Comment fonctionnent les astrolabes

Si vous êtes né avant, disons, 1960 et que vous avez suivi une formation technique, vous avez sans aucun doute utilisé l'un des ordinateurs les plus omniprésents de l'histoire : la règle à calcul. Pour ma part (né en 1964) je n'ai jamais utilisé l'outil, mais je me souviens très bien de celui de mon père. Il se trouvait dans le tiroir du haut de son bureau, à côté de rapporteurs, de compas , de triangles de dessin et de la calculatrice LED de Texas Instruments qui finiraient par le rendre obsolète. J'ai souvent joué avec, fasciné par la façon dont quelque chose pouvait être si simple et si complexe à la fois.

En 1360, un enfant aurait pu vivre une expérience similaire avec un autre type d'ordinateur analogique. Il ou elle aurait été formé à son utilisation et, très probablement, à en fabriquer un à partir de zéro, en bois ou en bronze. L'appareil était connu sous le nom d' astrolabe , qui a finalement pris son nom du grec astrolabos , ou "prise d'étoiles". Il était principalement utilisé pour effectuer des mesures astronomiques, généralement des altitudes des corps célestes, mais des philosophes, des astrologues et des marins astucieux ont conçu des centaines d'utilisations pour l'instrument. L'astrolabe était, sans aucun doute, la règle à calcul du Moyen Âge.

Aujourd'hui, bien que les ordinateurs et d'autres technologies les aient remplacés dans les applications pratiques astronomiques et maritimes, les astrolabes continuent de fasciner les technophiles, les historiens des sciences et les observateurs amateurs du ciel. De nombreux éducateurs utilisent l'outil dans leurs salles de classe pour enseigner la sphère céleste et comment tracer et prédire une variété de phénomènes astronomiques, y compris les levers/couchers de soleil, les levers/couchers de lune, les transits d'étoiles, les mouvements rétrogrades et bien plus encore. Même les personnes qui ne peuvent pas distinguer une comète d'un cupidon apprécient les astrolabes pour leur savoir-faire et leur beauté exquis, et il n'est pas inhabituel pour les collectionneurs d'art et les antiquaires de payer des milliers de dollars pour un beau spécimen datant du 18ème siècle ou avant.

Alors, quelle est exactement cette chose qui a obligé Geoffrey Chaucer à écrire sur sa structure et sa fonction dans un traité du 14ème siècle, puis, près de 620 ans plus tard, inspiré Autodesk Fellow et ingénieur logiciel Tom Wujec à faire la démonstration d'une réplique fonctionnelle pour TEDGlobal ? Dans les prochaines pages, nous explorerons à la fois l'art et la science - ainsi que l'ascension et la chute - de l'astrolabe. Nous examinerons tous ses éléments, puis, comme un astrolabe est destiné à décoder le ciel, nous travaillerons sur quelques exercices d'astronomie réels. Mais ne vous inquiétez pas. Vous aurez beaucoup d'expérience avant de marcher à l'extérieur et de tendre le cou pour voir les étoiles.

1. L'écliptique cosmique : histoire de l'astrolabe
2. Des alidades et des almucantars : anatomie d'un astrolabe
3. Utiliser un astrolabe : êtes-vous prêt ?
4. Dire l'heure - avec votre incroyable astrolabe
5. Obtenir votre propre astrolabe

Bien avant les horloges et les calendriers, les humains se tournaient vers le ciel pour mesurer le temps et s'orienter sur la planète. Les anciens observaient des cycles liés aux mouvements de la Terre, du soleil et de la lune et utilisaient ces cycles pour déterminer la durée des jours, des mois et des années. Ils ont également observé les étoiles avec beaucoup d'intérêt, les arrangeant en images - des constellations - afin de mettre de l'ordre dans le chaos fou du ciel nocturne.

Une autre convention d'organisation était la "sphère céleste", un globe imaginaire censé entourer la Terre. Comme un globe terrestre traditionnel, la sphère céleste possédait des pôles nord et sud, un équateur et des coordonnées similaires à la latitude et la longitude. Pour un observateur à la surface de la Terre , les étoiles existaient sous forme de points fixes de lumière à l'intérieur de la sphère. Le soleil, la lune et les planètes n'étaient pas fixés à la sphère, mais se déplaçaient sur une trajectoire circulaire connue sous le nom d' écliptique .

