《世界钟表史》连载3  古代世界和中世纪钟表史(2)
发热门诊2013/09/09科学技术学 IP:北京
古巴比伦的太阳钟和水钟

公元前三千年左右,底格里斯河和幼发拉底河的两岸,在物质和精神文明领域里曾经历了伟大的创新时代。

天文学和天文观测达到了很高的水平,把恒星的偕日升与田间作业联系起来了,特别重要的是把夏至时间与天狼星的偕日升联系起来了。

涅格巴乌埃尔(НейгеБауаp)和马尔琴(мартин)的研究指出,古巴比伦的庙宇是沿着天球的大圆取向的,这个大圆约在三千年前是通过天极的。这样取向设置庙宇可以追溯到公元前2880年。毫无疑问,这是利用天文观测的结果,说明公元前三千年古巴比伦已经发展了星系天文学。

谈到古巴比伦天文学成就时,不能忽略他在数字领域中所取得的巨大成就。德国数学、历史学家涅格巴乌埃尔(?)和法国亚述学专家立拉一丹染(?)完全证明,古巴比伦在数学领域中所取得的成就为古巴比伦天文学的发展奠定了基础。巴比伦人在进行天文观测时,使用了工具,例如,古亚述国王图库尔提努尔塔(Tукулbтинулbpт)一世(公元前1260年—公元前1232年)改建宫殿时就使用了子午仪。那时,对太阳钟和水钟也都有了相当的了解。

格拉道特(Гepoдot)认为,希腊人是从古巴比伦那里学习并使用了日晷的。关于这一点,在古巴比伦的文献《Mul Apin》中得到了证实。这个文献保存下来的是复制本,时间约在公元前七百年,无疑,这些复制本是基于更早的资料和有关那时天文学知识而编撰的综合资料,包括正确使用了日晷的数据表。维特鲁威(Витрувий)证明,钟盘为凹面的半球面形太阳钟,也是古希腊人从巴比伦人那里学来的。正如比利时历史学家弗兰茨錠曼(Франц  куманов)指出的,在亚洲东方各国和古希腊伊奥尼亚的城市之间建立贸易关系时,古希腊人就采用了古巴比伦人的以数12和60为基础的度量,还使用了太阳钟和运用了天文学的基本概念。

半球面形太阳钟(图1)曾是巴比伦天文工作者常用的工具,它对确定白天和夜里时间都起了促进作用。十二个星座(黄道十二宫)每夜以一小时间距顺序升起,记出夜里时间。根据升起的每一个星座,可以知道是夜里什么时间。

波映蕗利(П.Таннepb)指出,为使半球面形太阳钟适用于天文观测,迦勒底天文工作者做了所有必需的工作。在半球面形太阳钟上装置了由金属导线编成的网络球,其尺寸的大小,要使球能轻松地沿着类似碗形的钟盘滑动。这个球由表示黄道的大圆所环绕,在圆上标记出有观察角距的黄道十二宫。当知道太阳在黄道十二宫的某一个星座上时,很容易在导线网络上确定对应于太阳所处的地方。迦勒底的天文学家用这种办法来确定天体星球的角距,以及它们在天体的位置。利用刻有经线和纬线的球体,比较太阳白天的运动和黄道恒星夜里的运动,或者和那些夜里所走过的路程等于前一天太阳所走过的路程的恒星,可以查出太阳时和恒星时之间的差别。籍助于水钟(漏壶)实现的这个比较,可以确定太阳相对于恒星的角位置。将这些位置移至黄道上,可以说明太阳沿黄道运动是不均匀的。迦勒底已经有了比较太阳时和恒星时的表格,证明太阳沿黄道运动的不均匀性。

在古巴比伦,太阳和恒星天文学的发展,成为日晷诞生和发展的基础。古巴比伦和古埃及的天文学家,是古天文学和日晷的创造者之一。

在古巴比伦,从远古时期就开始应用水钟。在涅格巴乌埃尔公布的手抄文献中证明,古巴比伦已有水钟。在亚述巴尼拔(Аccубанипал)时期(公元前640年),巴比伦人已经使用水钟了。这是个圆柱形容器,水从中慢慢流出。当太阳升起时,将圆柱体装满水,当圆柱体空了时,专门人员进行通告,一天要通告5—6次。


