Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Антикитерский механизм - самый древний компьютер.

23.11.2017 в 20:28

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 островом Крит и южной оконечностью материковой Греции - полуостровом Пелопоннес. Там, на глубине примерно 60 метров, ныряльщики обнаружили останки 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 нашей эры. 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, 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 2 000 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 и ставшая важной вехой в его исследовании.
Проведенный в 1971 году радиоуглеродный анализ и эпиграфические исследования надписей дали возможность установить, что этот прибор был создан в 150-100 году до нашей эры. Исследование механизма с помощью рентгеновской и гамма - радиографии дало ценную информацию о внутренней конфигурации устройства.
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 и 75 малых фрагментов данного механизма.
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 которой считается древнегреческий астроном гиппарх (ок. 180-190 - 125 до н. э..
Однако вскоре стало ясно, что 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, 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 веку до нашей эры. 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.
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).
Дальнейшие исследования показали, 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. 190-120 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.
Несмотря на плохую сохранность и фрагментарность частей антикитерского механизма, благодаря кропотливой работе исследователей, есть возможность с достаточной уверенностью представить 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 было связано при помощи многоступенчатых зубчатых передач с многочисленными шестеренками, вращавшимися с различной скоростью и перемещавшими указатели на циферблатах.
Механизм имел три основных циферблата с концентрическими шкалами: один - на передней панели и два - на задней панели. На передней панели было две шкалы: неподвижная внешняя, представляющая эклиптику (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение солнца), - была разделена на 360 градусов и 12 отрезков по 30 градусов со знаками зодиака, и подвижная внутренняя, имевшая 365 делений по числу дней в египетском календаре, который использовался 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.
Передний циферблат имел, вероятно, три стрелочных индикатора: один - с указанием даты, а два других - с указанием положений солнца и луны относительно плоскости эклиптики. Указатель положения луны позволял учитывать неравномерность ее движения, вызванную тем, что спутник земли движется не по круговой, а по эллиптической орбите. Для этого использовалась хитроумная система зубчатых передач, включавшая две шестеренки со смещенным относительно оси вращения центром тяжести.
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. 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 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, 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, отображал метонов цикл, названный в честь афинского астронома и математика метона, предложившего его в 433 году до нашей эры. Он употреблялся для согласования продолжительности лунного месяца и солнечного года в лунно-солнечном календаре.
Как отметил древнегреческий ученый I века до нашей эры Гемин в своих "Элементах Астрономии", греки приносили жертвы богам по обычаям предков и 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.
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 был быть включен в существующую зубчатую передачу, перемещавшую указатель на 1/4 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.
В нижней части задней панели находился 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.
На шкале циферблата, показывающего цикл сарос, имеются символы? Для лунных затмений? , Луна), символы? - 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.
Благодаря усилиям исследователей антикитерский механизм постепенно открывает свои тайны, расширяя наши представления о возможностях античной науки и техники. 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.
Большой вклад в изучение антикитерского механизма внес Майкл Райт (Michael Wright), сотрудник лондонского музея науки и имперского колледжа в Лондоне, который в 2002 году смог воссоздать полную реконструкцию устройства, а в 2007 году представил его модифицированную модель. Оказалось, что антикерский механизм позволяет моделировать не только перемещения солнца и луны, но и Меркурия, Венеры, марса, Юпитера и Сатурна.
В 2016 году ученые представили результаты своих многолетних исследований. На сохранившихся 82 фрагментах устройства удалось расшифровать 2 000 букв, в том числе 500 слов. Все же описание, по мнению ученых, могло занимать 20 000 символов. В них рассказывалось о назначении устройства, в частности, об определении дат 42 астрономических явлений. Кроме того, в нем были заложены функции предсказания, в частности, определялся цвет и размер солнечного затмения, а из него и сила ветров на море (греки унаследовали это верование от вавилонян.
"Это устройство просто экстраординарное, оно единственное в своём роде, - считает Майк Эдмундс (Mike Edmunds), профессор из университета Кардиффа (Cardiff University), возглавляющий исследование механизма. - Его дизайн превосходен, и астрономия совершенно точна … с точки зрения исторической ценности этот механизм я считаю дороже Моны Лизы".