В 1900 году накануне Пасхи два судна ловцов губок, возвращавшихся от берегов Африки, бросили якорь у маленького греческого острова Антикитера (Антикифера) в Эгейском море, расположенного между южной оконечностью материковой Греции — полуостровом Пелопоннес — и островом Крит. Там, на глубине примерно 60 метров, ныряльщики обнаружили развалины древнего корабля…
На следующий год греческие археологи с помощью водолазов начали исследование затонувшего судна, которое оказалось римским торговым кораблем, потерпевшим крушение около 80−50 гг. до н.э. Со дна моря были подняты многочисленные артефакты: бронзовые и мраморные статуи, амфоры и т. д. Среди найденных произведений искусства — два шедевра, выставленные в Национальном археологическом музее в Афинах: бронзовая статуя «Юноши из Антикитеры» (около 340 г. до н.э.) и т.н. «Голова философа».
По наиболее вероятной гипотезе, судно шло с острова Родос, скорее всего, в Рим с трофеями либо дипломатическими «дарами». Как известно, завоевание Греции Римом сопровождалось систематическим вывозом «культурных ценностей» в Италию.
Среди предметов, поднятых с затонувшего корабля, оказался бесформенный ком корродированной бронзы, покрытой известковыми отложениями, принятый сначала за обломок статуи. В 1902 году его изучением занялся археолог Валериос Стаис. Расчистив его от известковых отложений, он, к своему удивлению, обнаружил сложный механизм, наподобие часового, с множеством бронзовых шестеренок, остатками приводных валов и измерительных шкал. Также удалось разобрать некоторые надписи на древнегреческом языке.
Пролежав 2000 лет на морском дне, механизм дошел до нас в сильно поврежденном виде. Деревянный каркас, на котором он, по всей видимости, крепился, полностью распался. Металлические детали сильно деформировались и подверглись коррозии. Кроме того, многие фрагменты механизма были утрачены.
В 1903 году в Афинах вышла первая официальная научная публикация с описанием и фотографиями Антикитерского механизма, как было названо это устройство.
Потребовалась кропотливая работа по расчистке прибора, которая продолжалась не одно десятилетие. Его реконструкция казалась делом почти безнадежным, и он долгое время оставался малоизученным, пока не привлек внимание английского физика и историка науки Дерека де Солла Прайса (Derek J. de Solla Price). В 1959 году в журнале «Scientific American» была опубликована статья Прайса «Древнегреческий компьютер», посвященная Антикитерскому механизму, ставшая важной вехой в его исследовании.
Прайс предполагал, что Антикитерский механизм был создан около 85−80 г. до н.э. Однако радиоуглеродный анализ (1971) и эпиграфические исследования надписей отодвинули предполагаемое время его создания до 150−100 гг. до н.э.
В 1971 году Прайс, в то время профессор истории науки в Йельском университете, совместно с Харлампосом Каракалосом, профессором ядерной физики из греческого Национального центра научных исследований «Демокрит», провели исследование Антикитерского механизма с помощью рентгеновской и гамма-радиографии, которое дало ценную информацию о внутренней конфигурации устройства.
В 1974 году в статье «Греческие шестеренки — календарный компьютер до нашей эры» Прайс представил теоретическую модель Антикитерского механизма, основываясь на которой, австралийский ученый Аллан Джордж Бромли из Университета Сиднея и часовщик Фрэнк Персивал изготовили первую действующую модель. Несколько лет спустя британский изобретатель Джон Глив, занимающийся изготовлением планетариев, сконструировал более точный образец, работающий по схеме Прайса.
В 1978 г. известный французский исследователь Жак-Ив Кусто еще раз обследовал место находки, но не нашел больше останков Антикитерского механизма.
Большой вклад в изучение Антикитерского механизма внес Майкл Райт, сотрудник Лондонского музея науки и Имперского колледжа в Лондоне, применивший для исследования оригинальных фрагментов метод линейной рентгеновской томографии. Первые результаты этого исследования были представлены в 1997 году, что позволило существенно скорректировать выводы Прайса.
