Антикитерский механизм

Антикитерский механизм — это остатки древнегреческой машины, состоящей из бронзовых шестерёнок внутри деревянного корпуса. Вращая небольшую ручную рукоятку, пользователь мог перемещать набор стрелок вперёд или назад во времени и считывать астрономическую информацию: где находятся Солнце и Луна в зодиаке, какая фаза у Луны, какой месяц идёт по нескольким календарям и ожидается ли затмение.

Его часто называют старейшим известным аналоговым компьютером. Это не значит, что он работал как современный электронный компьютер. Он был «аналоговым», потому что представлял циклы неба вращением колёс: соотношение количества зубьев его шестерёнок воспроизводило соотношения между астрономическими периодами. После того как шестерёнки были установлены, вычисление происходило механически.

Объект назван в честь небольшого греческого острова Антикитера, лежащего между Критом и Пелопоннесом, у которого он был найден в затонувшем корабле. Сохранилась лишь около трети механизма, в виде 82 фрагментов, но современные методы визуализации позволили исследователям во многом реконструировать принцип его работы.

Около Пасхи 1900 года водолазы-губколовы с острова Сими под руководством капитана Димитриоса Контоса остановились у Антикитеры, ожидая попутного ветра. Погрузившись примерно на 45 метров, один из них обнаружил на морском дне груду бронзовых и мраморных статуй. С помощью греческого флота водолазы подняли множество предметов между концом 1900 и 1901 годом: статуи, такие как бронзовый «Юноша из Антикитеры», бронзовую голову, известную как «Философ», мраморные фигуры, керамику, стеклянные изделия, украшения и монеты.

Механизм подняли в 1901 году в виде корродированного комка бронзы и дерева и вместе с остальными находками доставили в Национальный археологический музей в Афинах. Сотрудники музея были заняты сборкой статуй, и комку не уделили внимания; по мере высыхания корродированная бронза трескалась и сжималась. 17 мая 1902 года археолог Валериос Стаис вместе со своим двоюродным братом, политиком Спиридоном Стаисом, заметил зубчатое колесо, вросшее в один из фрагментов.

Сам корабль был грузовым судном римской эпохи, затонувшим во второй четверти I века до н.э. Монеты, найденные командой Жака Кусто в 1976 году, были отчеканены примерно между 76 и 67 годами до н.э., а керамика указывает на тот же период, поэтому кораблекрушение обычно датируют примерно 70–60 годами до н.э. Откуда шёл корабль и куда направлялся — возможно, в Италию — остаётся неясным.

На передней панели механизма располагался большой круглый циферблат с двумя кольцами. Внутреннее кольцо было размечено двенадцатью знаками зодиака, каждый из которых занимал равный сектор в 30 градусов. Внешнее кольцо представляло собой календарь с названиями месяцев египетского календаря, записанными греческими буквами; три из них — Пахон, Пайни и Эпифи — сохранились.

Стрелки двигались по этому циферблату, показывая положение Солнца (которое также отмечало дату) и Луны. Стрелка Луны двигалась неравномерно: она ускорялась и замедлялась, точно как настоящая Луна из-за своей эллиптической орбиты. Маленький шарик, наполовину светлый и наполовину тёмный, поворачивался, показывая фазу Луны.

Вокруг циферблатов шёл парапегма — звёздный календарь, перечисляющий восходы и заходы ярких звёзд в течение года, привязанные к буквам на шкале зодиака. Надписи на передней крышке также описывают пять известных в древности планет — Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн, — что настойчиво предполагает, что на передней панели когда-то также показывались их положения, хотя шестерёнки для них утрачены.

На задней панели механизма находились два больших спиральных циферблата и несколько меньших. Верхняя спираль, в пять витков, показывала метонов цикл: 235 лунных месяцев, почти точно укладывающихся в 19 солнечных лет. Это позволяло вести лунный календарь, согласованный со сменой времён года. Названия месяцев на нём оказались принадлежащими к календарю коринфского типа.

