przejściowy charakter ówczesnej egipskiej koncepcji zodiaku, ponieważ obok dobrze nam znanych gwiazdozbiorów zodiakalnych pochodzenia mezopotamskiego dostrzegamy także sporo gwiazdozbiorów rdzennych, staroegipskich (XV w. p. n.e. i wcześniej), jak np. Hipopotama oraz kończynę byka (lub wołu) w środkowej części kręgu. Na brzegu kręgu ułożonych jest 36 grup związanych z rachubą czasu (rok cywilny 'słoneczny' podzielony był na 12 miesięcy każdy po 30 dób, a każdy miesiąc składał się z 3 10-dniowych 'tygodni'; tak więc każdej grupie odpowiadał w roku jeden 'tydzień'). Stanowią one odpowiednik 28 babilońskich stacji księżycowych. Pomiędzy znakami zodiaku wyryte zostały także planety przedstawione jako bogowie z laską w ręku: Merkury znajduje się zaraz ponad Rakiem (wyobrażonym tutaj jako Krab); Wenus -- pomiędzy Rybami i Wodnikiem; Mars stoi ponad grzbietem Koziorożca; Jowisz znajduje się pomiędzy Bliźniętami, Rakiem i Lwem; Saturn -- między Panną i Wagą. (Gingerich O., „Sky and Telescope”, maj 1983, s. 418). Jednym z bardziej aktualnie znanych narzędzi astronomicznych, jest klepsydra (nazwa ta pochodzi z języka greckiego) przyrząd do pomiaru przedziałów czasu, składa się z 2 naczyń (ustawionych jedno nad drugim), połączonych wąskim przewodem, przez który (w ściśle określonym czasie) przesącza się woda lub przesypuje piasek z górnego naczynia do dolnego. Została ona skonstruowana przez autora także zegara słonecznego, astronoma chińskiego Guo Shoujinga (1231-1316). Rys.3. Aztecki  kalendarz kamienny jest kolejnym przykładem, iż pragnąc zgłębić tajemnice ludzkiego losu, Majowie wróżyli z gwiazd i odliczali czas. Podobnie jak to robiły ludy zamieszkujące Europę, starożytną Afrykę i Azję. Majowie dysponowali kilkoma kalendarzami. Jednym, z nich był rytualny i wróżbiarski tzolkin (święty krąg) składający się z 260 dni. Natomiast haab był kalendarzem słonecznym i liczył 365 dni, podzielonych na 18 miesięcy po 20 dni każdy oraz dodatkowych 5 ostatnich dni w roku, zakazanych dla działalności publicznej. „Długa Rachuba” czasu pozwalała ustalić datę wydarzenia w zależności od ilości dni dzielących je od początku epoki Majów (3113 r. p.n.e.) Uczeni byli kapłanami: jednocześnie zajmowali się astronomią, wróżbami, medycyną i nauczaniem. Ze szczytu „Caracolu”  obserwatorium w Chichen-Itza - tak starannie obserwowali planetę Wenus, iż zdołali obliczyć co do dnia czas jej obiegu synodycznego (584 dni). Przedstawiony powyżej kalendarz Tenochtitlanu przedstawia środek kamiennego dysku zajmuje go maska boga Słońca Tonatiuha z wywieszonym językiem, spragnionego ludzkiej krwi. Wokół jego głowy rozmieszczone są glify przedstawiające 20 kolejnych dni tworzących miesiące roku słonecznego. Wierzchołki symbolizują promienie. Dwa wielkie węże z głowami zwróconymi do siebie, tworzą krąg zewnętrzny. Są one wyobrażeniem świata materialnego. Potężny kamienny kalendarz odkryty został w XVIII w. w podmurowaniach obecnej katedry w Mexico.

Bibliografia:

Brzstkiewicz S.R., „W kręgu astronomii”, Warszawa 1988.

Gadomski J., „Poczet wielkich astronomów”, Warszawa 1876.

North J., „Historia Astronomii i kosmologii”, Katowice 1999.

Rogers E.M., „Fizyka dla dociekliwych”. Astronomia. „Rozwój teorii astronomicznych”., Warszawa 1974.

Zonn W., „Astronomia z perspektywy czasu”, Warszawa 1974.

• « poprz.
• nast. »