Мы привыкли считать, что компьютер — это изобретение XX века, однако это утверждение верно лишь для электронных вычислительных машин. Технологии создания механических устройств, предназначенных для сложных вычислений, существовали уже в Древней Греции. Одним из таких устройств был антикитерский механизм — древнейший в мире аналоговый компьютер, с помощью которого можно было достоверно предсказывать движения небесных тел. В этой статье мы расскажем об истории обнаружения, конструкции и технологии изготовления антикитерского механизма, а также определим его роль в развитии науки.
Антикитерский механизм: что это?
Антикитерский механизм — это первый известный оррерий, то есть механическая модель Солнечной системы. Предположительно он был изготовлен в промежутке с III по I века до нашей эры. Римский философ и оратор Цицерон в своих трактатах «О государстве» и «О природе богов» упоминал, что похожими устройствами пользовались такие античные эрудиты, как Архимед и Посидоний. С помощью антикитерского механизма древние греки могли на десятки лет вперед предсказывать:
- движение Солнца и Луны относительно зодиакальных созвездий;
- фазы Луны от новолуния до полнолуния;
- дату и время солнечных и лунных затмений;
- Метонов цикл — античный календарь, служащий для согласования солнечных лет с лунными месяцами;
- даты начала и окончания важнейших событий, таких как Олимпийские и другие панэллинские игры.
Название механизма было выбрано в честь места, неподалеку от которого он был обнаружен — греческого острова Антикитера. Из-за вариативности транскрипции механизм также часто называют андикитирским, антикифирским и антикиферским. В наши дни увидеть антикитерский механизм может любой посетитель Национального археологического музея в Афинах.
История обнаружения и исследования антикитерского механизма
В 1900 году греческий капитан Димитриос Кондос вместе с командой водолазов плавали на корабле по Эгейскому морю с целью сбора морских губок. В ожидании попутного ветра корабль встал на якорь поблизости от острова Антикитера, где моряки решили понырять и осмотреть подводные окрестности. Один из водолазов, Элиас Стадиатис, погрузился на глубину 45 метров и сразу же подал сигнал о том, чтобы его экстренно подняли на поверхность. В состоянии, близком к паническому страху, он спутанно рассказал о множестве останков людей и лошадей на морском дне.
Кондос решил, что водолаза настиг азотный наркоз — состояние, похожее на опьянение, которое возникает при погружении с баллоном со сжатым воздухом на глубину более 30 метров. Капитан сам облачился в водолазный костюм, чтобы исследовать место, и вскоре всплыл на поверхность с рукой бронзовой статуи. Так был обнаружен затонувший античный корабль, подъем артефактов с которого продолжался в течение 10 месяцев, с ноября 1900 по сентябрь 1901 года.
Среди многочисленных мраморных и бронзовых статуй, роскошной мебели, керамической посуды и ювелирных украшений никто не обратил внимания на небольшой блок со встроенным металлическим зубчатым колесом. Более того, из-за недостаточно аккуратного обращения артефакт треснул и раскололся на 3 больших и несколько десятков мелких фрагментов. Однако в 1902 году таинственную находку решил исследовать археолог Валериос Стаис. Он предположил, что механизм представляет собой некий прообраз астрономических часов или продвинутую астролябию (прим. ред.: автономический инструмент, служивший для измерения горизонтальных углов и определения широт и долгот небесных тел). Однако коллеги Стаиса решительно отвергли эту гипотезу, решив, что древние греки не были способны создавать столь сложные устройства.
Прорыв в изучении артефакта случился в 1951 году, когда американский физик и историк Дерек Джон де Солла Прайс начал исследовать его с помощью рентгеновских лучей. Шаг за шагом он восстанавливал внутреннюю структуру объекта. В 1959 году он представил описание антикитерского механизма и доказал, что он представляет собой сложное вычислительное устройство. Ещё спустя 12 лет Прайс опубликовал первую подробную схему работы антикитерского механизма. Благодаря более совершенным методам исследований, в частности, рентгеновской томографии, в 1990-х годах инженер Майкл Райт уточнил конструкцию механизма, однако фундаментальный принцип его работы, открытый Прайсом, остался неизменен.
