И все же как бы тщательно ни следили вавилонские жрецы за Луной и как бы точно ни рассчитывали они по своей шестидесятеричной системе время, а разработать правильный и точный календарь им так и не удавалось. Жрецы уже понимали, что не от Луны, а от Солнца зависит ход времени. Но как проследить путь Солнца среди алмазной россыпи звезд днем, когда в сиянии солнечного света их не видно? И все-таки жрецам удалось перейти от наблюдений Луны к наблюдениям Солнца. А помог им в этом гномон.
В то время у вавилонских наблюдателей не было ни часов, ни компаса. Впрочем, часами им служил «ловец тени» – прямой шест, установленный точно по отвесу в центре ровной площадки (рис. 1). Эти простейшие часы греки позже называли охотником за тенью или гномоном.
Рис. 1. Гномон и определение направления точки юга.
Принцип действия древних часов, работающих от Солнца, довольно прост. Отсчет времени на солнечных часах начинался в день весеннего равноденствия. В этот день Солнце находится, как правило, на небесном экваторе, который делится горизонтом пополам. Пути Солнца над горизонтом и под ним равны, и продолжительность дня и ночи тоже равны. Когда ранним утром Солнце восходит строго в точке востока, вернее, центр солнечного диска совпадает с точкой востока, в этот миг длинная тень от гномона вытягивается в противоположную сторону – строго в точку запада. Солнце движется по южной области неба, а тень медленно движется по северной половине площадки-циферблата и указывает время. В полдень Солнце находится строго над точкой юга и достигает над горизонтом Земли наибольшего возвышения. В этот момент все тени от вертикальных предметов становятся наиболее короткими и направлены строго на точку севера. Во вторую половину дня Солнце клонится к западу, а тень от гномона ползет по площадке-циферблату к востоку и указывает время. Площадка-циферблат имела, как правило, вид круга, поскольку она отображала большой небесный круг – эклиптику, по которому движется Солнце.
Для более точных расчетов времени вавилонские астрономы ввели систему прямоугольных координат. Как мы знаем, система прямоугольных координат состоит из двух взаимно перпендикулярных прямых. Обычно одна прямая располагается горизонтально, другая – вертикально. Горизонтальная линия восток – запад делила круг времени на две равные половины – верхнюю (северную) и нижнюю (южную). Вертикальная линия север – юг делила круг еще на две половины – восточную и западную. В то же время две взаимно перпендикулярные линии делили круг-циферблат на четыре равные части или четверти. Помимо этого круг был разделен на двенадцать равных частей по количеству зодиакальных созвездий, среди которых пролегает путь Солнца.
По солнечным часам вавилонские астрономы наблюдали Солнце с восхода и до заката, а при угасающем свете вечерней зари они продолжали вести наблюдения Луны и звезд.
Долог путь от наблюдений к открытию. Много времени пришлось вавилонским астрономам аккуратно записывать, когда и где – в каких точках горизонта восходит и заходит Солнце в разные дни, и на какую высоту оно поднимается в полдень, по каким созвездиям лежит его путь в течение дня, месяца, года. В дальнейшем накопленные наблюдения помогли жрецам сделать много важных открытий. Они установили, что длина тени изменяется не только в течение дня. Зимой в полдень Солнце стоит ниже, чем весной и летом, поэтому тень длиннее, а день короче. После зимнего солнцестояния Солнце поднимается все выше, тень укорачивается, день удлиняется. Солнце, как и Луна, всегда проходит по одной и той же дороге среди двенадцати созвездий зодиака и, совершив полный круг, вновь возвращается к началу своего путешествия. А началом путешествия Солнца традиционно считалось то созвездие, где Солнце «гостит» в пору весеннего равноденствия. Именно с этого времени года у многих древних народов наступал новый год.
В настоящее время весеннее равноденствие наступает 21–22 марта, когда Солнце «гостит» в созвездии Рыб. В эти дни Солнце восходит и заходит точно в точках востока и запада, вернее, центр солнечного диска совпадает с этими точками. В конце марта в нашем Северном полушарии начинается астрономическая весна. В равноденственные дни продолжительность дня и ночи равны.
