3. Наблюдательная астрономия
3.1. Обсерватории
В странах ислама возникли первые астрономические обсерватории[7]. В большинстве случаев их основателями были монархи. Начало положил халиф ал-Мамун, основавший обсерватории в Дамаске и Багдаде еще в VII веке. Значительный размах имела обсерватория в Багдаде, покровителем которой был султан Шараф ад-Даула (основана в 988 г.). По всей видимости, это была первая в истории обсерватория, во главе которой стоял официально утвержденный директор (известный астроном ал-Кухи) и которая имела собственную бухгалтерию. В 1074 г. султан Джалал ад-Дин Малик-Шах основал великолепно оснащенную обсерваторию в Исфахане (Персия), где трудился выдающийся ученый и поэт Омар Хайям (1047—1123).
Большую роль в истории науки сыграла обсерватория в Мараге (южный Азербайджан, в настоящее время Иран), основанная в 1261 г. выдающимся астрономом, математиком, философом и теологом Насир ад-Дином ат-Туси[8]. Средства на ее строительство выделил монгольский хан Хулагу, астрологом при дворе которого одно время работал Туси.
В значительной мере под влиянием Марагинской обсерватории была построена обсерватория в Самарканде, основанная в 1420 г. Улугбеком — правителем государства Мавераннахр и позднее всей державы Тимуридов, который сам был выдающимся астрономом. Главным инструментом Самаркандской обсерватории был гигантский квадрант (или, возможно, секстант) радиусом более 40 метров.
Последней из великих обсерваторий стран ислама была обсерватория в Стамбуле, основаннная в 1577 г. выдающимся астрономом Таки ад-Дином (англ.)русск.. Для астрономических наблюдений там использовались практически те же инструменты, что и в обсерватории Тихо Браге[9]. К сожалению, уже в 1580 г. она была разрушена; формальным поводом послужил неудачный астрологический прогноз Таки ад-Дина, но основной причиной, вероятно, требование главы турецких мусульман, полагавшего занятия наукой вредными для правоверных. Необходимо добавить, что астрономическая традиция в Стамбуле была основана учеником и близким другом Улугбека Али ал-Кушчи, третьим и последним директором Самаркандской обсерватории.
Ряд астрономов организовывали собственные, частные обсерватории. Хотя они не могли быть так хорошо оснащены, как государственные, зато в гораздо меньшей степени зависели от нюансов политической ситуации. Это позволяло производить гораздо более длительные ряды наблюдений.
3.2. Астрономические инструменты
Арабы в основном использовали те же астрономические инструменты, что и греки, существенно их доработав. Так, именно благодаря мусульманским ученым основным инструментом астрономов дотелескопической эпохи стала астролябия, являвшаяся также своего рода аналоговым компьютером, с помощью которого можно было вычислять время по звездам и Солнцу, время восхода и захода, а также ряд других астрономических вычислений. Были изобретены также несколько новых разновидностей армиллярных сфер, квадрантов, других инструментов.
3.3. Основные достижения
Важнейшей задачей, которую ставили перед собой мусульманские астрономы, было уточнение основных астрономических параметров: наклона эклиптики к экватору, скорости прецессии, продолжительности года и месяца, параметров планетных теорий. Результатом стала весьма точная для своего времени система астрономических постоянных[10].
При этом было сделано несколько важных открытий. Одно из них принадлежит еще астрономам, работавшим под покровительством халифа ал-Мамуна в VII веке. Измерение наклона эклиптики к экватору дало результат 23°33'. Поскольку у Птолемея фигурировало значение 23°51', был сделан вывод об изменении наклона эклиптики к экватору с течением времени.
Другим открытием арабских астрономов было изменение долготы апогея Солнца вокруг Земли. По данным Птолемея долгота апогея не меняется со временем, то есть орбита Солнца фиксирована относительно точек равноденствий. Поскольку эти точки совершают прецессионное движение относительно звезд, солнечная орбита в теории Птолемея также перемещается в системе координат, связанной с неподвижными звездами, тогда как деференты планет в этой системе координат неподвижны. Но ещё астрономы обсерватории ал-Мамуна заподозрили, что долгота апогея не остается постоянной. Это открытие подтвердил знаменитый сирийский астроном ал-Баттани, по мнению которого долгота апогея солнечной орбиты меняется с той же скоростью и в том же направлении, что и прецессия, так что солнечная орбита сохраняет примерно постоянное положение относительно звезд. Следующий шаг сделал выдающийся ученый-энциклопедист Абу-р-Райхан Мухаммад ибн Ахмад ал-Бируни (973—1048) из Хорезма. В своем основном астрономическом труде Канон Мас’уда Бируни приходит к выводу, что скорость движения солнечного апогея все же немного отличается от скорости прецессии, то есть орбита Солнца перемещается в системе координат, связанной с неподвижными звездами. Позднее к тому же выводу пришел и знаменитый андалусийский астроном аз-Заркали, который создал геометрическую теорию, моделирующую движение солнечного апогея.
