Wie Astrolabien funktionieren

Wenn Sie vor, sagen wir, 1960 geboren wurden und irgendeine Art von technischer Ausbildung absolviert haben, haben Sie zweifellos einen der allgegenwärtigsten Computer der Geschichte benutzt – den Rechenschieber. Ich jedenfalls (Jahrgang 1964) habe das Werkzeug nie benutzt, aber ich erinnere mich noch genau an das meines Vaters. Es lag in der obersten Schublade seines Schreibtisches, neben Winkelmessern, Zirkeln , Zeichendreiecken und dem LED - Taschenrechner von Texas Instruments , der es irgendwann überflüssig machen würde. Ich spielte oft damit, fasziniert davon, wie etwas so einfach und gleichzeitig so komplex sein konnte.

Im Jahr 1360 hatte ein Kind vielleicht ähnliche Erfahrungen mit einem anderen analogen Computer. Er oder sie wäre darin geschult worden, wie man es benutzt und sehr wahrscheinlich, wie man es von Grund auf neu aus Holz oder Bronze herstellt. Das Gerät war als Astrolabium bekannt , das seinen Namen letztendlich vom griechischen Astrolabos oder „Sternennehmen“ erhielt. Es wurde hauptsächlich für astronomische Messungen verwendet, typischerweise für die Höhe von Himmelskörpern, aber scharfsinnige Philosophen, Astrologen und Seefahrer erfanden Hunderte von Anwendungen für das Instrument. Das Astrolabium war ohne Zweifel der Rechenschieber des Mittelalters.

Obwohl Computer und andere Technologien sie in praktischen astronomischen und maritimen Anwendungen ersetzt haben, faszinieren Astrolabien auch heute noch Technikbegeisterte, Wissenschaftshistoriker und Amateur-Himmelsbeobachter. Viele Pädagogen verwenden das Tool in ihren Klassenzimmern, um etwas über die Himmelssphäre zu lehren und wie man eine Vielzahl astronomischer Phänomene darstellt und vorhersagt, darunter Sonnenaufgänge/Sonnenuntergänge, Mondaufgänge/Monduntergänge, Sterntransite, rückläufige Bewegungen und vieles mehr. Selbst Menschen, die einen Kometen nicht von einem Amor unterscheiden können, schätzen Astrolabien wegen ihrer exquisiten Handwerkskunst und Schönheit, und es ist nicht ungewöhnlich, dass Kunstsammler und Antiquitätenhändler Tausende von Dollar für ein schönes Exemplar aus dem 18. Jahrhundert oder früher bezahlen.

Was genau hat also Geoffrey Chaucer dazu veranlasst, in einer Abhandlung aus dem 14. Jahrhundert über seine Struktur und Funktion zu schreiben, und dann, fast 620 Jahre später, den Autodesk-Fellow und Software-Ingenieur Tom Wujec dazu inspiriert, eine funktionierende Replik für TEDGlobal vorzuführen? Auf den nächsten Seiten werden wir sowohl die Kunst als auch die Wissenschaft – sowie den Aufstieg und Fall – des Astrolabiums untersuchen. Wir werden all seine Kleinigkeiten betrachten, und dann, weil ein Astrolabium dazu bestimmt ist, den Himmel zu entschlüsseln, werden wir ein paar astronomische Übungen aus dem wirklichen Leben durcharbeiten. Aber keine Sorge. Sie werden viel Hintergrundwissen haben, bevor Sie nach draußen wandern und Ihren Hals recken, um die Sterne zu sehen.

1. Die kosmische Ekliptik: Geschichte des Astrolabiums
2. Von Alidades und Almucantars: Anatomie eines Astrolabiums
3. Mit einem Astrolabium: Sind Sie bereit?
4. Die Zeit ablesen – mit Ihrem erstaunlichen Astrolabium
5. Holen Sie sich Ihr eigenes Astrolabium

Lange vor Uhren und Kalendern wandten sich die Menschen dem Himmel zu, um die Zeit zu messen und sich auf dem Planeten zu orientieren. Die alten Menschen beobachteten Zyklen im Zusammenhang mit den Bewegungen der Erde, der Sonne und des Mondes und verwendeten diese Zyklen, um die Länge von Tagen, Monaten und Jahren zu bestimmen. Sie beobachteten auch die Sterne mit großem Interesse und ordneten sie zu Bildern – Sternbildern – an, um Ordnung in das wahnsinnige Chaos des Nachthimmels zu bringen.