Конструкция антикитерского механизма
Внешней оболочкой антикитерского механизма служил деревянный корпус. На его передней части располагался неподвижный кольцевой циферблат, отражающий эклиптику с 12 зодиакальными знаками (прим. ред.: эклиптикой называют видимую с Земли траекторию «движения» Солнца относительно звезд). Снаружи этого циферблата находилось вращающееся кольцо, разделенное на 12 месяцев по 30 дней и включавшее 5 дополнительных дней, что соответствовало древнеегипетскому календарю. При совмещении даты с текущим знаком зодиака стрелки указывали на положение Солнца и Луны. При этом Луна была изображена в виде шарика, с 2 сторон окрашенного в черный и белый цвета. Вращение шара позволяло понимать текущую лунную фазу.
В отличие от передней панели антикитерского механизма, которая отражала актуальную ситуацию, задняя отвечала за отображение долгосрочных циклов. На ней были установлены 2 шкалы в форме спиралей, что позволяло скомпоновать продолжительные временные отрезки на небольшой металлической пластине. Давайте разберемся, какие функции выполняла каждая спираль задней панели.
- Верхняя спираль. Верхняя спираль показывала Метонов цикл, совмещающий солнечный и лунный календари. На циферблате 235 синодическим месяцам, то есть периодам полной смены лунных фаз, соответствовали 19 тропических лет — отрезков времени между осенними равноденствиями. Метонов цикл играл важную роль в социальной и религиозной жизни. Синхронизируя календари, люди могли определять время начала и окончания сельскохозяйственных работ, а также даты праздников в честь богов. Внутри верхней спирали находились 2 небольших вспомогательных циферблата. Вероятно, один из них служил для отображения цикла Каллиппа, корректировавшего Метонов цикл для более точного согласования календарей. Второй же циферблат позволял определять годы важнейших панэллинских празднеств: Олимпийских, Пифийских, Истмийских и Немейских игр. Главным отличием «олимпийского» циферблата от других было движение указателя против часовой стрелки.
- Нижняя спираль. Нижняя спираль отражала цикл Сароса, с помощью которого древние астрономы предсказывали даты солнечных и лунных затмений. Цикл Сароса составляет 18 лет, 11 дней и приблизительно 8 часов. Этот период определяет повторение взаимных положений небесных тел, необходимых для возникновения затмений. Создатели антикитерского механизма разделили спираль на 223 ячейки, соответствующие синодическим месяцам. В 51 из них они сделали пометки, описывающие тип затмения, а также время суток, в которое его можно будет наблюдать. Внутри нижней спирали также находился дополнительный циферблат, показывающий цикл Экселигмос. Он представляет собой тройной цикл Сароса, охватывающий немногим более 54 лет — или 19 756 суток. Дробные сутки в Саросе приводят к погрешностям, ведь за эти дополнительные 8 часов Земля успевает повернуться на 120° вокруг своей оси, и затмение становится видимым в совершенно другой части планеты. Составной цикл Экселигмос состоит из полных суток, а потому устраняет эту погрешность — по его завершении через 54 года земной наблюдатель может увидеть точную копию прошлого затмения, в то же время и в том же месте.
Принцип работы антикитерского механизма
Внутри деревянного корпуса с разнообразными циферблатами была скрыта система, включавшая по меньшей мере 30, а возможно, и 37 шестеренок. Но самым удивительным было не их количество, а ювелирная точность взаимного расположения. Оператор приводил механизм в движение с помощью всего одной боковой ручки, наблюдая за тем, как картина неба синхронно меняется на всех циферблатах. Перечислим некоторые особенности внутреннего устройства антикитерского механизма:
- боковая ручка напрямую соединялась с самой большой, коронной шестерней, зубья которой были расположены под прямым углом к плоскости колеса;
- критически важную роль для корректной работы составных циферблатов играли математические соотношения. Например, в систему главного привода входили 2 шестерни с 19 и 235 зубцами, отвечавшие за правильное движение стрелки при отображении Метонова цикла;
- для спиральных циферблатов была реализована система переключения передач. При полном повороте шестерен указатели смещались на одно деление вниз, переходя на следующий виток спирали. Когда указатели доходили до самого низа, их необходимо было вручную переместить в верхнее положение.