Imaginez maintenant que vous souhaitiez prendre la sphère céleste en trois dimensions et la projeter sur une surface plane en deux dimensions. C'était le problème fondamental auquel étaient confrontés des érudits comme Hipparque, né à Nicée en 180 av . décrivant la position d'une étoile. L'astronome grec a pu construire une carte en imaginant une ligne perpendiculaire reliant chaque étoile à un point d'un plan correspondant au plan de l'équateur terrestre. La carte, qui a conservé les relations angulaires entre les étoiles, a peut-être été le premier exemple de projection stéréographique .

Claudius Ptolemy s'est fortement inspiré d'Hipparque alors qu'il préparait son magnum opus, "l'Almagest", et d'autres livres. Dans "Planisphaerium", publié en 150 après JC, Ptolémée fournit une description complète, presque certainement basée sur des idées d'Hipparque, des techniques mathématiques nécessaires pour projeter des points sur la sphère céleste. Le livre semblait être un manuel pour construire un instrument de travail, mais aucune preuve n'existe suggérant qu'il ait réellement construit un astrolabe. Il a cependant conçu et construit la sphère armillaire , un prédécesseur complexe de l'astrolabe.

Le premier récit faisant autorité de ce qui allait devenir l'astrolabe moderne et beaucoup plus facile à utiliser est venu de Théon d'Alexandrie en 390 après JC, donc Théon n'a pas réellement construit d'astrolabe, mais les historiens pensent qu'il a fourni un plan complet.

Lorsque les astronomes islamiques ont repris le traité de Theon sur les astrolabes, ils ont immédiatement vu sa valeur. Ils ont commencé à fabriquer et à utiliser les instruments - et à composer leurs propres manuels. Les premiers guides d'astrolabe écrits en arabe sont apparus au VIIIe siècle. Au 11ème siècle, les appareils ont commencé à apparaître dans l'Espagne musulmane. À partir de là, c'était sauter, sauter et sauter dans l'Europe chrétienne, où les astrolabes ont aidé les astronomes – et même des poètes doués comme Chaucer – à apporter ordre et stabilité au ciel nocturne. Ils étaient un outil indispensable tout au long du Moyen Âge, jusqu'à ce qu'ils soient supplantés par des technologies plus récentes et plus spécialisées, telles que les télescopes, les sextants et les horloges à pendule.

Planisphérique ou Maritime, Madame ?

Retournez dans le monde antique et vous rencontrerez deux types d'astrolabes de base. Le premier type, connu sous le nom d' astrolabe planisphérique , aidait les astronomes à calculer les positions des objets célestes. Tous les premiers astrolabes étaient de type planisphérique jusqu'à ce que les gens de mer voient à quel point ces instruments pouvaient être utiles.

Vers le XVe siècle, les astrolabes maritimes ont commencé à apparaître. Ils étaient comme des versions piratées de leurs cousins ​​planisphériques, utilisés principalement pour déterminer l'altitude du soleil ou d'une étoile, qui pourraient ensuite être utilisées pour déterminer la latitude. Ils sont venus avec deux parties de base - un cercle gradué et une alidade, un dispositif de visée ou un pointeur utilisé pour mesurer les angles. Les astrolabes planisphériques étaient un peu plus compliqués. Ils étaient également plus idiosyncratiques car leur fonctionnement dépendait de la latitude de l'utilisateur.

Si vous aviez un ancien astrolabe devant vous, qu'il provienne de l'Islam du XIe siècle ou de l'Europe du XVIe siècle, il viendrait avec les mêmes éléments de base. Les voici, travaillant du bas vers le haut de l'instrument :

Le mater (latin pour "mère") servait de base à un astrolabe. Cette plaque circulaire, généralement en laiton, s'étendait sur environ 6 pouces (15 centimètres) de diamètre et un quart de pouce d'épaisseur. Son centre était évidé afin qu'une ou plusieurs assiettes puissent s'asseoir dessus, nichées dans la dépression. Le bord de la mère, connu sous le nom de membre , portait deux échelles - une échelle intérieure pour mesurer les heures de la journée et une extérieure pour mesurer les degrés de 0 à 360. Un trône portant un anneau était assis au-dessus du marquage de midi, définissant le haut de l'astrolabe et offrant un point d'attache. Lorsqu'il voulait utiliser l'instrument, un astronome attachait une corde à travers l'anneau et laissait l'appareil pendre vers le bas.

Vient ensuite une série de plaques , chaque plaque correspondant à une latitude spécifique. Cela était nécessaire car un observateur situé à l'équateur voyait une section différente du ciel nocturne par rapport à un observateur, disons, à une latitude moyenne. Pour que l'astrolabe fonctionne correctement, il fallait une platine spécifique à une latitude donnée.

