В этой статье, однако, мне бы хотелось обратить внимание читателей еще на одну область астрономии, которая при ближайшем рассмотрении оказывается не менее интересной. Ею почти не занимаются астрономы-профессионалы, но любители могут открыть для себя бескрайнее поле исследований и существенно помочь ученым, причем не столько астрономам, сколько археологам. Речь пойдет об археоастрономии.
Сравнительно молодая наука, возникшая на стыке астрономии и археологии, изучает археологические памятники древности как живые свидетельства определенных познаний древних народов о небе и небесных явлениях. Очень скоро астроном, занимающийся этим делом, становится еще и любителем археологии — в этом я смог убедиться лично.
Попытаемся понять, какой могла быть астрономия древних людей, что они могли знать о небе, о движении светил, и как это могло отразиться на оставленных ими сооружениях.
Зачем древний человек наблюдал небо? Если уж мы называем его человеком, то, значит, не можем лишить его наших чувств и эмоций, а в его стремлении к небу должны были присутствовать и любопытство, и восхищение, и стремление к познанию окружающего мира. Но, безусловно, у него были и практические нужды, и первые среди них — измерение времени, создание календаря и ориентирование. С того момента, когда у человека появляется представление о времени и необходимость некоего планирования своих действий на будущее, становится очевидной и настоятельная необходимость в календаре.
Календарь
Последовательность сезонов и их приблизительная длительность сохранялась в памяти поколений достаточно хорошо, а вот уверенное определение начального пункта отсчета очередного года было задачей гораздо более трудной. Земная природа не располагает простым и очевидным явлением, которое повторяется каждый год точно в определенное время. Потребовалось накопление долгого опыта наблюдений, чтобы найти подходящее явление у себя над головой.
Возможно, что первые попытки выбрать точку отсчета года были связаны с погодными явлениями. Например, лесные охотники северо-востока Америки "праздновали" Новый год с первым осенним выпадением снега. Совершенно ясно, что от такого календаря точности ждать не приходилось.
Гораздо лучший метод — наблюдение Солнца. Нетрудно заметить, что точки его восхода и захода на горизонте смещаются изо дня в день. Одну половину года они движутся к северу, достигая какого-то определенного крайнего положения, и с этого дня начинают смещаться в противоположном направлении, к югу. Через полгода они достигают крайнего южного положения, и вся последовательность повторяется сначала. Явления поворота точек восхода Солнца совпадает с важными астрономическими феноменами — солнцестояниями.
Одно из них и может быть выбрано как начальный пункт для счета дней.
Даты солнцестояний можно определять двумя способами. Первый — отметить на горизонте точки восхода и захода Солнца в день солнцестояния и следить за приближением светила к ним. Второй — использовать простейший астрономический инструмент — гномон. Он представляет собой вертикальный столб, установленный на ровной площадке, на которой отмечены положения его тени в разные дни года. Ее длина минимальна в день летнего солнцестояния и максимальна — в день зимнего.
Но кроме точек восхода солнца в дни солнцестояний гномон помогает определить еще два дополнительных направления на горизонте. А именно, направление север-юг, как продолжение самой короткой тени, отбрасываемой гномоном в течение дня, и направление восток-запад, которое получается, если образовать прямой крест с линией север-юг. Конечно, древний человек знал направление на восток издавна — просто по стороне горизонта, где восходят светила, — но гномон впервые позволил определить его точно. Наблюдая восход Солнца (есть основания считать, что жрецы-астрономы наблюдали его ежедневно), можно было определить, что Солнце восходит строго на востоке (и заходит строго на западе) почти точно в середине между днями летнего и зимнего солнцестояния. А значит, это направление тоже заслуживало быть отмеченным на горизонте, как фиксированная точка календарного года.
Итак, мы получили 6 точек, которые должны были отмечаться на горизонте древним человеком, если он пользовался солнечным календарем. Это 2 точки восхода Солнца в дни солнцестояний (летнего и зимнего), еще 2 точки, в которых оно садилось в эти же дни, и наконец 2 точки — востока и запада — в которых наблюдался восход и заход Солнца в день, равноотстоящий от обоих солнцестояний.
И действительно, исследователи древних памятников находят доказательства того, что в указанных направлениях на горизонте существовали, а иногда и сохранились до наших дней, естественные или искусственные знаки. Их может быть от одного до 8 (к 6 упомянутым иногда добавляются направления на юг и на север). Это могут быть и менгири (стоячие камни Европы), и курганы, и врытые в землю плиты, и даже как-то отмеченные детали естественного горизонта, например, вершины гор или уступы скал. А иногда и сам археологический памятник целиком ориентирован на какое-либо солнечное явление.
Луна
Точки восходов и заходов Луны тоже меняют положение на горизонте. Как и у Солнца, они достигают крайних положений на севере или на юге, а затем начинают смещаться в противоположную сторону. Повторение одного крайнего положения восхода Луны происходит не через год, а через гораздо более короткий интервал 27.322 дня — лунный сидерический месяц.
Но самое главное отличие от Солнца заключается в том, что эти точки поворота не сохраняют своего фиксированного положения на горизонте, а меняются от одного оборота Луны вокруг Земли (сидерического месяца) к другому. Поэтому в восходах и заходах Луны заметить систему гораздо труднее и, во всяком случае, на это потребуется очень много времени.
