Древнеримского архитектора Витрувия «Архитектура». В IX главе этого труда перечисляется тридцать различных типов солнечных часов, бывших в употреблении во время Витрувия (I в. н. э.) и унаследованных от античного мира; заодно здесь приводятся имена многих изобретателей ча­сов. Витрувий, опираясь на труды древнегреческих астрономов и математиков, дал наиболее полную из дошедших до нас сводку достижений античной гномоники как науки, развивавшейся вместе с астрономией, математикой, архитектурой и механикой. Труд Витрувия является основным источником для истории античных часов, поскольку здесь наряду с солнечными часами приводится также описание и важнейших водяных часов.

В течение последних 150 лет археологами и любителями древности среди руин древних зданий найдено немало образцов солнечных и водяных часов, которые могут служить прекрасной иллюстрацией к описаниям часов в «Архитектуре» Витрувия. Правда, многое из того, что описано у Витрувия, еще не найдено, однако выявлено и то, что у него даже не упоми­нается.

Пользуясь письменными источниками и данными археологии, можно, как это делает О. Райе, классифицировать античные солнечные часы на три вида: сферические, конические и плоские. У Райе виды солнечных часов расположены в той исторической последовательности, в какой они действительно появились и развивались. Путь развития античных солнечных часов шел от обыкновенного гномона к устройству полусферических солнечных часов и к их разновидности — к часам с коническим циферблатом, а затем к плоским часам, от наиболее простых солнечных часов к часам все более сложного устройства.

В античных часах хорошо прослеживается остроумие и гибкость технической мысли в развитии измерителей времени от простого устройства к сложному. По словам Геродота, греки заимствовали у вавилонян солнечные и водяные часы: «…с полушарием, с гномоном и с двенадцатью частями дня древние греки познакомились у вавилонян». О верности его сообщения свидетельствует, в частности, то, что иудеи познакомились с солнечными часами из того же источника во время царствования Ахаза,

Это свидетельство Геродота не противоречит утверждению Витрувия, что солнечные часы были введены в Греции халдеянином Берозом (жрец бога Ваала у ассиро-вавилонян). Остается, однако, неясным, когда жил Бероз. Некоторые историки время его жизни относят к X и даже к XI в. до н. э. Если это правильно, то Бероза нужно считать первым человеком, указавшим грекам на возможность использования солнечных часов для определения времени. Другие утверждают, что он жил в III или II в. до н. э. Если это верно, то нет основания приписывать Берозу введение солнечных часов в Греции. Противоречивые данные о времени жизни Бероза могут быть объяснены тем, что одно и то же имя носили различные люди, жившие в разные исторические эпохи.

Однако как бы ни определялось время жизни Бероза, несомненно одно: солнечные часы в Древней Греции были известны уже в VI столетии до н. э.
В 547 г. до н. э. Анаксимандр Милетский установил в Спарте гномон для определения солнцестояния и равноденствия. Анаксимандр был учеником известного философа Фалеса, который много путешествовал по Египту. Не лишено основания предположение, что Фалес во время одной из поездок мог ознакомиться с искусством создания солнечных часов (а это искусство в царствование Ахаза дошло уже до Иерусалима) и пере­дать его своим ученикам.

О Фалесе-астрономе известно мало, однако как философ, математик и астроном он был причислен к семи мудрецам древности. Евдем, ученик Аристотеля, написавший историю греческой астрономии и математики, утверждает, что свои астрономические познания Фалес приобрел в Египте. Основным подтверждением его познаний служит знаменитое предсказание им полного солнечного затмения, которое произошло 28 мая 585 г. до н. э. Диоген Лаэртский приписывает Фалесу сочинение в двести стихав «О равноденствиях и солнцестояниях», а Феофраст утверждает, что Фалес оставил лишь одно сочинение — астрономическое руководство для моряков.

Об Анаксимандре сведений сохранилось немногим более. По свидетельству Диогена Лаэртского, он изобрел гномон и конструировал horoskopual. Последнее обычно переводят как солнечные часы. Диоген Лаэртский свидетельствует, что Анаксимандр имел дело с конструированием не только гномона, но и солнечных часов.