Нижняя спираль, в четыре витка, показывала цикл сароса из 223 лунных месяцев — около 18 лет и 11 дней, — после которого затмения повторяются по сходной схеме. Небольшие значки (глифы) в ячейках отмечали месяцы, когда можно было ожидать солнечное или лунное затмение, вместе со временем суток. Небольшая шкала рядом, шкала эксэлигмоса, показывала, сколько часов нужно добавить, поскольку каждый сарос примерно на восемь часов длиннее целого числа дней.

Ещё одна небольшая шкала отслеживала четырёхлетний цикл общегреческих спортивных праздников: Олимпийских, Пифийских, Истмийских и Немейских игр, а также менее значительных Нейских игр в Додоне и Галиейских игр на Родосе. Это единственная стрелка, двигавшаяся против часовой стрелки. Её наличие показывает, что механизм касался не только астрономии, но и человеческого времени, праздников и календарей.

Рукоятка вращала большую четырёхспицевую шестерню (известную исследователям как b1) один раз в год. От неё цепочки более мелких шестерёнок приводили в движение другие стрелки со скоростями, задаваемыми соотношениями их зубьев. Например, зубчатая передача для метоновой шкалы даёт период около 6939,5 дня за полный оборот спирали — очень близко к современному значению 6939,69 дня; передача сароса даёт около 1646,3 дня за оборот стрелки против современных 1646,33.

Самая замечательная особенность — лунная передача. Две шестерёнки установлены одна над другой на поворотном столике; у одной есть штифт, входящий в паз другой. Поскольку две оси немного смещены друг относительно друга, скорость выхода ускоряется и замедляется один раз за лунный месяц. Это устройство «штифт-паз» механически воспроизводит теорию лунного движения, связанную с астрономом Гиппархом, а сам поворотный столик медленно вращается, моделируя постепенное смещение лунной орбиты — цикл примерно в 8,88 года. Это самое раннее известное использование эпициклической зубчатой передачи.

Зубья шестерёнок представляют собой маленькие равносторонние треугольники, вырезанные вручную, со средним шагом около 1,6 миллиметра, на колёсах толщиной около 1,4 миллиметра. Их неравномерность показывает, что они были сделаны ручными инструментами. Такая ручная зубчатая передача создавала люфт и трение, ограничивавшие точность самых тонких поправок, однако сама конструкция исключительно сложна и продумана.

Механизм сочетает две астрономические традиции. Из вавилонской астрономии пришли долгопериодные соотношения — целочисленные циклы, такие как сарос, и соотношения, использовавшиеся для планет, обнаруженные за века наблюдений, записанных на глиняных табличках. Исследование 2006 года показало, что предсказания затмений опирались на вавилонские арифметические циклы.

Из греческой астрономии пришли геометрические модели, объяснявшие неравномерные движения с помощью окружностей и эпициклов, такие как лунная теория Гиппарха. Механизм превратил эти модели в движущиеся части, создав физическую модель греческого космоса с Землёй в центре.

В 2016 году исследователи прочитали на надписи передней крышки числа, задающие циклы для Венеры (462 года) и Сатурна (442 года). Реконструкция 2021 года, выполненная командой Тони Фрита в Университетском колледже Лондона, утверждала, что эти периоды могли быть выведены методом комбинирования периодических соотношений, который они связали с математикой, ассоциируемой с Академией Платона, и использовали для разработки компактных зубчатых передач для всех пяти планет.

Имя мастера не сохранилось. Надписи выполнены на греческом языке, астрономия эллинистическая, а мастерство работы указывает скорее на устоявшуюся традицию, чем на единичное удачное изобретение: механизм слишком совершенен, чтобы быть первым в своём роде, а значит, должны были существовать предшественники, ныне утраченные.

Предлагалось несколько мест. Родос был центром астрономии и инженерного дела, родиной Гиппарха и позднее стоического философа Посидония, которому Цицерон приписывает создание похожего устройства; шкала игр включает родосские Галиеи, а звёздный календарь соответствует широтам вокруг Родоса. Календарь коринфского типа и упоминание Нейских игр в Додоне указывают на пользователя в северо-западной Греции, возможно, в коринфской колонии в Эпире. Исследование 2008 года также поднимало возможность Сиракуз, города Архимеда, но более поздняя работа показала, что календарь не может быть сиракузским. Компромиссная точка зрения предполагает традицию проектирования с Родоса, при этом данный конкретный экземпляр был сделан для заказчика в Эпире.