В 2005 году стартовал международный проект «Antikythera Mechanism Research Project» с участием ученых из Великобритании, Греции и Соединенных Штатов Америки под эгидой Министерства культуры Греции. В том же 2005 году было объявлено об обнаружении новых фрагментов механизма. Использование новейших технологий (рентгеновской компьютерной томографии) позволило прочитать 95% надписей на механизме (около 2000 знаков). Результаты работы изложены в статье, опубликованной в журнале «Nature» (11/2006).
Продолжает свои исследования и Майкл Райт, представивший в 2007 году модифицированную модель Антикитерского механизма.
Совместными усилиями исследователей Антикитерский механизм постепенно открывает свои тайны, расширяя наши представления о возможностях античной науки и техники.
Оригинальные фрагменты
Все сохранившиеся металлические части Антикитерского механизма изготовлены из листовой бронзы толщиной 1−2 миллиметра. Многие фрагменты практически полностью преобразовались в продукты коррозии, однако во многих местах все еще можно различить изящные детали механизма.
В настоящее время известно 7 больших (A-G) и 75 малых фрагментов Антикитерского механизма.
Большая часть сохранившихся деталей внутреннего механизма — остатки двадцати семи маленьких шестеренок диаметром от 9 до 130 миллиметров, в сложной последовательности размещенных на двенадцати отдельных осях, помещена внутрь самого крупного фрагмента механизма. Размер данной детали составляет 217 миллиметров.
Большинство колесиков было прилажено к валам, которые вращались в отверстиях, проделанных в пластине корпуса. Линия очертания того, что осталось от корпуса (одна грань и прямоугольный стык), позволяет предположить, что он был прямоугольный. Концентрические дуги, хорошо различимые на рентгеновском снимке, являются частью нижнего циферблата задней панели.
Останки деревянной планки, предположительно одной из двух, отделяющих циферблат от корпуса, располагаются между ними рядом с сохранившейся гранью рамки. Можно различить следы еще двух деревянных фрагментов на некотором расстоянии от боковой и задней грани рамки корпуса, которые на углу смыкаются в сочленение со скошенным углом.
Фрагмент B, размером около 124 миллиметра состоит в основном из оставшейся части верхнего циферблата задней панели с двумя сломанными валами и следами еще одной шестеренки. Фрагменты A и B примыкают друг к другу, в то время как фрагмент E, размером около 64 миллиметров, на котором расположена еще одна небольшая часть циферблата, помещается между ними.
Соединенные вместе, они позволяют рассмотреть устройство задней панели, состоящей из двух больших циферблатов, имеющих вид спирали из четырех и пяти концентрических сходящихся колец, расположенных один над другим на прямоугольной пластине, высота которой примерно в два раза больше ширины. На недавно обнаруженном фрагменте F также располагается кусочек заднего циферблата со следами деревянных деталей, образующих сочленение в углу пластины.
Размер фрагмента C составляет около 120 миллиметров Самая большая отдельная деталь данного фрагмента — уголок циферблата противоположной (лицевой) стороны, которая образует основной «дисплей». Циферблат состоял из двух концентрических шкал с делениями. Одна из них, вырезанная прямо в пластине с внешней стороны большого круглого отверстия, была разбита на 360 делений, составляющих двенадцать групп по тридцать делений с названиями знаков Зодиака.
Вторая шкала, разбитая на 365 делений (дней), также составляла группы по тридцать делений с названиями месяцев согласно Египетскому календарю. Рядом с углом циферблата помещалась небольшая задвижка, которая приводилась в действие спусковым рычажком. Она служила для того, чтобы удерживать циферблат. С обратной стороны данного фрагмента, плотно приклеенная к нему продуктами коррозии, располагается концентрическая деталь, содержащая остатки крошечного зубчатого колеса, являвшаяся частью устройства для вывода информации о фазах Луны.
На всех этих фрагментах можно различить следы бронзовых пластин, располагавшихся поверх циферблатов. Они были плотно заполнены надписями. Некоторые их кусочки удалили с поверхности основных деталей в процессе очистки и хранения, другие же снова собрали в то, что ныне известно в качестве фрагмента G. Оставшимся разрозненным частям, в основном это мельчайшие кусочки, присвоили номера.