Параллельное употребление Диогеном Лаэртским слов «гномон» и «солнечные часы» у многих современных исследователей вызывает недоумение; по их мнению, эти слова означают одно и то же, а обозначение различными словами одного и того же могло произойти из-за того, что Диоген Лаэртский собирал сведения из разных источников. В одном могли содержаться сведения о гномоне, а в другом — о horoskopual — часовых линиях, начерченных на плоской поверхности, отмечающих часы по тени, отбрасываемой гномоном; согласиться с такой интерпретацией слова horoskopual нельзя. Большой знаток древнегреческой философии С. Н. Трубецкой определенно считал, что Анаксимандр «изобрел также полос (polos) —солнечные часы». Эти часы, пишет Трубецкой, отличались от позднейших: «Вместо плоской доски они представляли собой вогнутую поверхность полушария и служили не только для определения времени дня, но и самих дней года. По свидетельству Геродота, однако, и гномон, и полос были заимствованы от вавилонян и были известны грекам, помимо Анаксимандра. Важно было бы решить вопрос о достоверности другого свидетельства, которое мы находим у Диогена Лаэртского,— о том, будто Анаксимандр построил первую астрономическую сферу». Надо полагать, эта астрономическая сфера — тот же полос, но снабженный металлической проволочной сеткой («арахной») с меридианами и параллелями и с кругом, изображающим эклиптику со знаками зодиака.

Говоря об истоках развития древнегреческой гномоники, французский историк науки Поль Таннери отмечает: «…гномон был известен в Греции до Анаксимандра. Я не сомневаюсь, что Фалес был знаком с его применением, равно как и с употреблением клепсидры, а применялись эти инструменты как раз к определению солнцестояний и равноденствий; и Фалес не при­думал этого применения, а научился ему».

Сохранились сведения, что Меток в 443 г. до н. э. установил гномон в Афинах и с его помощью во время солнцестояний наблюдал длину тени и определил наклон эклиптики к экватору.

Определение времени по тени, отбрасываемой шестом, или по длине тени человека широко практиковалось в быту. Длину тени человека измеряли ступнями ног. Так, в комедии Аристофана «Женщины в народном собрании» действующие лица определяют время по длине тени, отбрасываемой человеческим телом (например, обедать садятся, когда длина тени равняется десяти ступням). То же самое описывает греческий писатель Менандр, живший в IV в. до н. э. Комический поэт Бетон (III в. до н. э.) свидетельствует, что в его времена солнечные часы стали неотъемлемой частью быта Древней Греции.

Солнечные часы с циферблатом полусферической формы. В «Архитектуре» Витрувия находим сообщение, что Бероз положил начало введению в Древней Греции солнечных часов особой формы — polos, получивших затем широкое распространение. Витрувий пишет: «Полукружие, выдолбленное в призме и срезанное по высоте полюса, изобретено, говорят, халдеем Берозом; чашу, или полушария изобрел Аристарх Самосский, и он же диск на плоскости; «паука» —- астроном Евдокс, а иные говорят — Аполлоний…».

В сообщении Витрувия можно считать совершенно бесспорным, что эти часы особой формы, изобретенные якобы Берозом, затем были усовершенствованы трудами астрономов Древней

Греции, такими, как Евдокс из Книдоса, Аристарх из Самоса, Аполлоний из Перга, и другими учеными древности, в том числе Архимедом. Практический опыт создания солнечных часов показал, что эклиптику правильнее всего можно передать теневым рисунком не на плоской поверхности, а на вогнутой сфере, если ее воспроизвести на циферблате часов наподобие небесного полушария. Оказалось, что на неподвижной сфере солнечных часов легче всего воспроизвести изменение видимого движения Солнца по небосводу или подвижной небесной сферы. Этим было вызвано появление солнечных часов типа polos, имеющих полусферическое устройство циферблата, т. е. часов совершенно иного устройства, чем гномон.

