Астрономия

 
Согласно описанию в «Цзинь шу» («Книга о [династии] Цзинь»), бронзовая армиллярная сфера была установлена Чжан Хэном в отдельном закрытом помещении, над которым находилась наблюдательная платформа. Служитель, находящийся рядом с армиллярной сферой, сообщал наблюдателю на платформе ее показания, которые точно совпадали с тем, что тот видел на небесном своде. Устройство включало в себя элементы, соответствующие Южному и Северному небесным полюсам, эклиптике, экватору, 24 периодам года (цзе ци), 28 лунным стоянкам (сю [2]), путям Солнца, Луны и пяти планет. Таким образом, прибор Чжан Хэна совмещал в себе армиллярную сферу, небесный глобус и планетарий. Посредством системы зубчатых колес данный прибор был связан с механическим бронзовым деревом (выполненным по подобию ли цзя – «календарного дерева», по преданию, росшего на ступеньках дома мифического правителя Яо), на котором каждый день в течении первых 15 дней месяца «вырастало» по одному бронзовому листу, а в течении последующих 15 дней – «опадало»; если месяц состоял не из 30, а из 29 дней, то последний лист не падал, а «увядал». Во время войны в V в. армиллярная сфера Чжан Хэна была уничтожена. Однако по ее частичному описанию в VII–VIII вв. были построены аналогичные приборы. На Западе автоматический астрономический прибор, а именно телескоп, который мог следовать за видимым движением небесных тел, впервые был предложен в 1670 г. Робертом Гуком. Однако по техническим причинам он был построен только в 1824 г. Йозефом Фраунгофером.
 
В 633 г. танский придворный астроном Ли Чунь-фэн, уполномоченный императором Тай-цзуном [1], приспособил к армилле кольцо, соответствую-щее лунной траектории. Поскольку эклиптика и лунные траектории имеют ежедневное движение, следующее за дневным вращением небесной сферы, кольца, символизирующее эти траектории, должны были быть соответственно подвижны. Учитывая это, Ли Чунь-фэн построил «прибор корректировки трех времен» (сань чэнь и), представляющий собой набор трех пересекающихся колец, параллельных соответственно эклиптике, лунной траектории и экватору. Эти кольца помещались внутри внешнего комплекса колец и могли быть приведены в околополюсное вращение.
 
Кольцо экватора в сань чэнь и имело просверленные метки, каждая из которых символизировала экваториальную позицию определяющей звезды соответствующей лунной стоянки. Когда наблюдатель, вращая это кольцо, настраивал его на определяющую звезду, другие два кольца в этом наборе автоматически устанавливались соответственно по эклиптике и лунной траектории. Кроме того, на кольце эклиптики были сделаны 249 пар отверстий для регулирования кольца лунной траектории. Как только узел эклиптики и лунных траекторий отодвигался назад по эклиптике в конце каждого нодического месяца, наблюдатель мог передвинуть кольцо лунной траектории и установить его на другой паре отверстий на кольце эклиптики, делая кольцо лунной траектории более соответствующим ее наблюдению. Этот образец инженерного изящества на практике не позволял делать наблюдения более точными. Поскольку позиции эклиптики и лунной траектории естественно изменялись, наблюдатель, хотя и корректировал армиллу с помощью сань чэнь и, когда начинал использовать визирную трубку, все же обнаруживал, что его измерения всегда запаздывали.
 
Армилла, построенная 90 годами позже буддийским монахом и астрономом И-сином (Чжан Суй, 683–727) с помощником Лян Лин-цзанем, ознаменовала кульминационный момент в тенденции к комплексному построению такого типа астрономических инструментов. В ней было использовано эклиптически установленное кольцо небесной широты. В целом она была сложнейшим инструментом, состоящим из семи различных колец. Работать с ним было достаточно трудоемко.
 
Во второй половине эпохи Северной Сунь, благодаря прогрессу в математике, астрономы получили возможность производить преобразования между различными системами координат, в частности, между экваториальной, эклиптической и системой координат лунной траектории. Ученые все более осознавали, что намного проще преобразовывать экваториальную величину, которая вполне удобочитаема на армилле, в величину эклиптики, а также лучше рассчитать лунную траекторию, чем тратить усилия для выяснения ее параметров непосредственно с помощью инструментов.
 
Выдающийся ученый-энциклопедист XI в. Шэнь Ко (1031–1095), задавал тон в этом новом подходе. Он упростил армиллу, первым убрав кольцо лунной траектории, использование которого было более трудоемким и давало менее точные результаты, чем другие ее детали. Таким образом, начался процесс упрощения, будучи согласованным в теории с новыми астрометрическими методами, основанными на преобразовании различных координат.
 
Небесный глобус. Первое китайское упоминание о небесном глобусе (хунь сян) относится ко времени правления императора У-ди [1] (140–87 гг. до н.э.). Сделал его астроном Ло Ся-хун. Глобус мог вращаться и имел на своей поверхности изображения всех известных в то время светил. Сферу глобуса обрамляли две металлические дуги, соответствующие небесному экватору и меридиану места, с которого могло производиться наблюдение за небом. С помощью этого глобуса можно было определять время восхода и захода звезд и Солнца, а также моменты прохождения звезд через меридиан.
 