Фрагмент D состоит из двух колесиков, совмещенных друг с другом посредством тонкой плоской пластины, проложенной между ними. Данные колесики имеют не совсем круглую форму, вал, на которых они должны располагаться, отсутствует. Для них не находится места на прочих дошедших до нас фрагментах и, таким образом, их назначение установить не удается.
Все фрагменты Антикитерского механизма хранятся в Национальном археологическом музее в Афинах. Фрагменты A, B и C демонстрируются в экспозиции музея.
Назначение и функции
Еще на начальном этапе исследования, благодаря сохранившимся надписям и шкалам, Антикитерский механизм был определен как некое устройство для астрономических нужд. Согласно первой гипотезе, это был какой-то инструмент навигации, возможно, астролябия (своего рода круговая карта звездного неба с приспособлениями для определения координат звезд и иных астрономических наблюдений). Изобретателем астролябии считается древнегреческий астроном Гиппарх (ок. 180−190 — 125 до н.э.). Однако вскоре стало ясно, что речь идет о гораздо более сложном устройстве.
По уровню миниатюризации и сложности Антикитерский механизм сопоставим с астрономическими часами XVIII века. Он содержит более 30 шестеренок с зубьями в форме равносторонних треугольников. Столь высокая сложность и безупречное изготовление позволяют предположить, что у него имелся ряд предшественников, которые не были обнаружены.
Согласно второй гипотезе, Антикитерский механизм представлял собой «плоский» вариант механического небесного глобуса (планетария), созданного Архимедом (ок. 287 — 212 до н.э.), о котором сообщают древние авторы.
Самое раннее упоминание о глобусе Архимеда относится к I в. до н.э. В диалоге знаменитого римского оратора Цицерона «О государстве» разговор между участниками беседы заходит о солнечных затмениях, и один из них рассказывает: «Я вспоминаю, как я однажды вместе с Гаем Сульпицием Галлом, одним из самых ученых людей нашего отечества… был в гостях у Марка Марцелла… и Галл попросил его принести знаменитую «сферу», единственный трофей, которым прадед Марцелла пожелал украсить свой дом после взятия Сиракуз, города, полного сокровищ и чудес.
Я часто слышал, как рассказывали об этой «сфере», которую считали шедевром Архимеда, и должен признаться, что на первый взгляд я не нашел в ней ничего особенного. Более красива и более известна в народе была другая сфера, созданная тем же Архимедом, которую тот же Марцелл отдал в храм Доблести. Но когда Галл начал с большим знанием дела объяснять нам устройство этого прибора, я пришел к заключению, что сицилиец обладал дарованием большим, чем-то, каким может обладать человек.
Ибо Галл сказал, что… сплошная сфера без пустот была изобретена давно… но, — сказал Галл, — такая сфера, на которой были бы представлены движения Солнца, Луны и пяти звезд, называемых… блуждающими, не могла быть создана в виде сплошного тела; изобретение Архимеда изумительно именно тем, что он придумал, каким образом при несходных движениях во время одного оборота сохранить неодинаковые и различные пути.
Когда Галл приводил эту сферу в движение, происходило так, что на этом шаре из бронзы луна сменяла солнце в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе, вследствие чего и на небе сферы происходило такое же затмение солнца, и луна вступала в ту же мету, где была тень земли, когда солнце из области… [Лакуна]" (Цицерон. О государстве, I, 14.)
О внутреннем механизме небесного глобуса Архимеда достоверно ничего не известно. Можно предположить, что он состоял из сложной системы зубчатых передач, как и Антикитерский механизм. Архимед написал книгу об устройстве небесного глобуса («Об изготовлении сфер»), но, к сожалению, она была утрачена.
Цицерон пишет также о другом подобном устройстве, изготовленном Посидонием (ок. 135 — 51 до н.э.), философом-стоиком и ученым, жившим на острове Родос, откуда, возможно, отплыл корабль, перевозивший Антикитерский механизм: «Если бы кто-нибудь привез в Скифию или Британию тот шар (sphaera), что недавно изготовил наш друг Посидоний, шар, отдельные обороты которого воспроизводят то, что происходит на небе с Солнцем, Луной и пятью планетами в разные дни и ночи, то кто в этих варварских странах усомнился, бы, что этот шар — произведение совершенного рассудка?» (Цицерон. О природе богов, II, 34.)