Различают два типа полусферических часов: одни — с устройством циферблата типа гемисферы (hemispherium), другие— типа гемицикла (hemicyclium).

Гемисфера считается более ранней формой солнечных часов. Она унаследована из Древнего Вавилона и показана на рис. 4. Такие часы своей основой имели обработанный четырехугольный камень, в верхней части которого имелось полушарие для устройства циферблата; в середине полушария укреплялся гномон различной величины и в разных положениях — в зависимости от высоты полюса в данном месте. Гномой имел направление к наивысшему положению Солнца. По мере того как Солнце продвигалось по небосводу, кончик тени описывал дугу в направлении, обратном видимому движению Солнца. Хотя дуги, описываемые концом тени, оставались неодинаковыми, их длина изменялась соответственно изменению высоты Солнца над горизонтом. Поскольку линии, образованные «следом» тени, делились на 12 частей, то они показывали неравные часы, изменяющиеся от одного солнцестояния до другого. На циферблате наносилось одиннадцать часовых линий и три концентрических круга, которые дают положение Солнца при обоих солнцестояниях и равноденствиях.

Изобретение такой простейшей формы солнечных часов Витрувий приписывает знаменитому астроному Аристарху Самосскому. Аристарх впервые точно обосновал теорию, которая лежит в основе этих солнечных часов. Образцы таких часов в не­ поврежденном виде не дошли до нашего времени. Сетка этих часов, по замечанию Дильса, чрезвычайно похожа на паутину. «На этой сетке легко можно разобрать 6 + 5 часовых линий и 3 концентрических круга, которые дают положение Солнца при обоих солнцестояниях (вверху и внизу) и равноденствиях (середина)». Изобретение солнечных часов типа гемицикла (у Витрувия «hemicyclium escavatum» — «выдолбленный полукругом») приписывается Берозу. Полукруг был выдолблем в виде полости в прямоугольном мраморном блоке на стороне, обращенной к югу. Сверху передняя часть была срезана под углом, параллельным плоскости экватора (рис. 15).

Таким образом, бесполезная часть гемисферы была удалена. Уклон циферблата соответствовал широте места, применительно к которому он был сделан. На циферблате имелось 11 часовых линий, которые подразделяли дневное время на 12 частей (часов). Эти часовые линии обычно пересекались тремя концентрическими кругами, которые отмечали время равноденствий, летнее и зимнее солнцестояние. Указатель часов был горизонтальным и бросал тень на поверхность циферблата, кончин которой описывал разные по длине кривые в зависимости от времени года из-за более вертикального или более наклонного положения Солнца, чем обусловливалось укорочение тени зимой и ее удлинение — летом. В летнее солнцестояние кончик тени описывает наибольшую длину дуги 21 июня, когда Солнце занимает наивысшее положение, и наименьшую— 21 декабря, когда оно находится в нижнем положении. Две линии, начерченные поперек часовых линий, представляют траекторию кончика тени на 21 июня и на 21 декабря, а тре­тья—на период времени между 21 марта и 21 сентября.

На рис. 16 изображен циферблат без гномона, найденный Скоттом Тукером в 1852 г. в Каире у подножия обелиска «Игла Клеопатры» (теперь он находится в Британском музее). Для указания часов были использованы вместо чисел греческие буквы.

В некоторых образцах циферблата часов типа гемицикла полушарие вогнуто столь незначительно, что М. Деламбер в своей «Истории астрономии древнего мира» даже отказывается относить их к этому типу.

Рис. 15. Полусферические солнечные часы типа гемицикла

Рис. 16.  Солнечные  часы  типа  гемицикла,  найденные  у  подножия  обелиска «Игла Клеопатры» в Каире

В Древней Греции солнечные часы позволяли не только измерять время, но и были на службе астрономии. С их помощью изучалось движение Солнца по эклиптике и чисто механически определялся градус, на котором каждый день находится Солн­це, а также время восхождения, захода и кульминации той или иной звезды на той или иной точке эклиптики. Это давало возможность заменять определение времени по наблюдению точки эклиптики наблюдением звезды, которая восходит, заходит или кульминирует в этой точке эклиптики. На этих часах «пусть наблюдены,— пишет Поль Таннери,— два момента, время которых желают определить, т. е. те звезды зодиака, которые находятся на горизонте на востоке и западе или (проще) в плоскости’ меридиана; можно привести в то же положение звезду, изображенную на сфере инструмента (циферблата.— В. П.) тогда градус, на котором находится Солнце, играет как раз ту же роль, что и тень оконечности указателя днем, и его положение относительно часовых линий, нанесенных на polos, дает искомый час.