古埃及的太阳钟、恒星钟和水钟

古埃及人在天文学方面表现出卓越才能,不仅他们的历法、恒星中天和升起表说明了这一点,而且应用于天文观察的优秀工具,如太阳钟,由垂直测锤和叉形测尺组成的确定恒星方位角的工具等,也说明了这一点。

在古埃及,除了基于观测天体运动数据的太阳钟和恒星钟外,水钟也得到了传播。
古埃及有太阳钟的最早时间,是在图特摩斯(Тутмос)三世法老王朝(公元前1521—公元前1473年)。这位国王曾进行过十几次远征。在记述他第一次远征亚洲时,在玛涅谷(Maнедо)峡谷的一次战役中,提到:当太阳阴影“回转”时,即中午,军队出动了。这只有在图特摩斯三世拥有太阳钟的条件下,才会确定出这个紧急时刻。这段记述是第一次提到古埃及的太阳钟。

在楔其(сети)一世(约公元前1300年)的陵墓中,藏有太阳钟的简单图画,并附有使用说明。还有一只在巴勒斯坦发现的著名的太阳钟(图2),是麦尔涅普塔赫(Mеpнефт)王朝(公元前1258—公元前1239年)的。平钟盘上的时刻射线,用于测定时间。这样钟盘的太阳钟,可以是垂直的,也可以是水平的。这种类型的古埃及太阳钟,只有在春分点和秋分点时才能较准确地测定白天的时间,其余的时间里,太阳钟指示的时间都是很近似的。但这种具有等分时刻线钟盘的钟,对天文学家是有益的。

还有一些埃及太阳钟是著名的,现保存在世界各国的博物馆里。所有这些钟,都是按表影的长度,而不是表影的方向来测定时间。直到第二次世界大战前,它们的原品都保存在柏林新博物馆里。图3是太阳钟的复制品。

这些钟是用绿色页岩制造的。直角形杆子的端部有一横臂,在杆上有标记白天时间的坑点。仪器的底部应东西方向放置,垂直横臂的阴影投在带有时间刻度的底座上。将从太阳升起到最高位置(中午)的时间近似分成六部分。黎明时,横臂的阴影投向西方,在底座的最远端指示出太阳升起时的初始时刻。太阳升起之后,直到中午之前,阴影逐渐缩短,直到消失。然后将仪器旋转至相反方向。

古埃及太阳钟,还有一种是阶梯式的(图4)。第一个解释它的包尔赫加尔特(БоpхГаpдт)指出,钟沿着东西方向安置,观察太阳的阴影来定时刻。
每一边有六个阶梯,当太阳升起时,阴影从东边投射在东边一组阶梯上边。随着太阳在空中不断升高,阴影逐渐一个阶梯,一个阶梯地往下降,中午时到达最下一个阶梯。中午之后,阴影从东边一组阶梯移至西边一组。随着太阳不断降落,阴影从下边阶梯向上升,日过时到达最上边第六个阶梯。

考古学家们不久前发现了较晚些时候的、更为完善的埃及太阳钟(图5)。这些太阳钟,显然是属于罗马帝国时期的。太阳钟是由一个小的楔形物和直角方块组成。使用时,太阳钟放置的方位应使方块的阴影投在楔形物的斜面上,其上刻有按阴影长度来确定时间的刻度。刻度已经预先考虑到一年的每一个月,而且一个刻度还可用于距二分点等间距的两个月份。

古代太阳钟的时间刻度,是根据经验来标志的,以后才开始建立在理论计算的基础上。埃及人曾知道,日晷投射的阴影一年四季是不同的,但实际上差别并不是很大,所以也就未考虑。