Таким образом, существование в древности механизмов, сопоставимых по сложности с Антикитерским, находит подтверждение у античных авторов, хотя ни один из них не дошел до нас.
В 1959 году Дерек де Солла Прайс выдвинул обоснованную гипотезу, что Антикитерский механизм был прибором для астрономических расчетов, в частности для определения положения Солнца и Луны относительно неподвижных звезд. Прайс назвал его «древнегреческим компьютером», имея в виду механическое вычислительное устройство. С тех пор Антикитерский механизм иногда называют «первым известным аналоговым компьютером».
Дальнейшие исследования подтвердили, что Антикитерский механизм являлся астрономическим и календарным калькулятором, использовавшимся для прогнозирования позиций небесных светил в небе, и мог служить также как планетарий для демонстрации их движения. Таким образом, речь идет о более сложном и многофункциональном устройстве, чем небесный глобус Архимеда.
По одной из гипотез, данное устройство было создано в Академии, основанной философом-стоиком Посидонием на греческом острове Родос, который в то время был известен как центр астрономии и «машиностроения». Предполагается также, что инженером, разработавшим устройство, мог быть астроном Гиппарх (ок. 190 — ок. 120 до н.э.), также живший на острове Родос, поскольку оно содержит механизм, который использует его теорию движения Луны.
Однако последние выводы участников Проекта по исследованию Антикитерского механизма, опубликованные 30 июля 2008 года в журнале «Nature», позволяют предположить, что концепция механизма возникла в колониях Коринфа, что может указывать на традицию, идущую от Архимеда.
Плохая сохранность и фрагментарность дошедших до нас частей Антикитерского механизма делают любую попытку его реконструкции гипотетической. Тем не менее, благодаря кропотливой работе исследователей, мы можем с достаточной уверенностью представить, хотя бы в общих чертах, его устройство и функции.
После установки даты прибор, предположительно, приводили в действие вращением ручки, расположенной на боковой грани корпуса. Большое ведущее колесо с 4 спицами (фото 3) было связано с помощью многоступенчатых зубчатых передач с многочисленными шестеренками, вращавшимися с различной скоростью и, в конечном итоге, перемещавшими указатели на циферблатах.
Механизм имел три основных циферблата с концентрическими шкалами: один на передней панели и два на задней панели. На передней панели имелось две шкалы: неподвижная внешняя, представляющая эклиптику (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца), разделенная на 360 градусов и на 12 отрезков по 30 градусов со знаками Зодиака, и подвижная внутренняя, имевшая 365 делений по числу дней в египетском календаре, использовавшемся греческими астрономами. Погрешность календаря, вызванная большей реальной продолжительностью солнечного года (365,2422 дней), могла корректироваться поворотом календарного циферблата на 1 деление назад за каждые 4 года. (Следует отметить, что юлианский календарь, содержащий дополнительный день в високосные годы, был введен только в 46 г. до н.э.).
Передний циферблат имел, вероятно, по крайней мере, три стрелочных индикатора: один с указанием даты, а два других с указанием положений Солнца и Луны относительно плоскости эклиптики.
Указатель положения Луны позволял учитывать особенности ее движения, открытые Гиппархом. Гиппарх нашел, что лунная орбита представляет собой эллипс, наклоненный на 5 градусов к плоскости земной орбиты. Луна движется по эклиптике быстрее вблизи перигея и медленнее в апогее, что в хорошем приближении следует второму закону Кеплера для угловой скорости. Чтобы учесть эту неравномерность, использовалась хитроумная система зубчатых передач, включавшая две шестеренки со смещенным относительно оси вращения центром тяжести.
Логично предположить, что имелся аналогичный механизм, показывающий движение Солнца в соответствии с теорией Гиппарха, однако передача этого механизма (если он существовал) была утрачена.
