Устройство обсерватории

«У подошвы Кухака Мирза Улугбек воздвиг огромной высоты трехэтажное здание обсерватории для составления астрономических таблиц».

Бабур (начало XVI в.).

До нас не дошло описаний ни хода работ по постройке здания Обсерватории Улугбека, ни ее устройства, ни изготовления для нее инструментов, ни имен их конструкторов. Но даже по отдельным отрывочным фразам и немногим археологическим остаткам, вскрытым археологом В.Л. Вяткиным, нетрудно понять, что она принадлежала к числу самых больших обсерваторий Востока. В записках основателя индийской династии Великих моголов, тимурида Бабура, засвидетельствовано, что здание обсерватории было огромной высоты и имело три этажа. Поставленное к тому же на холме, который возвышается над окружающей местностью в среднем на 21 м, оно, должно быть, выглядело очень эффектно, так как было покрыто снаружи, как того требовали архитектурные вкусы эпохи, изразцовой мозаикой и выкладкой из изразцовых квадратных и продолговатых кирпичиков синего, голубого, белого, желтого и черного цвета. Во время раскопок было обращено внимание на сравнительно большое количество последних.

Таким образом обсерватория, к созданию которой были, несомненно, привлечены лучшие художественные и архитектурные силы столицы, отличалась от других крупных общественных сооружений того времени не только своими необычайными формами, но и несколько иными пропорциями цветового сочетания во внешней декоративной отделке. Вместе с тем, связанное с окутанными дымкой таинственности наблюдениями астрономов, оно не могло не вызывать к себе невольного почтения со стороны современников, что и отразилось в прилагавшемся к нему эпитете «иморати али» (благородное или высокое здание).

Перед возведением сооружения на холме, имеющем в основании протяжение с В на З около 85 ж и с С на Ю до 170 ж, его сложенную из сланцев вершину в южной части срезали, чтобы дать наверху ровную строительную площадку, а за счет полученного камня и земли оформили склоны. На этой площадке был размещен огромный «горизонтальный круг», служивший для определения азимутов светил несколько раз в сутки вне меридиана, что увеличивало количество наблюдений и повышало их точность. Подобные круги, но значительно меньших размеров, имелись у других восточных обсерваторий, в частности, в Марате. Его идея перешла затем в Европу, где с XVI столетия и до последнего времени имеет широкое применение в виде так называемого универсального инструмента.

Самаркандский горизонтальный круг запроектирован с диаметром несколько менее 48 м и в силу своих гигантских размеров не мог быть просто целиком изготовлен из бронзы. Уже отлитый в 1119 году в Египте для обсерватории султана Афдала круг, диаметром около 5 м, проявил из-за своей величины ряд отрицательных качеств, дурно сказывавшихся на точности наблюдений. Хотя он был установлен с большой тщательностью на мраморных колоннах и закреплен с помощью расплавленного свинца, но из-за своей тяжести давал прогибы и уклонения до одного градуса с минутами, что привело вскоре уже к необходимости заменить его двумя кругами меньших диаметров.

Чтобы избежать повторения подобной неудачи, самаркандский круг был уложен на основание в виде стены в один кирпич толщиной (шириною без облицовки около 27 см), сплошным кольцом охватывавшей всю площадку вершины холма и проходившей в расстоянии от 2 до 4 метров от откоса ее склонов. Эта стена снаружи была покрыта изразцовой облицовкой. Остатки ее в северной части, где она сохранилась лучше всего, в момент раскопки имели 1,7 м высоты и, очевидно, в целом виде она была несколько ниже 2 м. По верху кирпичной кладки были уложены плоские мраморные плиты соответствующей кривизны, причем ближе к внутреннему краю проточен по дуге круга желобок прямоугольного сечения, в который, очевидно, заложен был медный круг-рельс с делениями градусов, минут и их подразделений. Более точные отсчеты секунд делались, возможно, с помощью линейного нониуса. Через определенные промежутки на мраморных плитах были высечены кружки с помещенными в них рельефными арабскими буквами, имеющими числовое значение и обозначающими десятки. По кругу, очевидно, двигался инструмент с диоптрами, или трубой с перекрестием нитей, установленный таким образом, что ось его была при всяком положении обращена в центр круга, благодаря чему площадь внутри его могла быть использована под различные сооружения и для размещения прочих инструментов. Величина азимута читалась непосредственно на дуге круга, а определение высоты светила над плоскостью горизонта производилось с помощью специальной установки на подвижной части инструмента. Астроном при наблюдении двигался вдоль круга с внутренней стороны, где обнаружены остатки пола, положенного на подстилку из извести с примесью крупного песка.