Даты также расходятся. Дерек де Солла Прайс предложил около 87 года до н.э.; другие отстаивают 150–100 годы до н.э.; исследование 2014 года отнесло начальную дату шкалы затмений к 205 году до н.э., а предложение 2022 года поместило первоначальную калибровку на 178 год до н.э. Дата калибровки не обязательно совпадает с датой изготовления. Все сходятся лишь в том, что механизм был сделан до того, как затонул корабль, — примерно до 70–60 годов до н.э.

Античные авторы упоминают устройства, показывавшие движения небесных тел. В диалоге «О государстве» (54–51 гг. до н.э.) Цицерон описывает две сферические модели работы Архимеда, которые римский полководец Марцелл привёз после осады Сиракуз в 212 году до н.э.; одна из них могла показывать Солнце, Луну и планеты. Цицерон также сообщает, что его друг Посидоний недавно построил устройство, обороты которого воспроизводили суточные движения Солнца, Луны и пяти планет.

Папп Александрийский, писавший веками позже, сообщает, что Архимед написал утраченную книгу «О сферостроении». Более поздние латинские и греческие авторы, от Лактанция до Прокла, продолжали упоминать сферу Архимеда. Эти тексты показывают, что подобные инструменты были известны и вызывали восхищение, хотя сам Антикитерский механизм нельзя отождествить ни с одним из них.

Среди сохранившихся предметов устройства подобной сложности появляются вновь лишь примерно 1500 лет спустя — в европейских астрономических часах XIV века, созданных Ричардом Уоллингфордским и Джованни де Донди. Существовала ли какая-либо непрерывная традиция зубчатых устройств, связывающая античность с этими часами, остаётся неясным, поскольку промежуточных свидетельств крайне мало.

После открытия Стаиса многие учёные сомневались, что предмет может быть древним, поскольку он казался слишком сложным. Немецкий филолог Альберт Рем первым чётко доказал, что это астрономический калькулятор. Серьёзное изучение возобновилось, когда историк науки Дерек Дж. де Солла Прайс взялся за эту проблему в 1951 году; вместе с греческим физиком Харалампосом Каракалосом он получил рентгеновские и гамма-снимки в 1971 году, а в 1974 году опубликовал книгу «Шестерёнки от греков», предложив первую общую реконструкцию.

В 2002 году инженер-механик Майкл Райт построил первую действующую модель, включающую известные шестерёнки и предложенный им самим планетный индикатор; он также открыл механизм фазы Луны. С 2005 года Исследовательский проект Антикитерского механизма — команда Кардиффского университета под руководством Майка Эдмундса, работавшая вместе с греческими коллегами, — использовала съёмку высокого разрешения и микрофокусную рентгеновскую компьютерную томографию, чтобы заглянуть внутрь фрагментов. Их результаты, опубликованные в журнале Nature в 2006 и 2008 годах, удвоили число расшифрованных надписей и прояснили устройство задних шкал.

Более поздняя работа сосредоточилась на утраченной передней зубчатой передаче. В 2021 году исследовательская группа Университетского колледжа Лондона опубликовала полную предложенную модель планетного индикатора, утверждая, что более ранние реконструкции не соответствовали всем данным. Другие исследователи продолжают проверять альтернативы, например относительно числа делений на переднем календарном кольце.

Механизм изменил наше представление о древних технологиях. До его расшифровки историки полагали, что тонкая зубчатая механика началась со средневековых часовых механизмов. Он показывает, что эллинистические мастера умели миниатюризировать сложные зубчатые передачи, а астрономы стремились сделать свои теории видимыми и пригодными для использования.

Он также показывает, как древняя наука работала на стыке культур: вавилонская числовая астрономия, греческие геометрические модели и египетский и греческий календари были объединены в одном предмете. Его шкала игр и календари напоминают, что астрономия служила общественной жизни — от установления праздников и религиозных дат до, возможно, астрологии и обучения.