Технология изготовления
Создание антикитерского механизма более 2 000 лет назад — настоящий подвиг неизвестных ученых-астрономов, инженеров и мастеров-ремесленников античной эпохи. Прежде чем приступить к отливу шестерен, необходимо было проделать колоссальную работу, включавшую обобщение астрономических наблюдений за несколько веков и построение единой математической модели. Лишь после этого можно было приступать к проектированию устройства. Несколько десятков шестеренок в едином корпусе должны были стабильно передавать силу вращения, не задевая друг друга, из-за малейшего отклонения в форме зубьев весь механизм попросту заклинило бы.
Все структурные элементы антикитерского механизма были выполнены из податливого материала — бронзы (прим. ред: сплав меди и олова) с долей содержания олова около 10%. Каждую шестерню отливали в соответствующей глиняной форме, а затем доводили до совершенства, на что указывают следы повторной обработки. Чтобы обеспечить идеально ровный шаг между зубцами, элементы сверяли с шаблонами, которые приходилось создавать с помощью обычных циркулей.
Роль антикитерского механизма в науке
Антикитерский механизм в наше время имеет гораздо бо́льшее значение, чем обычный астрономический инструмент прошлого. Он отражает доминирующую концепцию древнегреческой науки — Вселенная познаваема, она подчиняется строгим законам, и ее можно изучать с помощью математики.
Антикитерский механизм стал символом утраченных технологий. Средневековые мастера не изготавливали ничего подобного, и похожие вычислительные устройства начали появляться только в эпоху Ренессанса, спустя более 1 500 лет после создания антикитерского механизма.
Антикитерский механизм сыграл роль катализатора многих современных исследований. Для его изучения совершенствовались методы рентгеновской томографии и цифрового трехмерного моделирования, которые впоследствии помогли раскрыть секреты множества других археологических артефактов. Высокоточные сканеры позволили достоверно определить схему движения шестерен и расшифровать скрытые надписи, служившие инструкциями для операторов, приводивших механизм в действие.
В 2005 году состоялся запуск международного проекта по исследованию антикитерского механизма, в котором приняли участие ученые из Греции и Великобритании. Используя технологию полиномиального отображения текстур (прим. ред.: метод съемки объекта при разном освещении с последующей обработкой снимков), они смогли идентифицировать более 2 000 древнегреческих символов толщиной не более 2 мм. Исследования показали, что надписи были выполнены как минимум 2 людьми с разными почерками и, возможно, над механизмом трудился не один человек.
В 2012 и 2015 годах были организованы повторные экспедиции к затонувшему судну близ Антикитеры. Среди артефактов дайверы обнаружили бронзовый диск с изображением головы быка. На диске были симметрично расположены 4 отверстия, которые натолкнули ученых на мысль о том, что он может быть одной из недостающих частей антикитерского механизма.Загадки антикитерского механизма не перестают волновать умы. На недавно прошедшем фестивале НАУКА 0+ профессор космической физики из Афинского университета (Греция) Ксенофонт Мусас рассказал о новом проекте, связанном с этим древним артефактом: совместно с научно-технической командой из Университета Соноры и мексиканской часовой компанией ученый построил постоянно действующий планетарий с астрономическими часами, которые были установлены в Университете Соноры (Мексика). Таким образом, они превратили древний механизм в образовательный инструмент, который учит многим вещам: технологии, математике, моделированию природных явлений, истории и др.
