Механизм Антикиферы - первый аналоговый компьютер для астрономических вычислений

 

Недавно прошла заключительная конференция по результатам томографического анализа так называемого механизма Антикиферы ("Antikythera mechanism"), который считают первым аналоговым компьютером в истории человечества. Об итогах этого исследования, обсуждавшегося на днях также и по местному греческому телевидению, я и хочу рассказать.

Инициаторами данного исследования явились англичане. Они же предоставили томограф. К ним присоединилась группа греческих ученых и ученые других стран.

 

Кратко об истории обнаружения механизма.

 

Весной 1900 года два судна греческих ловцов губок, возвращавшихся от африканских берегов на родной остров Сими, южным ветром были вынуждены причалить к маленькому греческому острову Антикифера, расположенному между южной оконечностью Греции - полуостровом Пелопоннес - и островом Крит (см. рис. 1)

Рис. 1.

Ныряльщики решили наловить осминогов и других даров моря для еды. Погрузившись примерно в 25 м от берега на глубину около 60 метров ныряльщик вытащил на поверхность (!) бронзовую руку. Два других, пораженные его рассказом, также погрузились и убедились в правдивости сообщения: на дне лежал древний корабль, нагруженный статуями, керамикой и другими предметами, рассыпанными на большом пространстве. Ловцы возвратились на свой остров и в дальнейшем не предпринимали попыток исследовать место находки. Но о руке узнал бывший житель этого острова, к нашему счастью бывший преподавателем археологии. Целых семь месяцев он уговаривал моряков заявить о находке властям и показать место древнего кораблекрушения.

В конце концов, была организована экспедиция с участием этих же ловцов губок в качестве ныряльщиков (к сожалению, двое из них погибли от кессонной болезни). Корабль оказался римским судном торгового типа. Размеры корабля поразили археологов: около 150 метров в длину и около 40 метров в ширину. Корабль был набит древнегреческими изделиями: скульптурами, вазами, амфорами и т.п. Шел с острова Родос вероятно в Рим и потерпел крушение приблизительно в 80 гг. до н.э..

Как известно, после завоевания Греции римляне вывезли из нее большинство оригинальных изделий. Но Европа с ними познакомилась уже в 15 веке нашей эры, когда итальянские любители древностей начали раскапывать римские вилы и обнаружили эти статуи, фрески, сосуды и другие изделия. Именно в это время возник интерес к классической древности, и началась эпоха, называемая Возрождением (т.е. возрождением классической цивилизации).

Среди прочего, на корабле нашли две замечательные бронзовые скульптуры примерно 340 г. до н.э.: юноши в полный рост и голову философа (то ли Пифагора, то ли Эпикура). Они после реставрации экспонируются в Национальном музее Греции в Афинах и представляют одними из лучших его экспонатов.

Но для нас интересно, что среди прочих предметов были найдены куски какого-то механизма, изготовленного из бронзы и лежавшего, в деревянном ящичке размером примерно 33x17x10 см, который скоро превратился в труху. Три больших куска размером один в 10-12 см, а другие - в 5-7см (см. рис.2), обнаруживали сложный шестеренчатый механизм.

Рис. 2

Но под действием морской воды бронза настолько корродировала и спаялась, что заглянуть внутрь механизма, не разрушая его, было невозможно. Остальные куски были намного меньше: от нескольких сантиметров до одного-двух миллиметров в поперечнике. На поверхности пластин просматривались греческие буквы.

О назначении этого механизма первоначально не возникло никаких предположений. Как считалось, древние греки были аристократами духа, которые не занимались прикладными задачами. Правда, были известны изобретения Архимеда (планетарий, механическая небесная сфера и др.), Герона (паровая машина, автоматы для раздачи воды и пр,) и некоторых других ученых, но до нашего времени не дошло почти ничего. Поэтому считалось, что либо сведения об этих механизмах преувеличены древними греками и римлянами, либо все эти механизмы были предназначены для, так сказать, развлечения теоретиков и не имели никакого практического назначения. Механизм долгое время оставался лежать в запасниках музея и к нему никто не решался подступиться.

Каким то образом об этом механизме узнал и заинтересовался им английский физик Дерек де Соло Прайс. Ему позволили обследовать механизм, и изучению его устройства и назначения он посвятил много лет жизни. Исследовав в 1973 г. устройство посредством рентгеновских лучей, Прайс первым догадался, что механизм представляет собой астрономический прибор для предсказания движения планет, и что он был изготовлен на острове Родос. Нашел в древнегреческих источниках упоминания о подобных приборах, спроектированные известными астрономами древности Гемином и Посидонием. Он же изготовил первую модель-реконструкцию механизма (см. рис. 3)

Рис. 3.

После этого прибор получил известность в кругах ученых, и основные куски прибора были выставлены в Национальном музее Греции (см. рис. 4).

Рис. 4.

Механизм Антикиферы похож на огромные часы размером сантиметров в 15. Он состоит из двух бронзовых плат, на которых и между которыми имеются различного размера бронзовые кольца, шестерни, рычажки, стрелки, шкалы и т.п.. В отличие от часов, механизм является двухсторонним: стрелки, шкалы и другие указатели имеются на каждой плате.

Изучением механизма после Прайса занимались еще несколько ученых, как греческих, так и зарубежных. Каждый раз использовались все более совершенные средства исследования. Но поскольку заглянуть внутрь кусков слипшегося металла было очень сложно, все предположения и модели были, в основном, умозрительными.