Eine weitere Organisationskonvention war die „Himmelssphäre“, eine imaginäre Kugel, von der angenommen wird, dass sie die Erde umgibt. Wie ein traditioneller Globus besaß die Himmelskugel einen Nord- und einen Südpol, einen Äquator und Koordinaten, die Breiten- und Längengraden ähneln. Für einen Beobachter auf der Erdoberfläche existierten Sterne als feste Lichtpunkte im Inneren der Kugel. Sonne, Mond und Planeten waren nicht an der Kugel befestigt, sondern bewegten sich auf einer kreisförmigen Bahn, die als Ekliptik bekannt ist .

Stellen Sie sich nun vor, Sie wollten die dreidimensionale Himmelskugel nehmen und auf eine flache, zweidimensionale Oberfläche projizieren. Dies war das grundlegende Problem, mit dem sich Gelehrte wie Hipparchos konfrontiert sahen, der 180 v. Chr. in Nicäa geboren wurde. Hipparchus führte akribische Aufzeichnungen von 850 Sternen, eine Aktivität, die zur Entdeckung der Präzession (Wackeln der Erde um ihre Achse) und zu einer einzigartigen Methode führte die Position eines Sterns beschreiben. Der griechische Astronom konnte eine Karte erstellen, indem er sich eine senkrechte Linie vorstellte, die jeden Stern mit einem Punkt auf einer Ebene verband, die der Ebene des Erdäquators entsprach. Die Karte, die die Winkelbeziehungen zwischen den Sternen bewahrte, war möglicherweise das erste Beispiel für stereografische Projektion .

Claudius Ptolemaios stützte sich stark auf Hipparchus, als er sein Hauptwerk, das „Almagest“, und andere Bücher vorbereitete. In „Planisphaerium“, das 150 n. Chr. veröffentlicht wurde, liefert Ptolemäus eine vollständige Beschreibung der mathematischen Techniken, die erforderlich sind, um Punkte auf die Himmelskugel zu projizieren, und basiert fast sicher auf Ideen von Hipparchus. Das Buch schien ein Handbuch zum Bau eines funktionierenden Instruments zu sein, aber es gibt keine Beweise dafür, dass er tatsächlich ein Astrolabium gebaut hat. Er entwarf und baute jedoch die Armillarsphäre , einen komplexen Vorgänger des Astrolabiums

Der erste maßgebliche Bericht darüber, was das moderne, viel einfacher zu verwendende Astrolabium werden sollte, stammt von Theon von Alexandria im Jahr 390 n. Chr. OK, also baute Theon nicht wirklich ein Astrolabium, aber Historiker glauben, dass er eine vollständige Blaupause geliefert hat.

Als islamische Astronomen Theons Abhandlung über Astrolabien in die Hand nahmen, erkannten sie sofort ihren Wert. Sie begannen, die Instrumente herzustellen und zu benutzen – und ihre eigenen Handbücher zu verfassen. Die ersten Astrolabiumführer in arabischer Sprache erschienen im achten Jahrhundert. Im 11. Jahrhundert tauchten die Geräte im muslimischen Spanien auf. Von dort aus war es ein Sprung ins christliche Europa, wo Astrolabien Astronomen – und sogar begabten Dichtern wie Chaucer – halfen, Ordnung und Stabilität in den Nachthimmel zu bringen. Sie waren während des gesamten Mittelalters ein unverzichtbares Werkzeug, bis sie durch neuere, spezialisiertere Technologien wie Teleskope, Sextanten und Pendeluhren verdrängt wurden.

Planispheric oder Maritime, Madam?

Gehen Sie zurück in die antike Welt und Sie würden auf zwei grundlegende Arten von Astrolabien stoßen. Der erste Typ, bekannt als planisphärisches Astrolabium , half Astronomen bei der Berechnung der Positionen von Himmelsobjekten. Alle frühen Astrolabien waren von planisphärischer Art, bis Seefahrer erkannten, wie nützlich die Instrumente sein konnten.

Ungefähr im 15. Jahrhundert tauchten maritime Astrolabien auf. Sie waren wie gehackte Versionen ihrer planisphärischen Cousins, die hauptsächlich zur Bestimmung der Höhe der Sonne oder eines Sterns verwendet wurden, die dann zur Bestimmung des Breitengrads verwendet werden konnten. Sie wurden mit zwei grundlegenden Teilen geliefert – einem Messkreis und einer Alhidade, einem Visiergerät oder Zeiger, der zum Messen von Winkeln verwendet wird. Planisphärische Astrolabien waren etwas komplizierter. Sie waren auch eigenwilliger, da ihre Bedienung vom Breitengrad des Benutzers abhing.