Для применения подобного приема на практике, очевидно, необходимо, чтобы небесная сфера была сделана из твердой сетки, через которую глаз мог бы, видеть положение градуса, занимаемого Солнцем. Подобную сетку греки называли «паутиной», и от нее получили свое название сферические часы Евдокса; впоследствии, после Гиппарха, подвижная сфера и неподвижное полушарие были заменены плоскими частями, представлявшими их стереографическую проекцию. Таким образом, получилась плоскошарная астролябия, служившая все для той же цели — для определения часов ночью, но название «паутины» осталось за подвижной частью и перешло от греков к арабам».

Генетическая связь, устанавливаемая П. Таннери между применением полоса для астрономической цели и позднейшим использованием для этой же цели стереографической проекции, с исторической точки зрения имеет большое научное значение. Здесь нашло свое конкретное выражение существование в древности неразрывной связи между измерением времени и измерением для этой цеди угловых движений Солнца и звезд. Непосредственное их измерение было заменено стереографической проекцией — нанесением сферы на карту кругами на круги. Эта проекция имела два замечательных свойства: 1) все круги сферы в проекции стали кругами же, а не эллипсами и 2) все углы между пересекающимися на сфере кругами и в проекции сохраняют свою величину.

В то время, когда астрономия разрабатывалась Гиппархом (О в. до н. э.), а позже Птолемеем, еще не существовало сферической тригонометрии, поэтому они вынуждены были решать задачи, имевшие отношение к сферическим треугольникам, методом стереографической проекции. Это, в частности, можно усмотреть в птолемеевой «Planispherium»: у него плоская проекция сферы как бы сохраняет подобие самой сферы, отсюда и название — планисфера.

Принцип стереографической проекции, как убедимся ниже, был использован для устройства так называемых апохорических, или зодиакальных, водяных часов и астролябии.

Астролябия давала возможность определять широту и долготу светил посредством вращения сети кругов над диском, изображающим плоскость экватора, на которую проектировалась небесная сфера со стороны южного полюса.

Гиппарх уже пользовался астролябией, но его астролябия была, вероятно, простым кольцом с градуированными делениями и алидадой. Птолемей также пользовался астролябией осо­бого устройства. Поэтому и название и идея астролябии — греческого происхождения. Однако астролябии Гиппарха и Птолемея были намного проще арабских. Эти последние позволяют не только наблюдать высоты светил, но и дают решения многих практических вопросов астрономии (возможность определять время днем и ночью, находить направление на Мекку, определять высоту и дистанцию недоступного предмета и т. д.). Правда, честь геометрического решения основных астрономических задач с помощью планисферы принадлежит Гиппарху и Пто­лемею.

Водяные часы (клепсидры) греки, по-видимому, заимствовали у египтян. Клепсидры были различного назначения: для домашнего употребления, для счета времени при измерении пульса, в суде и т. д.

Самое раннее упоминание о клепсидре, сохранившееся в греческой литературе, связано с применением ее философом Эмпедоклом (490—430 гг. до н. э.). Он с ее помощью производил физические наблюдения и опыты, имея целью доказать вещественность или материальность воздуха, проверить аргументы за и против реальности или нереальности «пустого пространства».

Клепсидра представляла собой закрытый сосуд, нижнее дно которого имело ряд маленьких отверстий. Если закрыть верхнее отверстие пальцем и погрузить клепсидру в воду, она не будет наполняться, пока не будет отнят палец; после этого во­да устремится в отверстие и на поверхности сосуда появятся пузырьки; наличие этих пузырьков свидетельствует о материальности воздуха.

