刻度器

两千多岁,古希腊神秘天文计算机唯一存

发布时间:2022/10/28 15:08:33   

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书接上文:

希腊考古研究机构在~年对安提凯希拉岛沉船的打捞工作中,意外发现了“安提凯希拉装置”这个小件文物,在当时的打捞工作中,大家的主要注意力都集中在大型的青铜塑像和大理石雕像等大件文物,对于这么小的“青铜疙瘩”没有引起足够的重视。

但是,当考古学家们回到室内整理阶段的时候,他们惊讶地发现了这个“安提凯希拉装置”的重要性。这个装置由许多刻度、刻度盘、轴、指针和铭文组成,包括前盖和后盖。希腊在20世纪早期的许多铭文学家对这些铭文有着深入的研究,他们给出的说法是,这些铭文有点儿像“物主手册”。但是,通过将这些铭文放在古代天文学背景下进行考查,同时仔细审视其机械元件(齿轮、轴、刻度、刻度盘等),新近的研究人员逐渐确信安提凯希拉装置的天文历法功能。

那么,“安提凯希拉装置”到底是什么样子的一个仪器呢?

希腊的考古学家们通过对残块的研究,认为原始安提凯希拉装置的大多数金属部件几乎都是从低錫青铜板材切割下来的。机械部件被安装在一个木框架箱体内,这个木质箱体起到对内部原件的保护作用。在箱体的前部和背部很可能覆盖着金属面板。

“安提凯希拉装置”内部是由许多齿轮被安装在一起的,它们构成了一个复杂的齿轮系统。整个装置的输出端有3个主刻度盘和至少3个副刻度盘,其中1个主刻度盘位于“安提凯希拉装置”的前部,另外两个主刻度盘位于这台仪器的背部。

早在20世纪30年代,希腊的伊安尼斯·瑟欧凡尼第斯想根据这些出水文物残块复制出一个安提凯希拉装置的模型。他与钟表制造商合作,先制造了一个星盘模型,然后接着试图构建安提凯希拉装置模型。但以当时相对落后的探测技术,显然是不可能看到隐藏在残件内部的机械元件的。从而也就无法还原“安提凯希拉装置”的内部结构的。

随着现代X射线探测技术的不断发展进步,对于“安提凯希拉装置”内部结构的了解也日益的清晰起来。后来,德里克·德索拉·普赖斯基于这些残块的内部结构的研究,设计了一个安提凯希拉装置模型,并且由罗伯特·德洛斯基完成建造工作。普赖斯还原的“安提凯希拉装置”模型于年被捐赠给了希腊国家考古博物馆。

普赖斯先生的这个实体复制品是在塞萨洛尼基亚里士多德大学制造的,其设计者、研发者是基里亚科斯·埃夫斯塔西鸟。其设计、研发、制造仅使用由安提凯希拉装置研究项目所确认并发表的资料。所以,未给出任何行星齿轮结构。该模型按照1:1的比例制造,与原始文物大小相同。除3个青铜板和40个齿轮以外,它还包括18根轴、一个双轴轴承、两根偏心轴和一个双轴传动轴。所有铭文都是用一种特殊设计的字体刻写的。

安提凯希拉装置是独一无二的吗?许多古代文献中提到过类似的机械装置,但没有一个完全符合我们对这个特定装置的认识。几乎可以肯定的是,古代曾制造过类似的装置,但未能存留下来。青铜的价值很高,所以这些类似的装置很可能被回收并用于制造其他物件了。

然而,安提凯希拉装置的基本部件——齿轮,公元前3世纪在希腊似乎就开始使用了,这个创意很可能是亚里士多德想出的(《机械》,a)。西塞罗(《论联邦》,14.22)描述了阿基米德第二天象仪,它的工作原理与安提凯希拉装置很相似。