Внутри стены горизонтального круга был размещен главный инструмент обсерватории, гигантский квадрант, представляющий собой в основе четверть окружности и являющийся: естественным развитием известного еще древним грекам, так называемого «геометрического гномона»¹.

Рис. 6. Уцелевшие части дуг квадранта обсерватории Улугбека

Слава об этом самаркандском измерительном приборе вышла далеко за пределы государства Тимуридов, и еще в европейских письменных источниках XVII века высота его указывалась равной высоте храма святой Софии в Константинополе, т. е., следовательно, около 50 метров (180 футов). Точнее, в 90 локтей (т. е. около 40 м) определялась его высота восточными авторами. Во всяком случае, это был поистине колоссальный инструмент невиданных размеров. До того самым крупным квадрантом, радиусом будто бы в 57 футов 9 пальцев, пользовался астроном X века Хамид, бен ал-Хызр Абу-Махмуд ал-Ходженди. В том же столетии Абул-Вефа работал с круглым квадрантом, имевшим радиус в 21 фут 8 пальцев. Даже богатая обсерватория в Мараге обладала инструментами значительно меньших размеров, и, например, радиус ее стенного круга равнялся 11 футам, а визирное приспособление инструмента «на двух столбах» имело 12 футов длины при длине градуированного бруса в 17,5 футов.

Нельзя не отдать должного самаркандским астрономам в смысле очень остроумного разрешения задачи по выведению огромной дуги квадранта. Как показали измерения самих остатков этого инструмента, радиус его несколько более 40 м и, следовательно, длина дуги четверти круга несколько превышала 63 м. Помещение ее целиком на поверхности верхней площадки холма потребовало бы создания очень крупного подпорного наземного сооружения. Чтобы избежать этого, половину дуги, от 45 до 90°, поместили ниже уровня земли, выдолбив в скале в меридианном направлении глубокую траншею с отвесными стенками шириною около 2 м, а верхнюю половину дуги, которая поднималась из траншеи на 28 м, прислонили к башневидному прямоугольному в плане устою².

Сама дуга состояла из двух барьеров, идущих параллельно друг другу на расстоянии около полуметра, сложенных из жженого кирпича и оштукатуренных алебастром. Верхняя поверхность барьеров облицована, как и у горизонтального круга, мраморными плитами длиною от 0,9 до 1,6 м, с проточенным ближе к внутреннему краю жолобом. Ширина плит западного барьера 29,2 см, восточного — 29 см. Через каждые 70,2 см, т. е. через 1°, нанесены деления, приходящиеся в том месте (где желобок имеет поперечные уширения, возможно, сделанные для скобок, с помощью которых закреплявшись медные рельсы, проложенные в желобах. Каждая скобка наглухо заделывалась парой круглого сечения и с выдающейся слегка шляпкой медных гвоздей в толщину карандаша, которые вставлялись на известковом растворе в просверленные в мраморных плитах отверстия. Примерно на середине расстояния между градусными отметками на верхней поверхности мраморных плит вырезаны кружки с арабскими буквами, имеющими числовое значение. По ним видно, что деление 0° помещалось в верхней части дуги, а деление, обозначающее 90°, приходилось в самом нижнем ее конце, в южной части траншеи. Хотя верхняя часть квадранта не сохранилась, но при раскопках были найдены плиты дуги квадранта с обозначением 11°, 20° и 21° (рис. 6). В уцелевшей части квадранта деления последовательно отмечены кружками с буквенными знаками от 57° до 80°, после которого до конца кружков уже нет, как нет, за исключением пары плит, и проточенных желобков для рельс после 81°, хотя поперечные черточки доходят до самого конца, т. е. до 90°.

Между стенами траншеи и барьерами дуги, а также между самыми барьерами сделаны три кирпичные лестницы, ступени которых выведены из поставленных на ребро жженых кирпичей на известковом растворе. Боковые лестницы одинакового устройства. У средней лестницы ступени более частые, и уровень их всегда ниже ступеней боковых лестниц. Лестницы кончаются, не доходя до южного конца траншеи: средняя — 12 м, боковые — 9 м. У боковых проходов ступени переходят здесь в выстланный кирпичом пол, лежащий лишь несколько ниже мраморных плит. Промежуток же между барьерами имеет пол значительно глубже.