На передней панели располагался также механизм с индикатором фаз Луны. Сферическая модель Луны, наполовину посеребренная, наполовину черная, показывалась в круглом окошке, демонстрируя текущую фазу Луны.
Существует точка зрения, что механизм мог иметь указатели для всех пяти планет, известных грекам (это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Но ни одна передача, отвечающая за такие планетарные механизмы, не найдена, за исключением одной системы передач (фрагмент D), назначение которой неясно. В то же время недавно обнаруженные надписи, в которых упоминаются стационарные точки планет, позволяют предположить, что Антикитерский механизм мог также описывать их движение.
Наконец, на тонкой бронзовой пластине, прикрывающей передний циферблат, находилась т.н. «парапегма» — астрономический календарь с указанием восходов и заходов отдельных звезд и созвездий, обозначенных греческими буквами, корреспондирующими с теми же литерами на зодиакальной шкале.
Таким образом, прибор мог показывать взаимное расположение светил на небесной сфере на конкретную дату, что могло иметь практическое применение в работе астрономов и астрологов (астрология широко практиковалась в Древнем мире), избавляя от сложных и трудоемких расчетов.
На задней панели располагались два больших циферблата. Верхний циферблат, имевший форму спирали с пятью витками и 47 отделениями в каждом витке (47×5 235), отображал т.н. «Метонов цикл». Этот цикл, названный в честь афинского астронома и математика Метона, предложившего его в 433 г. до н.э., употреблялся для согласования продолжительности лунного месяца и солнечного года в лунно-солнечном календаре. Метонов цикл основан на приближенном (с точностью около двух часов) равенстве: 19 тропических лет 235 синодических месяцев.
Как отметил древнегреческий ученый I в. до н.э. Гемин в своих «Элементах астрономии», греки должны были приносить жертвы богам по обычаям предков, а поэтому «они должны сохранять в годах согласие с Солнцем, а в днях и месяцах — с Луной».
На верхнем циферблате задней панели располагался также вспомогательный циферблат, разбитый на четыре сектора, напоминающий секундный циферблат современных наручных часов. Райт предположил, что указатель на вспомогательном циферблате показывал т.н. «Каллипов цикл», состоящий из 4 Метоновых циклов (76 тропических лет) с вычетом одного дня, служивший для уточнения лунно-солнечного календаря.
Однако в 2008 году руководитель Проекта по исследованию Антикитерского механизма Тони Фриз и его коллеги обнаружили на этом циферблате названия 4 панэллинских игр (Истмийских, Олимпийских, Немейских и Пифийских), а также игр в Додоне. Олимпийский циферблат должен быть включен в существующую зубчатую передачу, перемещавшую указатель на ¼ оборота за год.
Это подтверждает, что Антикитерский механизм мог использоваться для расчетов дат религиозных праздников, связанных с астрономическими событиями (в том числе Олимпийских и других священных игр), а также служить для коррекции календарей на основе Метонова цикла. Это имело важное практическое значение в Греции, где почти каждый полис имел собственный гражданский календарь, что создавало невероятную путаницу.
В нижней части задней панели находится циферблат в виде спирали с 223 отделениями, показывающий цикл Сарос. Сарос, открытый, возможно, вавилонскими астрономами — период, по истечении которого, вследствие повторения взаимного расположения Солнца, Луны и узлов лунной орбиты на небесной сфере, в одной и той же последовательности вновь повторяются солнечные и лунные затмения. Сарос включает в себя 223 синодических месяца, что составляет примерно 18 лет 11 дней 8 часов.
Поскольку Сарос не равен целому числу суток, в каждом новом цикле «то же» затмение наступает почти на 8 часов позже. При этом следует иметь в виду, что лунное затмение видно со всего ночного полушария Земли, тогда как солнечное — только из области лунной тени, которая в различные годы проходит по различным местам планеты. Полоса «того же» солнечного затмения в каждом последующем Саросе сдвигается почти на 120 к западу. Кроме того, полоса затмения перемещается к северу или к югу, в зависимости от того, вблизи какого узла лунной орбиты (нисходящего или восходящего) происходит затмение.