大约在公元前3世纪以后,古希腊人就具备了制造这种装置所需的天文学知识,而安提凯希拉装置的某些方面则需要使用公元前2世纪所获得的知识。奥托吕科斯、阿波罗尼阿斯、希帕科斯等人对行星轨道、月食、月球变速运动进行了有代表性的研究。

波塞多尼奥斯在公元前1世纪的上半叶生活在罗德岛,他被认为有可能是安提凯希拉装置的设计者。希帕科斯和波塞多尼奥斯两人在罗德岛都十分活跃,这意味着罗德岛可能是安提凯希拉装置的诞生地。但默冬历和月份名称与科林斯或其某一殖民地有关。

默冬周期月亮从一轮新月变化到下一轮新月所经历的时间,被称为一个“太阴月”。日历的问题在于,一年不是由整数个太阴月构成的。默冬周期(以雅典天文学家默冬的名字命名)则解决了这个问题,一个默冬周期是个太阴月,即19年(天)。基于这一周期,默冬提出了一种历法,该历法于公元前年夏至日开始使用。人们都知道,复活节的日期不是固定不变的,它取决于月相。时至今日,复活节的日期仍然是根据默冬周期来计算的。卡里皮克周期大约1世纪后,爱奥尼亚天文学家卡利波斯提出了精度更高的卡里皮克周期,它等于4个默冬周期(4乘以19,等于76),即天(4乘以减去1天)。沙罗周期和转轮周期古巴比伦人经过仔细观察发现,每隔个太阴月(天加1/3天,即约18年),月食就重复显示相似的特征,这一时间间隔被称为“沙罗周期。沙罗周期不是由整数天构成的,这意味着重复的月食在时间上相差大约8个小时。古代天文学家发现,由个太阴月组成的“三重沙罗周期”就是整数天了。这个三重沙罗周期被称作“轮转周期。最初,托勒密将“沙罗周期命名为“定期循环;年,英国天文学家埃德蒙·哈當基于对一个希腊化的巴比伦词语的错误解释,将其重新命名为“沙罗周期”。

为了准确重现默冬周期和沙罗周期,同时为了模拟月球的变速运动,“安提凯希拉装置”机构的原设计者为各个齿轮选择了特定的齿数。安提凯希拉装置有两个特定齿轮被分别命名为b2(64齿)和1e1(38齿)。所以,它们的齿数比是“-64/38”(前面的负号表示第一个齿轮,即输入轮,与第二个齿轮即输出轮的转动方向相反)。数字38包含质数19,即默冬周期的年数。

好了,现在我们大致可以理解“安提凯希拉装置”是一个天文历法计算与显示的装置。它可以通过齿轮系统显示出来你所输入的日期的太阳、月亮和地球的相对关系以及月相的相关信息。可以理解为手摇式日地月的天文显示器。这个机械结构对于两千年前的古希腊而言那是相当厉害的。所以,至今虽然已经有大量的研究成果出现在各个权威刊物上,但是质疑的声音从未停歇过。

这就又回到最原始的问题上了,如果安提凯希拉岛沉船的考古发掘工作不是在-年这么早期,而是在年现代水下考古学建立之后。依托科学的严谨的水下考古工作,将海底埋藏环境,埋藏状态用详细的影像设备记录完整。那么,一切质疑的声音都将会消失。

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附一个小列表,以备大家参考:

古代作家、天文学家及机械师

尤多克索斯,约公元前-前年

卡利波斯,约公元前~前年

阿拉托斯,约公元前~前年

阿里斯塔科斯,约公元前~前年

阿基米德,约公元前~前年

埃拉托色尼,约公元前~前年

阿波罗尼阿斯,公元前2世纪晚期至前1世纪早期

希帕科斯,约公元前~前年

波塞多尼奥斯,约公元前~前51年

西塞罗,公元前~前43年

安提凯希拉岛沉船,公元前85~前60年

哥米诺斯,公元前1世纪中期

托勒密,约公元-年



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