Chaque assiette était gravée de deux sortes de cercles. Les premiers étaient des cercles d'altitude constante connus sous le nom d' almucantars , l'horizon étant l'almucantar le plus important. Les seconds étaient des azimuts , qui rencontraient les almucantars à angle droit. L'azimut le plus important était le méridien.

Le rete (ressemble à un "traité") reposait sur les assiettes. Les retes modernes sont souvent faites de plastique transparent afin que vous puissiez voir à travers elles les plaques ci-dessous. Pour obtenir le même effet dans le monde antique, les fabricants d'astrolabes ont coupé de grandes parties du métal, laissant derrière eux un anneau ressemblant à un squelette. Le rete était marqué d'un certain nombre d' étoiles et de plusieurs constellations importantes. En tournant autour d'un axe central (le pôle nord céleste), le rete montrait le mouvement quotidien de la sphère céleste. Le périmètre du rete contenait une échelle la plus externe divisée en heures et une échelle la plus interne marquée des jours de l'année.

Sur certains astrolabes, une aiguille en forme d'horloge appelée la règle , marquée de déclinaisons de -30 degrés à +70 degrés, se trouvait au-dessus de tout. Une goupille traversait le centre de l'instrument, tenant toutes les pièces ensemble, mais permettant à la règle et au rete de tourner sur la plaque.

Le dos de l'instrument contenait une variété d'échelles et de tables utiles. Tous les astrolabes comprenaient des échelles pour mesurer les angles et déterminer la longitude du soleil à n'importe quelle date. Beaucoup avaient également des échelles pour résoudre des problèmes simples de trigonométrie. Une alidade également fixée au dos, permettant à un utilisateur de mesurer l'altitude d'un objet céleste.

Au 10ème siècle, l'astronome persan (et adorateur d'astrolabe) Abd al-Rahman al-Sufi a écrit un livre revendiquant 1000 utilisations pour un astrolabe. Le persan a peut-être légèrement exagéré, mais entre les mains d'un praticien qualifié, l'instrument pourrait apporter des réponses à de nombreux problèmes. Avec un astrolabe, les astronomes pouvaient calculer la position des objets célestes, l' heure du jour (ou de la nuit), la période de l'année, l'altitude de n'importe quel objet, la latitude et bien plus encore.

L'un des calculs les plus faciles à faire avec un astrolabe est l'altitude d'un objet au-dessus de l'horizon. L'objet pourrait être n'importe quoi - un arbre, un sommet de montagne, une étoile. Pour trouver son altitude, suivez ces étapes :

Cool hein? Supposons maintenant que vous vouliez utiliser l'astrolabe pour déterminer quand le soleil se couchera un jour particulier. Voici ce que vous faites :

Plus de trucs pratiques amusants ensuite.

Vous avez perdu votre smartphone ? Pas de soucis, il vous suffit de sortir votre astrolabe pour connaître l'heure du jour ou de la nuit. Pendant la journée, vous baseriez vos calculs sur l'altitude du soleil . La nuit, vous utiliseriez l'altitude d'une étoile visible. Par exemple, passons en revue les étapes pour déterminer l'heure de la nuit :

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.

Une autre excellente ressource est une activité pratique d'astrolabe développée par l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï. Le site Web comprend un programme qui calcule un ensemble complet de modèles d'astrolabe pour n'importe quel endroit. Une fois que vous avez spécifié votre emplacement, le programme génère des fichiers que vous pouvez enregistrer sur votre ordinateur ou imprimer. Le site propose également des instructions de montage complètes et une introduction sur la façon d'utiliser la chose une fois qu'elle est construite.

Peu importe la route que vous empruntez, astrolabe acheté en magasin ou bricolage, vous posséderez votre propre version du premier ordinateur analogique au monde. Et avec lui, vous aurez une meilleure compréhension du ciel nocturne - et une connexion plus profonde au monde de l'astronomie ancienne.

A quoi servent les astrolabes ?

Les astrolabes sont-ils encore utilisés aujourd'hui ?

Quelle est la différence entre un sextant et un astrolabe ?

Qui a inventé l'astrolabe et quand ?

Pourquoi les astrolabes sont-ils importants pour les musulmans ?

Note de l'auteur : Comment fonctionne Astrolabes

Il m'est venu à l'esprit alors que je terminais cette histoire que vous pouviez créer un astrolabe numérique à exécuter sur votre smartphone ou votre tablette. J'ai fait une recherche rapide sur mon téléphone et - le croiriez-vous ? -- il y a une application pour ça ! Découvrez Astrolabe Clock par TwoNineEight Software. C'est gratuit, bien que peut-être un peu moins satisfaisant à utiliser qu'un astrolabe dans sa forme pure et analogique.

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