恒星在一年中(从天狼星一次升起到下一次再升起)实现偕日升的交替顺序,将埃及人引向于借助于恒星(或者较近的恒星群)在测量时间。根据埃及的历法,月被分为旬;具有计量时间职能的时一星也被分为旬。恒星或星座的任何序列都能用于计旬,只要它们的出现、升起是在十天的区间内。这种时一星现在众所周知的名称叫“旬星”,它们属于近乎平行黄道并从黄道向南的天空带。适合于旬星的十天区间充满全年。一年分成36旬,相应地需要有36旬星。对于埃及恒星时,与36旬星对应的是36列,每一列按时夜分为12行。时夜是根据每夜12旬星的升起来确定的。利用这些数据,根据记录相应月旬的旬星升起,就能够知道时夜。

在古希腊文化时期,建立了埃及旬星和巴比伦黄道带之间的严格关系:每一旬星等于10°黄道。

天狼星和猎户星属于星座―旬星的主导成员。根据与黄道、赤道以及天狼星和猎户星德关系,旬星带的位置是完全可以确定的。

在埃及根据旬星计算夜时,在新王国之前就失去了意义,因为以恒星中天时刻来代替了恒星升起时刻。埃及人开始以观察恒星经过子午线来确定夜时。为了利用夜空来测恒星时,首先需要编制星图。在拉美西斯(Рамзес)六世、七世和九世在比班格尔―莫留克(Бибангель - Moллюк)的陵墓中,曾经发现了这种星图,并附有表格。在表格中,对夜的开始和对应它的12个小时中的每一个小时都指出了一定的星体,以及能看见它们的位置,如“在左耳上”、“在右耳上”、“在左肩上”和“在右肩上”。

为了确定恒星的位置,在观测时利用了牵星板和悬锤(图6)。观测时需要两个人。观测者脸朝北坐着,手持一小板和悬锤。在观测者对面坐着他的助手,同样也手持悬锤。从观测者头部到北极星的想象线,应通过牵星板纵缝和两个悬锤。恒星通过由这条想象线和悬锤组成的平面的时间,就是恒星通过该地子午线的时刻。在这个基础上编制了星图。这个星图的样本,我们已经知道。


涅格巴乌埃尔现今的研究证明,在古埃及存在这些星钟。

在古埃及,水钟在公元前已经使用很久。在凯尔奈克(Каpнак)发现了一些这样的钟,是中世纪王朝的。他们是由雪花石膏碗组成,在碗底上有小孔(图7),水经小孔可以留出。

水钟有两种形式:充灌式和滴漏式。根据格拉波洛尼的记述和亚历山大――罗马时代保留下来的样钟,充灌式水钟由两个容器组成:第一个容器放置的高一些,其上有托特上帝的雕像,他被描画为狒狒的形象;第二个容器放置在第一个容器之下。水从第一个容器顺着装在托特上帝雕像下边的管子滴入第二个容器。在第二个容器壁上有刻度,根据水淹到的刻度,就可以确定时间。滴漏式水钟是截面为锥体的石头容器,在底部有一小孔,水从小孔中一滴滴流出。容器的锥体形状保证了水流的均匀性。这样形状的容器,可以补偿容器下部横截面面积的减小,所以,在水流时,水平面几乎是均匀地逐渐下降。这样就可以使滴漏内壁上的刻度是等距的。因为时刻是测量时间的单位,所以必需考虑时刻本身长度的变化:夜间夏时短,冬时长,给刻度带来了复杂性。为解决这个问题,在滴漏内壁的刻度上制成不太的坑点,排成12个纵行,其中的每一行标示一个月。12个纵行的每一行,刻上12点,对应于每一月份的夜时刻度。每月份标示夜时的点自然也就不位于一个水平上。这样,就考虑了一年不同时间夜里持续时间的变动。

在公元二百至三百年的古代埃及的文献中给出了滴漏装置的计算,由此得出容器应有的尺寸:上直径为24指(指=18.75毫米),下直径为12指,容器高18指。这样,可以给出被截的锥体,原锥体的底直径与高之比为1:3,也就是原锥的母线与底的夹角为71.4°(图8)。

我们不知道埃及人是怎样找到这样容器形状的,它确实能使水平面相当均匀下降。但是,这个容器不能使水面完全均匀地下降,计时自然也就有一定的误差。更精确的容器是底直径与高之比为2:9,也就是77°角的圆锥体。更精确的容器是抛物面形的。

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