Нынешнее исследование прибора было решено произвести как пробное испытание двух современных изобретений: 1) разработанного фирмой Хьюлет Паккард (Hewlett-Packard) устройства цифрового отображения PTM Dome, и 2) рентгеновского томографа фирмы X-Tek, называемого Blade Runner (причем владелец фирмы так был охвачен энтузиазмом, что предоставил томограф бесплатно).

Начиная с 2000 г. шли переговоры. Около года было потрачено для получения разрешения от музея и для выработки условий. Затем был длительный подготовительный период для отработки эксперимента и приспособления компьютерной программы к данному случаю. (Как известно, сам рентгеновский томограф представляет собой довольно простое устройство: источник излучения и приемник-детектор, которые способны просмотреть предмет изучения под любыми углами и снять сеть точек интенсивности излучения. Самым важным здесь является компьютерная программа, позволяющая по все этой совокупности точек отобразить с большой точностью на экране все внутренние детали изучаемого предмета, причем в различных ракурсах, любых сечениях и т.п.). Данный томограф, в отличие от тех, что предназначены для врачебных целей, имеет более жесткое излучение, способное проходить через металлы и другие твердые структуры. Его естественное назначение связано с исследованием высоконапрягаемых деталей, как, например, лопатки турбин и т.п. детали.

По договору, томограф (машина в 8 тонн весом) был привезен из Англии в Грецию и установлен в специальном помещении музея. Наконец, года полтора назад началось собственно исследование. На конференции и по телевидению демонстрировались видео, которые показывают, как по мере изменения глубины томографического среза, появляются изображения новых слоев шестеренок и рычажков. Достоверность заключений по утверждению исследователей составляет в среднем более 90 процентов. Было установлено, что система содержала 32 шестеренки разного размера и разного типа. Были установлены их связи. Один из ученых построил на компьютере действующую схему прибора, по которой можно изучать движение всех его элементов и стрелок.

Но самым замечательным было обнаружение новых кусков надписей. К нашему времени было опознано около 900 знаков. Для нового изучения надписей использовалось цифровое стереоскопическое фотографирование поверхности при помощи прибора PTM Dome и томографическое сканирование подповерхностного слоя при помощи Blade Runner по слоям толщиной около 0,1 мм. Дело в том, что эти надписи наносились ударным методом. Поэтому внутри металла остались следы от букв, которые на поверхности уже прочесть нельзя, но которые могут быть восстановлены на экране компьютера.

Весьма неожиданным оказалось, что надписи были настоящими инструкциями по эксплуатации прибора, т.е. описанием процедуры измерения и снятия показаний. Посредством новых приборов удалось прочесть связные куски текста. Всего было прочтено более 2000 букв греческого письма и астрономических знаков. Некоторые фразы вполне понятны; в других понятны только отдельные слова, но и они дали возможность судить о возможностях прибора. В частности, в текстах фигурируют Солнце (Гелиос), Венера (Афродита), Меркурий (Гермес). Из географических пунктов обнаружено слово Испания (самое первое употребление этого названия иберийского полуострова) и Фарос - так назывался островок, на котором стояло одно из семи чудес света - Александрийский маяк (этот маяк в древней Греции был одним из пунктов привязки маршрутов кораблей; с тех пор маяк по-гречески называется фарос). Все это свидетельствует о том, что древние греки строили приборы, предназначенные для эксплуатации.

 

Получено очень много новых данных. По манере начертания букв было установлено, что прибор был изготовлен между 140 и 120 годом до н. э., т.е. задолго до того, как римляне забрали его в качестве трофея. Это дало возможность более конкретно связать прибор с именами известных астрономов. (Но это сама по себе большая тема отражения в механизме Антикиферы развития древней теоретической и наблюдательной астрономии. Механизм, в этом смысле, является как бы дополнительной главой к книгам древних астрономов, и эта тема требует отдельного обсуждения).

 

Обо всем трудно рассказать. Главным результатом, пожалуй, было выяснение назначения прибора..

 

Прибор был рассчитан на 76 лет действия с момента его изготовления (т.е. далее его точность не гарантировалась) и был пространственно рассчитан на обслуживание зоны Средиземноморья, т.е. от Малой Азии до Испании. В этих промежутках времени и пространства точность вычислений и показаний была очень высокой. Прибор показывал и предсказывал (т.е. вычислял) движение Солнца, Луны и 6 планет со всеми их особенностями, которые мы практически наблюдаем с Земли (восходы, заходы, петли, остановки и т.п.). Прибор показывал и предсказывал все фазы Луны и даже отображал их наглядно при помощи серебряного кружка.

Выявлено два практических назначения прибора (но, может быть, были и другие).

1) Первое: уточнение календарей, т.е. привязка начала месяцев к определенным наблюдаемым положениям небесных тел (в то время у каждого государства в Греции были свои календари, так что проблема была еще более насущной, чем в таких централизованных государствах, как Древний Египет или Шумер).

2) Второе: служить для ориентировки в морских путешествиях (о важности этого назначения можно судить по тому, сколько сил и денег потратили европейцы на изобретение и изготовление соответствующих приборов в пору освоения ими морских просторов).

Остается отметить, что немало сведений об этом механизме читатель может найти в Интернете на русском и английском языках. Будем надеяться, что и результаты последнего исследования тоже будут выведены во всемирную паутину.