Рис. 7. Схема визирования южной звезды. В точке M — глаз наблюдателя; ∠h = высота светила 52°

Вдоль длинных сторон траншеи на высоту свыше 28 м поднимались мощные стены, украшенные снаружи изразцовой одеждой и переходящие в глухой свод, который предохранял квадрант от разрушительного действия атмосферных явлений. В верхней части узкой поперечной стены, стоящей под прямым углом к квадранту, имелась щель, и в ней точно в центре дуги был наглухо закреплен диоптр. Один или несколько подвижных диоптров были установлены по дуге. Возможно, что они были заменены визирной трубой с перекрестием нитей. Подвижный прибор, вероятно, был помещен в специальной каретке, которую вверх и вниз по рельсам дуги квадранта передвигали и закрепляли в нужном положении два двигавшихся по боковым лестницам помощника наблюдателя. Сам он продвигался по средней лестнице, улавливал в небе искомое светило в момент его кульминации и после закрепления аппарата производил отсчет градусов, минут и секунд по делениям, которые могли быть нанесены и на медных рельсах и на специальной линейке, прикрепленной к подвижной каретке. Так как на квадранте одноминутное деление равнялось примерно дуге 11,6 мм, то расчеты с точностью до секунды делались, вероятно, путем применения нониуса. В этом отношении интересно упоминание Абд-ар-Реззака, что в Самаркандской обсерватории имелось пособие или прибор, которым демонстрировали градусы, минуты, секунды и доли до 0,1 секунды.

Неподвижная дуга самаркандского квадранта была возможно приспособлена для наблюдения звезд не только к югу от зенита, но и к северу. Чтобы не создавать для этого второго гигантского квадранта с дугой, обращенной в обратную сторону, достаточно было опорную прямоугольную башню в северном конце сделать не сплошной, а с прорезью по меридиану. При наблюдении звезд к северу от зенита астроном помещался бы у неподвижного диоптра южной стены, т. е. в центре дуги, а по рельсам дуги двигался бы отражательный прибор, служивший как бы искусственным горизонтом. Глаз наблюдателя улавливал бы отраженный луч звезды, и отметка положения прибора на дуге соответствовала ее высоте, поскольку угол падения луча равен углу отражения.

При раскопке обсерватории в разных местах в строительном мусоре было встречено довольно много фрагментов от одинаковых глиняных чаш, несомненно, специального назначения. Грубой работы, около 36 см в диаметре, при глубине примерно в 18 см, покрытые с внутренней стороны зеленоватой поливой, они имели снаружи слой алебастра, с помощью которого были в чем-то наглухо закреплены. Наполненные жидкостью или ртутью, они могли заменять собой современный уровень при установке частей инструмента в плоскости горизонта и быть использованными в качестве искусственного горизонта и отражаемой поверхности при наблюдении квадрантом звезд к северу от зенита. При расчистке площадки обнаружены были также: оригинальная каменная база-постамент, квадратная в основании, переходящая в круг с помощью применения сталактитовой разделки; плоская каменная плита с проточенными по кругу углублениями и оставленным в середине плоским возвышенным кругом и несколько мраморных плит, обтесанных по дуге таким образом, что сложенные вместе они давали сомкнутое кольцо сравнительно небольшого диаметра.

Несомненно, в обсерватории Улугбека были установлены и крупные солнечные часы. Возможно, что они являлись прототипом для несколько более поздних солнечных часов, сохранившихся в старинных обсерваториях Индии, где они состоят из высоких лестниц с боковыми пристройками, на крышах которых устроены циферблаты. Допустимо предполагать, что в качестве громадных часов было использовано здание квадранта с боковыми пристройками, следы которых были обнаружены по его сторонам археологическим исследованием. Для измерения времени в течение наблюдений, очевидно, служили водяные астрономические часы, возможно, близкие по идее к античным образцам.