По мнению известного историка Георга Сартона, этих опытов вполне достаточно для того, чтобы признать научные заслуги Эмпедокла и чтобы он мог занять почетное место в истории науки.

Нельзя думать, что клепсидра в Греции стала известна только со времени Эмпедокла; она в том или ином виде могла использоваться и до него.
Первоначальную форму клепсидры можно себе представить по описанию Аристотеля, который при помощи этого прибора объясняет некоторые явления, вызываемые давлением воздуха. Это был глиняный шар с трубкой сверху и несколькими маленькими ды­рочками снизу (наподобие сита). Когда шар наполнял­ся водой, верхнее отверстие закупоривалось пробкой, чтобы вода не испарялась; клепсидра устанавливалась так, что вода понемногу просачивалась через «сито». Время измерялось от одного наполнения шара до другого.

Рис. 17. Водяные часы-будильник Пла­тона

В Древней Греции клеп­сидры были уже в V в. до н. э.: ими, например, пользовались при судебных разбирательствах — определялось время, назначенное для произнесения речей: когда предметом разбирательства было не очень важное дело, воды наливалось немного, если же решалась судьба человека, вода наливалась до краев. Если речь прерывалась (при чтении документов или опросе свидетелей), дырочки в клепсидре затыкались до тех пор, пока оратор не начинал говорить снова. Для двух ораторов наливалось одинаковое количество воды — они могли говорить одинаковое время; но двойное количество воды, налитое сразу, вытекало быстрее.

Об использовании клепсидр для установления продолжительности речи оратора в суде говорится в некоторых комедиях Аристофана, написанных за четыре века до н. э. В одной из комедий в качестве оратора упоминается Демосфен. Он обвиняет сторожа в «краже» воды, налитой в клепсидру. Когда в Другом случае была прервана его речь, он потребовал остановить воду, подчеркнув таким образом, что он ценит каждый от­ веденный ему миг.

Употреблялись клепсидры и в войсках, где по ним производили смены караулов. Ночь распадалась на четыре смены, каждая по три «часа». Приспосабливали клепсидру к изменчивому ночному часу, покрывая ее изнутри большим или меньшим слоем воска, что изменяло вытекание жидкости.

Водяные часы — будильник Платона. Греческий философ Платон описывает устройство часов, состоящих из двух конусов, входивших один в другой. При их помощи поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде и тем самым обеспечивалось постоянство скорости ее вытекания.

Платон для созыва по утрам своих товарищей и учеников в Академию на беседы и занятия устроил своеобразный будильник (рис. 17), который описан Г. Дильсом в книге «Античная техника».

Будильник Платона состоит из клепсидры С и двух камер F и К. Клепсидра С вмещает воды на шесть часов. Она закрывается крышкой А. В верхней части клепсидры имеется вкладыш В с ситом для задержки земляных примесей, попадающих вместе с водой. Вода из клепсидры С по узкой трубке Е капает в камеру F, где ко дну камеры приделана сообщающаяся трубка Я. По достижении уровня трубки вода по ней вытекает в камеру К, откуда воздух вытесняется и через клапан устремляется в трубку L и по телу флейтиста М поднимается до флейты N, которая начинает звучать от действия силы воздуха. Нам неизвестно, как производилось регулирование будильника, чтобы он будил на рассвете и зимой и летом. По-видимому, в резервуар с сифоном F—F наливали разное количество воды: больше — летом, меньше — зимой. Этот прибор, справедливо замечает Дильс, представляет собой не только первый известный будильник, во в нем, насколько нам известно, был впервые в гидравлике применен принцип реле, которым в 1500 г. Леонардо да Винчи воспользовался для создания своего будильника, ничего не подозревая об изобретении Платона.

Для техники изготовления водяных часов открывается совершенно иной путь развития, как только она вступает в контакт с наукой. В 130 г. до н. э. Ктезибием были созданы водяные часы, что находилось в теснейшей связи с достижениями александрийской школы механики и науки.