Wenn Sie ein altes Astrolabium vor sich hätten, egal ob es aus dem Islam des 11. Jahrhunderts oder aus Europa des 16. Jahrhunderts stammt, würde es mit den gleichen grundlegenden Teilen geliefert werden. Hier sind sie, von der Unterseite des Instruments nach oben arbeitend:

Die Mater (lateinisch für „Mutter“) diente als Basis eines Astrolabiums. Diese kreisförmige Platte, die normalerweise aus Messing besteht, hatte einen Durchmesser von etwa 15 cm und eine Dicke von einem Viertel Zoll. Seine Mitte war ausgehöhlt, sodass ein oder mehrere Teller darauf sitzen konnten, eingebettet in die Vertiefung. Der Rand der Mater, bekannt als das Glied , trug zwei Skalen – eine innere Skala zum Messen der Stunden des Tages und eine äußere zum Messen von Grad von 0 bis 360. Ein Thron mit einem Ring saß über der Mittagsmarkierung und definierte die Oberseite des Astrolabiums und bietet einen Befestigungspunkt. Wenn er das Instrument benutzen wollte, band ein Astronom ein Seil durch den Ring und ließ das Gerät senkrecht nach unten hängen.

Als nächstes kam eine Reihe von Platten , wobei jede Platte einem bestimmten Breitengrad entsprach. Dies war notwendig, weil ein Beobachter am Äquator einen anderen Ausschnitt des Nachthimmels sah als etwa ein Beobachter in mittleren Breiten. Damit das Astrolabium richtig funktionierte, brauchte es eine Platte, die für einen bestimmten Breitengrad spezifisch war.

Jede Platte wurde mit zwei Arten von Kreisen graviert. Die ersten waren Kreise mit konstanter Höhe, die als Almucantars bekannt sind , wobei der Horizont der wichtigste Almucantar ist. Die zweiten waren Azimute , die die Almucantars im rechten Winkel trafen. Der wichtigste Azimut war der Meridian.

Die Rete (klingt wie "Vertrag") ruhte oben auf den Platten. Moderne Retes bestehen oft aus transparentem Kunststoff , sodass Sie durch sie hindurch auf die darunter liegenden Platten sehen können. Um den gleichen Effekt in der Antike zu erzielen, schnitten Astrolabiumhersteller große Teile des Metalls ab und hinterließen einen skelettartigen Ring. Die Rete war mit einer Reihe von Sternen und mehreren wichtigen Sternbildern markiert. Während es sich um einen zentralen Stift (den nördlichen Himmelspol) drehte, zeigte die Rete die tägliche Bewegung der Himmelskugel. Der Umfang der Rete enthielt eine äußerste Skala, die in Stunden unterteilt war, und eine innerste Skala, die mit Tagen des Jahres gekennzeichnet war.

Auf einigen Astrolabien lag über allem ein uhrenähnlicher Zeiger, der Lineal genannt wurde und mit Deklinationen von -30 Grad bis +70 Grad markiert war. Ein Stift ging durch die Mitte des Instruments und hielt alle Teile zusammen, erlaubte aber dem Lineal und der Rete, sich über der Platte zu drehen.

Die Rückseite des Instruments enthielt eine Vielzahl nützlicher Skalen und Tabellen. Alle Astrolabien enthielten Skalen zum Messen von Winkeln und zum Bestimmen des Längengrads der Sonne für jedes Datum. Viele hatten auch Waagen, um einfache trigonometrische Probleme zu lösen. Eine Alhidade , die ebenfalls an der Rückseite angebracht ist, ermöglicht es einem Benutzer, die Höhe eines Himmelsobjekts zu messen.

Im 10. Jahrhundert schrieb der persische Astronom (und Astrolabium-Anbeter) Abd al-Rahman al-Sufi ein Buch, in dem er 1.000 Verwendungen für ein Astrolabium behauptete. Der Perser mag etwas übertrieben haben, aber in den Händen eines erfahrenen Praktikers könnte das Instrument Antworten auf viele Probleme geben. Mit einem Astrolabium konnten Astronomen die Position von Himmelsobjekten, die Tageszeit (oder Nachtzeit), die Jahreszeit, die Höhe eines Objekts, den Breitengrad und vieles mehr berechnen.