Нельзя не упомянуть и одно мнимое открытие арабских ученых — трепидацию[11]. Его автором является багдадский астроном и математик Сабит ибн Корра (836—901). Согласно теории трепидации, прецессия носит колебательный характер. Уже арабские астрономы более позднего времени показали, что Сабит ошибался: прецессия является монотонной. Тем не менее, они полагали, что скорость прецессии периодически изменяется, так что изменение долгот звезд можно разложить на две составляющие: равномерное увеличение (собственно прецессия), на которое наложено периодическое колебание (трепидация). Такой точки зрения придерживался, в том числе, Николай Коперник, и лишь Тихо Браге доказал полное отсутствие трепидации.
Важным направлением деятельности астрономов ислама было составление звёздных каталогов. Один из наиболее известных каталогов был включён в «Книгу созвездий неподвижных звёзд» Абд ар-Рахмана ас-Суфи. Кроме всего прочего, он содержал первое дошедшее до нас описание Туманности Андромеды. Составление каталога, включавшего в себя точные координаты 1018 звезд, было одним из важнейших результатов работы обсерватории Улугбека.
В некоторых случаях арабы проводили астрономические наблюдения, не имевшие аналогов у греков. Так, выдающийся сирийский астроном Ибн аш-Шатир определял угловой радиус Солнца с помощью камеры-обскуры[12]. При этом был сделан вывод, что эта величина изменяется в гораздо более широких пределах, чем должно быть по теории Птолемея. Ибн аш-Шатир построил собственную теорию движения Солнца, учитывающую это обстоятельство[13].
4. Теоретическая астрономия и космология
4.1. Математический аппарат астрономии
Астрономы стран ислама внесли значительный вклад в усовершенствование математического фундамента астрономии. В частности, они оказали большое влияние на развитие тригонометрии: ими были введены современные тригонометрические функции косинус, тангенс, котангенс, доказан ряд теорем, составлено несколько таблиц тригонометрических функций. Так, высокоточные тригонометрические таблицы были составлены в Самаркандской обсерватории Улугбека, причем сам Улугбек лично участвовал в этой работе: он написал специальный трактат о вычислении синуса угла в 1°. Первый директор этой обсерватории ал-Каши прославился также вычислением числа π с точностью до 18 знаков после запятой.
Выдающееся значение для истории науки имеет математический анализ видимого движения Солнца, представленный ал-Бируни в Каноне Мас’уда. Рассматривая угол между центром геоцентрической орбиты Солнца, самим Солнцем и Землей как функцию средней долготы Солнца, он доказал, что в точках экстремума приращение этой функции равно нулю, а в точках перегиба равно нулю приращение приращения функции[14].
Астрономические таблицы (зиджи)
С точки зрения потребителей (в том числе религиозных деятелей и астрологов), основным результатом деятельности астрономов-теоретиков были справочники по практической астрономии — зиджи. Как правило, зиджи содержали следующие разделы[15]:
· Указания по преобразованию дат между различными календарными системами;
· Таблицы средних движений Луны, Солнца и планет;
· Уравнения для определения положений этих светил;
· Звёздный каталог;
· Тригонометрические таблицы;
· Формулы сферической тригонометрии;
· Формулы для определения суточных параллаксов;
· Предсказания солнечных и лунных затмений;
· Таблицы географических координат, часто с указанием направления на Мекку;
· Таблицы астрологических величин.
Теоретической основой для большинства зиджей являлась теория Птолемея, хотя в некоторых ранних зиджах использованы теории индийских астрономов[16]. Соответственно, образцами для зиджей были Подручные таблицы Птолемея, а также сиддханты индийских астрономов Ариабхаты и Брахмагупты. Некоторые астрономы использовали для составления зиджей астрономические параметры, определенные ими самими. Выдающийся труд ал-Бируни Канон Мас’уда одновременно является зиджем и трактатом по теоретической астрономии, совмещая, таким образом, функции птолемеевых Подручных таблиц и Альмагеста.
Непосредственным предшественником зиджей на территории стран ислама были Шахские таблицы (Зидж-и Шах), составленные в сасанидском Иране в VI в. До настоящего времени дошло около 200 зиджей, составленных в период с VIII по XV в. Самый ранний из дошедших до нас (Зидж по годам арабов) составил в VIII в. арабский астроном ал-Фазари. С точки зрения дальнейшего развития астрономии, наибольшую роль сыграл Толедский зидж, составленный при активном участии выдающегося астронома аз-Заркали, поскольку его переработанная версия, Альфонсовы таблицы (XIII в.), являлась основой практической астрономии в Европе вплоть до XVII в., когда она была заменена Рудольфовыми таблицами Иоганна Кеплера.