Массовая культура иногда представляет механизм как тайну, для объяснения которой нужны инопланетяне, путешествия во времени или утраченные сверхцивилизации. Учёные же видят в нём продукт известного интеллектуального мира, другие образцы которого просто не сохранились: бронзу обычно переплавляли и использовали повторно, поэтому кораблекрушение случайно сохранило то, что обычная история уничтожила. Он появлялся в документальных фильмах и, в художественной форме, в фильме «Индиана Джонс и Циферблат судьбы» (2023).

Задние шкалы сегодня хорошо изучены, но передняя панель остаётся предметом споров, поскольку бо́льшая часть её зубчатой передачи утрачена. Пространство между главной шестернёй и передней пластиной, особенности четырёхспицевого колеса и надписи — всё это подразумевает существование дополнительных шестерёнок. Модель Райта 2002 года добавила стрелку «истинного Солнца» и стрелки для всех пяти планет. Эванс, Карман и Торндайк (2010) вместо этого истолковали неравномерное расположение делений зодиакальной шкалы как свидетельство эксцентрического солнечного индикатора и предложили более простые шкалы для планет. Фрит и Джонс (2012) предложили компактные планетные передачи с использованием устройств «штифт-паз», подобных лунному механизму; модель Университетского колледжа Лондона 2021 года, с десятками шестерёнок в общей сложности и восемью соосными выходами, выводит числа зубьев из периодических соотношений с малыми простыми множителями, разделяя шестерёнки между планетами.

Реконструкции должны удовлетворять жёстким физическим ограничениям: толщине сохранившихся пластин, положениям подшипников и стоек, а также текстам «руководства пользователя» на задней крышке, которое описывает индикатор в виде колец, где планеты представлены как «маленькие шарики», а Солнце — как «маленький золотой шарик». Критики отмечают, что любая полная модель включает предположения об утраченных частях, поэтому ни одна из них не может быть доказана; лучше рассматривать эти модели как гипотезы, более или менее хорошо соответствующие данным.

Переднее календарное кольцо — ещё один спорный случай. Долгое время считалось, что на нём 365 делений для египетского солнечного года, но статистический анализ сохранившихся отверстий под кольцом (Будиселич и коллеги в 2020 году, за которыми последовали независимые исследования) указывает примерно на 354 интервала, что говорит о лунном календаре. Если это верно, это меняет представление о том, как использовалась передняя шкала, хотя египетские названия месяцев остаются загадкой.

Датировка механизма опирается на несколько видов свидетельств. Кораблекрушение даёт terminus ante quem: его монеты (отчеканенные примерно в 76–67 годах до н.э.) и керамика относят время гибели корабля примерно к 70–60 годам до н.э., тогда как радиоуглеродная дата древесины корпуса (220 год до н.э. ± 43 года), как считается, отражает возраст уже старой древесины. Астрономическая датировка пытается найти момент, когда были откалиброваны шкалы: Карман и Эванс утверждали в 2014 году, что схема затмений на шкале сароса лучше всего соответствует началу в 205 году до н.э.; другие предпочитают 204 или 178 год до н.э. Такие даты определяют эпоху, заложенную в конструкцию, которая могла быть скопирована со старой модели.

Аргументы о происхождении опираются на календари и праздники. В статье Nature 2008 года все двенадцать названий месяцев метонова календаря были определены как коринфские, что указывало на коринфские колонии в северо-западной Греции или на Сиракузы. Исследование Пола Айверсена 2017 года, посвящённое календарю и шкале игр, утверждало, что прототип происходит с Родоса, но данный экземпляр был адаптирован для заказчика в Эпире с использованием эпирского календаря и сделан не раньше чем за поколение до кораблекрушения — эту точку зрения в том же году поддержал Александр Джонс.

С методологической точки зрения механизм — образец сотрудничества между археологией, эпиграфикой, историей астрономии, инженерным делом и наукой визуализации. Большая часть текста была невидима, пока рентгеновская компьютерная томография не позволила исследователям прочитать буквы высотой в миллиметры под слоями коррозии. В то же время история исследований служит предостережением: уверенные реконструкции неоднократно пересматривались при появлении новых прочтений, а некоторые фрагменты, возможно, всё ещё ждут идентификации в музейных хранилищах, как это было с Фрагментом F до 2005 года.