При династии Тан в 725 г. И-син с помощником Лян Лин-цзанем изготовил бронзовый небесный глобус, на поверхности которого были выгравированы изображения созвездий и небесного экватора. Устройство приводилось в действие водой (которая равномерно выливалась из клепсидры на водяное колесо с чашечками на ободе, связанное с шестеренчатым передаточным механизмом) и делало полный оборот в течение суток, точно согласуя свое движение с реальным движением небесных светил. Вокруг небесного глобуса располагались два подвижных зубчатых кольца, на которых было установлены шарики, обозначавшие Солнце и Луну и вращавшиеся в согласии с их ритмами. Кроме того, к глобусу были присоединены посредством системы зубчатых передач две деревянные фигуры. Одна из них через каждые четверть часа автоматически ударяла по барабану, а другая – каждый час производила удар в колокол. Таким образом, была получена комбинация астрономического инструмента и часов. Это были первые в мире механические часы, хотя и с водяным приводом.
 
В 979 г. астроном Чжан Сы-сюнь сконструировал небесный глобус, который приводился в движение ртутью. Он размещался в многоярусной конструкции башенной формы высотой более трех метров. В этом приборе имелся набор деревянных фигурок, семь из которых в определенный момент звонили в колокольчик или били в барабан, а двенадцать фигурок появлялись по очереди через каждое двухчасье с дощечкой в руках, на которой был написан символ соответствующего времени суток.
 
Комбинированный прибор Су Суна. В 1088 г. астроном Су Сун со своим помощником Хань Гун-лянем построил астрономический прибор, совмещавший в себе армиллярную сферу, небесный глобус и часы, которые соединялись между собой посредством сложной системы зубчатых колес и приводились в движение водой. Во время военных действий, проходивших в конце эпохи Сун, этот прибор был разрушен. Однако сохранилось руководство к нему, названное «Синь и сян фа яо» («Сущность нового устройства прибора, символизирующего [небо]», «Новый проект армиллярных часов») и написанное самим Су Суном. В 1950-х годах китайский ученый Ван Чжэнь-до провел обширное исследование этих «армиллярных часов» и вместе с группой сотрудников Музея китайской истории построил их уменьшенную в пять раз копию.
 
Прибор имел форму двухэтажной башни высотой около 12 м с открытой площадкой наверху. На ней помещалась армиллярная сфера, поддерживаемая бронзовыми драконами и имеющая снимаемую крышу. Армилла была связана передаточными механизмами с двигающимися устройствами всей установки, которые давали возможность ей следовать за дневным движением естественной небесной сферы. Если наблюдатель нацеливал визирную трубку на Солнце, то механическое движение армиллы позволяло удерживать Солнце в поле зрения в течение довольно долгого времени. На втором этаже здания размещался небесный глобус, вращающийся механически, следуя за вращением естественной небесной сферы, что давало возможность наблюдать по глобусу фактическую позицию каждого созвездия. На первом этаже располагались ведущее колесо, клепсидра и аппарат для объявления времени. Ведущее колесо, больше трех метров в диаметре, было снабжено ковшиками, укрепленными вдоль обода. Когда вода от клепсидры заполняла один из них, колесо, потеряв равновесие, проворачивалось на некоторый угол и останавливалось под воздействием специального механического регулирующего устройства, по функции совпадающего с регулятором современных часов. При этом заполнялся другой ковшик, и колесо приходило вновь в движение. Система зубчатой передачи передавала движущую силу от ведущего колеса на аппарат для объявления времени, небесный глобус и армиллу. Аппарат для объявления времени представлял собой пятиярусную пагоду, расположенную у южной стенки нижнего этажа установки. На первом ярусе имелись три дверцы. Каждый «большой час» (двухчасье – ши чэнь) из левой дверцы показывалась деревянная фигурка человека, одетая в красную (хун [4]) одежду и бившая в маленький колокол. При наступлении середины каждого ши чэнь человечек в пурпурной (цзы [4]) одежде, показывавшийся из правой дверцы, бил в большой колокол, а каждый кэ [3] из средней дверцы выходил человечек в зеленой (люй [3]) одежде и ударял в барабан. На втором ярусе появлялись в дверце одна за другой 24 куклы, держа таблички с надписью, объявляющей каждый «малый час» (сяо ши). На третьем ярусе размещалось 96 кукол, которые, показывая по очереди таблички, объявили каждый кэ [3] из суточного набора в 100 кэ [3] за исключением совпадающих с началом 1, 4, 7 и 10-го ши чэнь. Кукла на четвертом ярусе играла на цитре при каждом гэн [2] и чоу [3] – специально выделенных отрезках ночи. Таблички с названиями гэн [2] и чоу [3] показывали по очереди 25 кукол на пятом ярусе.