Рис. 8. Схема визирования северной звезды. В точке M — отражательный прибор; ∠h = высота светила 41°

Не совсем ясно, что это за семь круглых замкоподобных сооружений, возможно, с рисунками (каср-и мукарнис), которые видел в 1442 году в обсерватории Улугбека Абд-ар-Реззак при приезде в Самарканд из Герата вместе с матерью Улугбека, Гаухар-Шад. Но, по-видимому, скорее к стенной живописи относятся упоминаемые им изображения девяти небес, семи кругов небесных сфер, небес вращения, семи планет, неподвижных звезд, земного шара с делениями на климатические пояса и показанием гор, морей, пустынь и т. п. Это не исключает того, что в ней могли находиться и отдельные карты и глобусы, как в некоторых других обсерваториях, например, в марагской, где, по письменным известиям, были сконструированы замечательные небесные глобусы, изображавшие видимое небо.

На востоке даже отдельным астрономам приходилось принимать участие в создании для себя различных мелких инструментов; многие астрономы зарекомендовали себя как талантливые и плодовитые конструкторы-изобретатели. При возникновении же сколько-нибудь значительных придворных обсерваторий тотчас же закипала интенсивная работа по изготовлению громоздких наблюдательных приборов. К этому привлекались иногда с элементами конкурса лица разных специальностей (астрономы, математики, инженеры-архитекторы, металлисты и др.), так как приходилось сталкиваться и с техникой строительного дела и с обработкой дерева и металлов, чаще всего в виде различных сплавов меди. В этом отношении особенно интересно сообщение автора X века Абу-Долефа, что в то время в городе Кашмире имелась большая обсерватория, которая помещалась в здании из китайского железа, так как считалось, что оно якобы менее всего поддается разрушительному влиянию времени. По обсерватории Улугбека об этой стороне деятельности ничего неизвестно.

Между тем, она должна была быть очень оживленной, если учесть размеры инструментов, вошедших в ее оборудование. Возможно, что устройство литейных форм, сооружение плавильных печей, процесс выплавки и последующая обработка крупных металлических частей происходили поблизости от холма обсерватории, тут же, у подножья Чупан-Ата. Едва ли в самаркандской обсерватории не было сделано также несколько экземпляров таких очень распространенных в то время инструментов, как параллактические линейки или армиллярные сферы из пяти медных кругов (меридиана, экватора, эклиптики, круга широты и круга склонений или коллурий равноденствий), не говоря уже о других мелких приборах, как например, различных систем астролябии и т. п.

Стараниями Улугбека в Самарканде была собрана большая библиотека, имевшая много сочинений по математике и астрономии, но едва ли она помещалась при обсерватории. Неизвестно, была ли при последней школа для прохождения светских наук (хукмийят), как то имело место в начале XIV века при обсерватории Газанхана в Тебризе, где этим был занят штат из одного профессора (мударриса) и нескольких преподавателей (муллиман). Но и без того она была очень видным научным учреждением, игравшим определенную роль в столичном Самарканде в эпоху расцвета придворной культуры.

Примечания

1. Гномон — древнейший астрономический прибор — первоначально состоял из стержня, по длине падающей тени которого судили о высоте светила. Около двух тысяч лет назад был уже в употреблении «геометрический гномон», состоявший из вертикально установленной доски с нанесенным на ней изображением четверти круга, в центре которого закреплялся штифт. Второй штифт передвигался по дуге до тех пор, пока тень от первого не падала на него. Прочтение делений дуги в точке стояния второго штифта давало высоту светила. Позднее штифты были заменены диоптрами, и в употреблении арабских астрономов появился так называемый стенной квадрант, дуга которого помещалась в вертикальном положении в стене, имевшей меридианное направление. В перпендикулярно идущей стене устраивалось отверстие — диоптр, которое приходилось в центре дуги. По дуге передвигали глазной диоптр, отсчетом положения которого определялась высота звезд.

2. Квадрант, по-видимому, разбит не абсолютно точно в меридиане, если допустить, что в его положении за полтысячелетия не произошло никаких изменений. Однако величина допущенной погрешности не выяснена, и, во всяком случае, она очень незначительна. П.К. Залесский определил широту квадранта в 39°40′37″, 4, а его азимут в 180°29′4, отметив уклонение южного конца к З на 29′, 4. Произведенные же позднее измерения Б.Н. Кастальского показали 3′ восточного склонения. Результаты сделанных в 1911 году А.И. Аузеном новых наблюдений над дугой квадранта опубликованы но были.