На шкале циферблата, показывающего цикл Сарос, имеются символы для лунных затмений (, Луна) и для солнечных затмений (, Солнце) и цифровые обозначения, выполненные греческими буквами, предположительно указывавшие на дату и час затмений. Удалось установить корреляции с реально наблюдавшимися затмениями.
Меньший вспомогательный циферблат отображает «тройной Сарос», или «цикл Экселигмос» (греч.), дающий период повторения затмений в целых днях. Поле этого циферблата разбито на три сектора: один чистый и два с обозначениями часов (8 и 16), которые нужно прибавить для каждого второго и третьего Сароса в цикле, чтобы получить время затмений.
Это подтверждает, что прибор мог использоваться для прогнозирования лунных и, возможно, солнечных затмений.
Антикитерский механизм был заключен в деревянный ящик, на дверцах которого находились бронзовые таблички, содержащие руководство по его применению с астрономическими, механическими и географическими данными. Интересно, что среди географических названий в тексте встречается (Испания по-гречески), что является старейшим упоминанием страны в этой форме, в отличие от Иберии.
«Греческое чудо»
Антикитерский механизм с момента открытия озадачил и заинтриговал историков науки и техники, не предполагавших, что подобное устройство могло существовать в эллинистическое время. С другой стороны, они уже давно признали, что в абстрактной математике и математической астрономии греки были не начинающими, а скорее «коллегами из другого колледжа», достигшими больших высот.
Антикитерский механизм, вероятно, был создан во второй половине II века до н.э. Это время расцвета эллинистической астрономии, связанного с именами таких ученых, как Посидоний и Гиппарх.
Гиппархом Никейским был составлен каталог звездного неба, впоследствии использованный Птолемеем, открыта прецессия равноденствий, достаточно точно описаны видимые движения Луны, Солнца и пяти известных тогда планет, определено расстояние от Земли до Луны и размеры последней, очень близкие действительным. Найденное Гиппархом значение синодического месяца всего на 0,5 секунды меньше принимаемого сегодня. Теория Гиппарха позволяла предсказывать лунные затмения с точностью до одного-двух часов и, хотя и с меньшей точностью, солнечные затмения.
Посидоний произвел вычисление расстояния от Земли до Солнца, составившее 5/8 действительного (фантастический результат для того времени).
Веком раньше творил Аристарх Самосский, создатель первой в истории гелиоцентрической системы (на 1800 лет раньше Коперника), и его младший современник Архимед, величайший ученый античного мира и предтеча науки Нового времени.
Многие достижения античной науки казались бы сегодня невероятными, не будь они зафиксированы в дошедших до нас трудах древних ученых. При всей сложности Антикитерского механизма, не имеющей аналогов до Нового времени, он, как представляется, построен на базе астрономических и математических теорий, разработанных греческими учеными к 150−100 г. до н.э. Так что для его трактовки нам не нужно обращаться к Deus ex machina.
Современные исследователи, занятые реконструкцией Антикитерского механизма, сходятся в том, что он, скорее всего, был уникальным устройством. Однако есть близкие по времени свидетельства Цицерона о механических планетариях Архимеда и Посидония. Это позволяет предположить, что существовала древнегреческая традиция создания сложных механизмов, которая впоследствии была передана Византии и исламскому миру, где аналогичные сложные механические устройства были построены мусульманскими инженерами и астрономами в Средние века. Эти устройства были гораздо проще, чем Антикитерский механизм, но они имеют так много точек соприкосновения, что кажется очевидным, что они пришли из общей традиции.
История античной науки — книга с множеством вырванных страниц. Вопреки сакраментальной фразе Михаила Булгакова, рукописи горят очень хорошо. Достаточно вспомнить судьбу Александрийской библиотеки. История дает немало примеров разрушения высокоразвитых цивилизаций и многовекового забвения прошлых достижений. Это должно послужить нам уроком и предостережением.
Став жертвой стихии и людской алчности, Антикитерский механизм на две тысячи лет выпал из научного оборота. Но благодаря тому же несчастному случаю, обернувшемуся счастливой случайностью, он сохранился до наших дней и попал в руки современных исследователей, заставив пересмотреть многие из наших оценок античной науки и техники.