Eine der einfachsten Berechnungen mit einem Astrolabium ist die Höhe eines Objekts über dem Horizont. Das Objekt könnte alles sein – ein Baum, ein Berggipfel, ein Stern. Gehen Sie folgendermaßen vor, um die Höhe zu ermitteln:

Cool, huh? Now let's say you want to use the astrolabe to determine when the sun will set on a particular day. Here's what you do:

Als nächstes gibt es mehr Spaß zum Anfassen.

Sie haben Ihr Smartphone verloren ? Keine Sorge, ziehen Sie einfach Ihr Astrolabium heraus, um die Tages- oder Nachtzeit zu finden. Tagsüber würden Sie Ihre Berechnungen auf den Sonnenstand stützen . Nachts würden Sie die Höhe eines sichtbaren Sterns verwenden. Lassen Sie uns als Beispiel die Schritte zur Bestimmung der Nachtzeit durchgehen:

The Web site of the Oxford Museum of the History of Science provides an excellent interactive demo of this last exercise, using a replica of an ancient astrolabe. As it steps you through the process, it also shows the markings on the instrument's various scales.

If you're an astronomy buff, you've probably already invested in a good telescope. Now you might want to add an astrolabe to your collection. The simplest thing is to buy an astrolabe that's ready to go right out of the box. You can find some antique astrolabes on eBay, although any pre-20th-century instrument will set you back some serious dough. A better option is to buy a replica, which will give you an authentic ancient-astrolabe experience without the hefty price tag. Many Web sites offer a variety of planispheric and maritime astrolabes.

Modern materials do offer some advantages over brass and pewter. A good blend of old and new schools comes from Janus, a Delaware-based company behind several popular astrolabe resources. If you really want to kick it old school, you'll want to build your own astrolabe from scratch. To get the full experience, start by reading "A Treatise on the Astrolabe," the first English-language manual on the instrument. James E. Morrison, the owner and creator of Janus and The Personal Astrolabe, has translated Chaucer's work out of Middle English into kinder, gentler language we all can understand (a PDF of the translation is available here).

To build an astrolabe you can use as you read the 14th-century treatise, your best bet is to start with pre-existing templates. In "The History and Practice of Ancient Astronomy" (Oxford University Press, 1998), author James Evans provides a set of complete patterns to make an astrolabe. You simply photocopy the patterns onto paper (or onto an acetate transparency in the case of the rete), glue them down to card stock, cut out the parts, punch a hole in the center and bind everything together using a bolt and nut. He specifically provides patterns for two altitude plates -- Seattle and Los Angeles -- but you can also find others in the body of the book.

Eine weitere großartige Ressource ist eine praktische Astrolabium-Aktivität, die vom Institute for Astronomy an der University of Hawaii entwickelt wurde. Die Website enthält ein Programm , das einen vollständigen Satz von Astrolabium-Vorlagen für jeden Ort berechnet. Sobald Sie Ihren Standort angegeben haben, generiert das Programm Dateien, die Sie auf Ihrem Computer speichern oder ausdrucken können. Die Website bietet auch vollständige Montageanleitungen und eine Einführung in die Verwendung des Dings nach dem Bau.

Egal, welchen Weg Sie einschlagen, gekauftes Astrolabium oder DIY, Sie werden Ihre eigene Version des weltweit ersten analogen Computers besitzen. Und damit haben Sie ein besseres Verständnis des Nachthimmels – und eine tiefere Verbindung zur Welt der antiken Astronomie.

Wofür werden Astrolabien verwendet?

Werden Astrolabien heute noch verwendet?

Was ist der Unterschied zwischen einem Sextanten und einem Astrolabium?

Wer hat wann das Astrolabium erfunden?

Warum sind Astrolabien für Muslime wichtig?

Anmerkung des Autors: Wie Astrolabien funktionieren

Als ich diese Geschichte beendete, kam mir der Gedanke, dass Sie ein digitales Astrolabium für Ihr Smartphone oder Tablet erstellen könnten. Ich habe auf meinem Handy schnell gesucht und – würden Sie es glauben? – dafür gibt es eine App! Sehen Sie sich Astrolabe Clock von TwoNineEight Software an. Es ist kostenlos, obwohl es vielleicht etwas weniger befriedigend zu verwenden ist als ein Astrolabium in seiner reinen, analogen Form.

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