Затем наше светило начинает постепенно отступать от равноденственных точек к северу. 21–22 июня наступает день летнего солнцестояния – самый продолжительный день в году. Например, в Москве он продолжается более 17,5 ч. В день летнего солнцестояния Солнце в Северном полушарии поднимается над горизонтом выше всего – это время начала астрономического лета.
После этого Солнце вновь «поворачивает» к югу. День укорачивается, а ночь возрастает. 23 сентября оно опять встает точно на востоке, а садится точно на западе – это время осеннего равноденствия и начала астрономической осени.
Затем Солнце все дальше и дальше уходит к югу. Все короче его путь от восхода до заката, все ниже оно поднимается над горизонтом. И, наконец, 22 декабря в Северном полушарии наступает зимнее солнцестояние и астрономическая зима. В дни зимнего солнцестояния продолжительность дня в Москве всего лишь 7 ч.
Как известно, в Южном полушарии Земли все происходит наоборот.
Солнце, проходя каждый месяц одной и той же дорогой, постепенно удаляется в противоположную сторону к востоку, подобно Луне, но гораздо медленнее. Если Луна обходит пояс зодиака меньше чем за месяц, то Солнцу для этого нужен целый год. Каждые 29–30 дней Луна догоняет Солнце, и тогда наступает новолуние.
Итак, примерно 2500 лет назад вавилонским жрецам удалось согласовать лунный календарь с солнечным годом и в итоге разработать лунно-солнечный календарь. Год на лунно-солнечном календаре подразделялся на 12 месяцев по 30 суток в каждом.
Календарь, разработанный в Вавилонии, был унаследован греками и другими народами Средней Азии. После завоевания восточных стран Римом календарь вместе с христианством распространился среди народов Европы.
4. Первые циклы Земли
Охотник за тенью – гномон – помог астрономам Двуречья не только проследить путь Солнца среди зодиакальных созвездий на протяжении первых двух циклов – одного полного оборота Земли вокруг собственной оси и вокруг Солнца, которые мы воспринимаем как сутки и год, – но и математически рассчитать их. С этой задачей жрецы-астрономы справились с большой для того времени точностью.
Они рассуждали примерно так. Каждый шаг человека переносит его приблизительно на двойную ширину тела. И Солнце «шагает» так же, передвигаясь каждый раз на два своих поперечника. Так сколько же «шагов» должно сделать Солнце за сутки, чтобы обойти все небо? По расчетам жрецов выходило, что за день Солнце делает сто восемьдесят «шагов» над Землей и столько же за ночь под Землей, за сутки получалось 360.
Каждодневные наблюдения Солнца помогли жрецам сделать еще одно важное открытие. Они выяснили, что каждые сутки Солнце медленно пятится к востоку на один свой «шаг». Сделав 360 «шагов», Солнце обходит небесный круг, обрамленный двенадцатью созвездиями зодиака, и вновь возвращается к началу своего пути, которое, как правило, фиксировалось в точке весеннего равноденствия.
Хотя дальнейшие наблюдения показали, что год не соответствует 360-ти солнечным «шагам», однако обнаруженная ошибка не помешала вавилонским жрецам подогнать число «шагов» дневного светила к 360. Возможно, они сделали это намеренно, чтобы пользоваться своим шестидесятеричным счислением. Но какими бы причинами не руководствовались вавилонские жрецы, именно они стали первыми делить любую окружность на 360 «шагов»-градусов. Само слово «градус» на латинском языке означает «шаг». В дальнейшем вавилоняне стали делить 360 на 22 целых числа: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 45, 60, 72, 90, 120, 180. С тех пор деление любой окружности на 360 частей-градусов перешло от вавилонян к грекам, а затем к римлянам и другим народам Европы, сохранилось и дожило до наших времен.
Таким образом, в государствах Двуречья зародились основы математических знаний, а изучение небесных светил превратилось в точную науку. Многими изобретениями обязано человечество народам Двуречья. Они придумали колесо и колесную повозку, создали серп и соху с особой трубкой для посева семян, изобрели циферблат. До сих пор на циферблате мы видим двенадцать делений, хотя в сутках двадцать четыре часа.