Надежной основой для вычислений была теория Птолемея (II в н.э.), которой астрологи пользовались более тысячи лет. В основу его теории были положены следующие идеи: Земля неподвижна и находится в центре мира, планеты движутся по круговым орбитам и строго равномерно. Для того, чтобы реальное неравномерное движение планет увязать с этими положениями, Птолемею пришлось разработать систему эпициклов и деферентов. Планета движется вокруг центра эпицикла, а тот в свою очередь – по кругу деферента вокруг Земли.
При этом центр самого деферента смещен относительно центра Земли. Для повышения точности расчетов положений планет приходилось вводить дополнительные эпициклы, так что общее число кругов к XIII веку увеличилось до 75.
Для упрощения своих расчетов Птолемей применял армиллярную сферу, которая моделировала расположение основных небесных кругов. У него же мы находим первое упоминание о «пауке гороскопического инструмента», возможно, это был прототип астролябии (от греческих слов «άστρου» — звезда и «λαβή» — взятие, схватывание).
Идею греков подхватили арабы в VIII веке, подняв на большую высоту искусство изготовления астролябий. В современных энциклопедиях говорится, что этот прибор предназначен для определения широты места. На самом деле функции астролябии гораздо разнообразнее: ее с полным правом можно назвать компьютером средневекового звездочета. Вот что можно было делать с помощью этого уникального инструмента:
— пересчитывать эклиптические координаты звезд в горизонтальные (т.е. определять их высоты и азимуты);
— с помощью наблюдений звезд и Солнца через специальный визир определять широту места, направления на разные города (чаще всего на Мекку), время;
— определять восходы и заходы светил, восходящие и заходящие градусы эклиптики, т.е. асцендент и десцендент, строить дома гороскопа;
— вычислять тригонометрические функции (синусы, косинусы, тангенсы, котангенсы).
Одним из основных назначений астролябии было определение времени, а значит и восходящего градуса эклиптики. Чтобы наиболее надежным способом составить гороскоп новорожденного, астролог проводил измерения высот звезд или Солнца, услышав первый крик ребенка. Если же облачная погода не позволяла этого сделать, необходимо было задействовать песочные, а лучше водяные часы до того момента, пока не удастся сделать наблюдения. Длительное ненастье могло сильно осложнить работу астролога из-за большой погрешности водяных часов. Вот как была устроена традиционная планисферная астролябия, обычно изготавливавшаяся из латуни.
Корпус имел толщину около 6 мм и диаметр 15 – 20 см (у самых крупных астролябий – до 50 см).
Несколько сменных дисков – тимпанов (гр. «барабан, бубен») с нанесенной на них сеткой линий, рассчитанные каждый на свою широту – фиксировались в выемке корпуса.
Пластина с вырезами – «паук» – накладывалась поверх тимпанов и могла вращаться вокруг центральной оси.
Подвижная линейка – алидада – крепилась на центральной оси, она могла находиться как на лицевой, так и оборотной стороне инструмента (иногда было две линейки – с обеих сторон астролябии).
Обе стороны инструмента буквально насыщены информацией. По периметру корпуса астролябии шла календарная шкала, на которой были указаны дни и месяцы года. Зодиакальная шкала, обычно расположенная вдоль шкалы дат, связывала даты с положением Солнца на эклиптике. Вся окружность эклиптики традиционно делилась на 12 знаков по 30° каждый.
Лицевая сторона астролябии более важна, чем оборотная. Здесь находятся две важнейшие части – «паук» и тимпан.
«Паук» представлял собой звездное небо, вращающееся над нашей головой со скоростью один оборот в сутки. Вершины маленьких указателей отмечали положения ярких звезд (их могло быть от 10 до 60). Смещенный круг на «пауке» представлял собой эклиптику, а три центральных круга – экватор, тропик Рака и тропик Козерога. Внешний край «паука» мог содержать указатели для решения тех или иных задач. Точка весны (0° Овна), например, использовалась для работы со звездным временем и прямыми восхождениями. Многие приборы имели указатель при 0° Козерога, который использовался для нахождения моментов восхода. В центре «паук» закреплен осью, вокруг которой он вращается. На эту же ось насажена и алидада, зафиксированная шплинтом. Выступающий конец шплинта традиционно изготавливался в форме лошадиной головы.
Тимпан расчерчен кругами и линиями,представляющими собой координаты, неподвижные относительно наблюдателя – горизонтальная система координат. Центр астролябии, вокруг которого вращается «паук», представляет собой Северный полюс мира, вокруг которого происходит видимое движение звезд. Круги, символизирующие тропик Рака, небесный экватор и тропик Козерога, представлены также и на «пауке».