Гипотезы и загадки
Чем дольше ученые исследуют антикитерский механизм, тем больше перед ними встает загадок, порождающих самые разные гипотезы. Давайте остановимся на ключевых неразгаданных тайнах устройства.
- Кто создал антикитерский механизм? История не сохранила имя гениального инженера, создавшего столь удивительную технологию, но среди вероятных кандидатов называют ведущего ученого классической античности Архимеда. Согласно историческим документам он практиковался в создании сложных астрономических приборов. Цицерон в трактате «О государстве» рассказывает о механизме, при вращении которого «Луна сменяла Солнце в течение стольких же оборотов, во сколько дней она сменяла его на самом небе». Кроме того, родина Архимеда, Сиракузы, была коринфской колонией, и именно в Коринфе был разработан Метонов цикл.
- Был ли антикитерский механизм уникален? Представить, что кто-то создал антикитерский механизм с нуля, достаточно сложно. Возможно, в Древней Греции существовала и развивалась целая инженерная традиция по проектированию и изготовлению астрономических приборов. Оппоненты этой гипотезы указывают на отсутствие неопровержимых свидетельств создания других похожих устройств и считают, что антикитерский механизм был единичным шедевром.
- Для чего использовали антикитерский механизм? Прогнозирование астрономических явлений уже само по себе является важной функцией но, возможно, устройство могли использовать как-то иначе. Есть гипотезы, согласно которым антикитерский механизм содержал дополнительные религиозные надписи, а потому его использовали для предсказаний будущего и планирования ритуальных обрядов.
Отдельного упоминания заслуживает гипотеза, согласно которой антикитерский механизм позволял рассчитывать положения 5 планет, известных в античности. В 2016 году среди множества надписей ученые расшифровали числа, соотносящиеся с орбитальными периодами Венеры и Сатурна. Кроме того, в ходе реконструкции устройства механизма в общую схему была вписана дополнительная шестерня, которая с высокой точностью моделировала движение Юпитера по небу. Тем не менее, ни одного материального подтверждения данной гипотезы обнаружено не было, и ученые до сих пор дискутируют о возможном расширенном функционале механизма.
Альтернативные версии о происхождении и назначении механизма
Некоторая часть научного сообщества считает, что описание антикитерского механизма как первого аналогового компьютера сильно преувеличено. Более того, он мог не работать совсем и использоваться как демонстрационный учебный макет или игрушка. Было проведено как минимум 2 исследования, результаты которых ставят под сомнение возможность практического использования механизма.
- В 2006 году британские ученые из Кардиффского университета провели компьютерную томографию антикитерского механизма и выяснили, что погрешности в размерах зубцов могли достигать 2 мм. В результате отображаемые положения небесных тел сильно отличались бы от реальных.
- В 2025 году аргентинские ученые из Национального университета Мар-дель-Плата создали математическую модель механизма и провели компьютерную симуляцию. Результаты показали, что из-за неровного шага между зубцами устройство заклинивало бы при каждом повороте боковой ручки.
Если же обобщить все мнения исследователей антикитерского механизма, гипотезы о его неработоспособности считаются весьма спорными. На основе рентгеновских и томографических данных инженерам удавалось создать функционирующие модели механизма. Кроме того, для простого макета не было бы необходимости настолько точно выдерживать пропорции в размере шестерней и количестве зубцов. Греческий специалист Аристидис Вульгарис указывает на то, что за 2 000 лет под водой бронза подверглась коррозии и деформировалась при высыхании. Таким образом, современные измерения могут не вполне точно отражать оригинальные размеры деталей.
***
Антикитерский механизм — это прямое послание из прошлого, которое показывает нам, как далеко зашли наука и технологии античной эпохи. Он наглядно продемонстрировал, как с помощью наблюдений, математических методов и кропотливого инженерного труда можно создавать интерактивные модели, отражающие изменения в реальном мире. Вместе с тем антикитерский механизм стал символом хрупкости знания — того, как много великих открытий может быть утрачено и забыто на целые тысячелетия.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение на обложке: Freepik