На тимпане имеется линия, представляющая горизонт наблюдателя, и точка зенита, а также набор альмукантаратов – кругов равных высот. Имеются и линии равных азимутов, которые выглядят как дуги, проведенные из точки зенита и уходящие к линии горизонта. Угловое расстояние между полюсом и зенитом наблюдателя на тимпане астролябии зависит от географической широты наблюдателя. Необходимо было иметь разные пластины для каждой широты, где используется инструмент. По крайней мере, одна должна быть изготовлена для места, где находится владелец астролябии.
Всего астролябия могла иметь четыре или даже более тимпанов, каждый гравировался с двух сторон и все вместе они помещались в «матку» – корпус астролябии – укладывались под «пауком» и закреплялись на оси «лошадкой». Астролябии, которые должны были использоваться на одной широте, имели только один тимпан.
Для измерения высот Солнца или звезд инструмент подвешивался за кольцо, расположенное в верхней части астролябии. Место крепления кольца называлось троном.
На обратной стороне прибора гравировалось множество таблиц и шкал в зависимости от того, где и когда была сделана астролябия. Все астролябии имели шкалы для измерения углов и шкалы для определения долготы Солнца на любую дату. Дополнительные шкалы включались по выбору изготовителя. Почти все европейские астролябии и многие арабские имели шкалы для решения простых тригонометрических задач, это так называемый квадрат теней. Шкала котангенса добавлялась ко многим арабским астролябиям для определения времени молитвы. Арабские приборы могли также иметь шкалу для нахождения направления к Мекке, математические шкалы синусов и косинусов или нести астрологическую информацию. Европейские приборы часто имели шкалу для перехода от неравных (планетарных) часов времени к равным часам.
Известный арабский ученый Аль-Бируни предложил схему астролябии, которая автоматически показывала взаимное расположение Солнца и Луны, т.е. лунную фазу. Позднее появились астролябии, снабженные шестеренками, они моделировали движение планетных сфер.
Классическая астролябия была сделана в соответствии с теорией Птолемея — Земля и система координат, связанная с ней, — неподвижна, а звезды нанесены на вращающийся «паук». Возможно, первым нарушил традицию арабский ученый Сиджизи, предложивший так называемую «челнообразную» астролябию. Бируни в ХI веке пишет: «[эта астролябия] является прекрасным изобретением, принцип которого основан на твердом убеждении в движении Земли, а не на видимом движении небосвода». По такому принципу сделана и современная подвижная карта звездного неба: на основе нанесены звезды, а на прозрачном вращающемся пластике видны основные точки горизонтальной системы координат, связанной с наблюдателем. Такая карта, как и классическая астролябия, должна использоваться на одной широте.
В XI в. приборы появляются в Испании, а затем и в других странах Западной Европы. Поначалу здесь использовали арабские инструменты; позднее их стали изготовлять по арабским образцам в европейских мастерских. Универсальная астролябия, пригодная для любых широт, была изобретена испанским ученым Ибн аз-Заркали (1029-1087), называемым еще Арзахелем. Она значительно расширила возможности звездочетов, хотя и требовала в обращении более высокой квалификации.
Если на Востоке инструменты содержались в маленьких футлярах и были частью дорожного костюма обычных людей, то в Европе астролябии с самого начала считались дорогими инструментами, производимыми только для элиты. Требующаяся точность нанесения линий сложной конфигурации, трудность изготовления и своеобразная красота этих инструментов стали причиной их дороговизны и привлекательности для европейских государей. Производство их было начато при королевских дворах. Став предметом моды, приборы покупались наравне с драгоценностями. В XVI в. в Европе их стали делать на основе собственных расчётов для применения в европейских широтах.
Наиболее известной в Западной Европе была мастерская Герхарда Меркатора (1512 — 1594) — известного картографа, математика, физика, химика, производившего первые европейские карты, точные оптические приборы и глобусы. Меркатор получил образование в знаменитом университете в г.Лувене (Бельгия) у Геммы Фрисиуса (1508 — 1555).
Мастерскую Меркатора впоследствии возглавил Гуалтерус Арсениус (1530 — 1580), племянник и ученик Геммы Фрисиуса. Фламандец Арсениус считался лучшим мастером-инструментальщиком последней трети XVI в.
На сегодняшний день в мире известна лишь 21 созданная Г.Арсениусом астролябия, и единственный в нашей стране экземпляр находится в Музее М.В.Ломоносова в составе Музея антропологии и этнографии им. Петра Великого (Санкт-Петербург). Изготовленная в 1568 г., она принадлежала в своё время австрийскому полководцу времён Тридцатилетней войны Альбрехту Валленштейну, личным астрологом которого был в свое время И.Кеплерр