Длительные наблюдения позволяют сделать вывод, что поворот точек восхода и захода Луны всегда происходит в пределах определенных секторов горизонта, имеющих ширину около 10°. Севернее и южнее наружных краев этих секторов Луна не появляется и не заходит никогда. А между внутренними краями этих секторов никогда не происходит поворота точки восхода (или захода) Луны, ибо этот поворот может произойти лишь тогда, когда эта точка входит в указанные сектора.
Дальнейшие наблюдения покажут, что если Луна сменила направление движения точек восхода (захода) на внешней границе этих секторов (такую Луну принято называть "высокой"), то снова она окажется там через 18.6 года (точнее через 6798.4 суток). Соответственно, через половину этого срока (9.3 года) точки ее восхода (захода) будут поворачивать у внутренних границ секторов (а Луна будет называться "низкой"). Эта особенность лунных восходов и заходов связана с тем, что орбита Луны наклонена к плоскости эклиптики на угол приблизительно 5°, и кроме того, эта орбита медленно прецесси-рует с периодом как раз 18.6 лет.
Таким образом, в течение сидерического месяца Луна восходит в пределах широкого сектора с точкой востока в его центре, и этот сектор имеет разную ширину в разные периоды, занимая наибольшую ширину через интервал в 18.6 года.
Итак, на горизонте имеются также 8 особых точек, связанных с Луной — границы четырех секторов поворота восхода (захода) Луны. Вряд ли они сегодня известны кому-нибудь, кроме астрономов-профессионалов. Но археоастрономические обсерватории свидетельствуют, что они были хорошо известны древним людям.
В отличие от солнечных, отметки лунных направлений на горизонте не могут быть использованы для календарных целей. Ведь восходы Луны повторяются в отмеченных точках через 18.6 лет — явно не календарный период. Их существование может быть объяснено религиозными мотивами: в древности астрономические наблюдения были религиозными церемониями, особой формой служения богам.
Звезды
Надо полагать, что наблюдения звездного неба велись человеком еще в глубокой древности, просто из врожденного желания познавать окружающий мир. Но такие наблюдения со временем приобрели конкретную практическую пользу, особенно для земледельцев. Они давали возможность получить календарные метки внутри солнечного года.
В течение ночи одни звезды заходят, другие восходят, и к утру оказывается, что наблюдатель смог увидеть почти все звезды, кроме расположенных в узком поясе неба, на центральном меридиане которого находится Солнце. Солнце смещается среди звезд, поэтому в течение года одни звезды входят в этот пояс невидимости, другие выходят из него. Явление, когда после примерно двухмесячного перерыва на ярком небе зари можно вновь различить звезду, восходящую чуть раньше Солнца, называется гелиакическим восходом звезды. В первом приближении оно занимает фиксированное положение внутри солнечного года и потому может служить указателем годовых природных явлений. В частности, земледельцы могли заметить, что гелиакические восходы определенных звезд совпадают со сроками высевов, созреваний, сборов урожая растений. Поскольку ярких звезд на небе достаточно много (около 50), то почти к каждому этапу работ можно было подобрать какую-либо звезду (или созвездие).
Для аналогичных целей можно использовать и так называемый ак-ронический восход, когда звезда восходит сразу после захода Солнца и видна всю ночь. Отметим, что знание такого рода совпадений было особо важным для земледельцев при пользовании лунно-солнечным календарем или недостаточно совершенным солнечным.
Можно ожидать, что на археологических памятниках должны существовать отмеченные направления, указывающие на звезды. Но здесь имеются две трудности.
Несмотря на то, что в отличие от Солнца и Луны точки восходов (заходов) звезд на горизонте не изменяются в течение года, звезды на горизонте просто не видны вследствие сильного атмосферного поглощения. Даже самые яркие звезды можно различить лишь тогда, когда они поднимаются на высоту хотя бы 6-8° (угол затухания), и эта величина сильно зависит от условий в ночь наблюдений. Поэтому, если направления на восходы звезд все же отмечены, то большой точности в них ожидать не приходится.
Далее, точки восходов и заходов звезд меняются вследствие прецессии. Изменение различно для разных звезд в разное время, к тому же зависит от широты места — оно может достигать 2° за столетие. Поэтому при длительном использовании отмеченное направление становится непригодным, и нужно размечать новое. И все равно со временем использование определенной звезды как отметки времени станет невозможным, так как дата ее гелиакического восхода медленно смещается и перестает быть показателем этапа земледельческих работ.
Помимо двух точек на горизонте, связанных с определенной звездой (точки ее восхода и захода), на небе имеется еще одна особая точка, связанная со звездой — точка ее верхней кульминации.
Археологические памятники, где отмечены направления на звезды (восходы и кульминации), существуют. Они особо интересны для археологии, так как позволяют определить эпоху строительства памятника. Так, направления на кульминации некоторых звезд (Ал-Нитак в поясе Ориона и Сириус) зафиксированы в архитектурных особенностях пирамиды Хеопса в Египте, что дало ученым время ее строительства — 2450 г. до н.э. Направления на восходы звезд встречены в некоторых архитектурных памятниках Америки и пока неизвестны в Старом Свете.
Немного истории
Первые исследователи руин Мезоа-мерики с самого начала много внимания уделяли определению астрономической ориентации объектов своего исследования. В Старом Свете многие астрономически значимые особенности памятников еще ранее обнаружил Дж. Н. Локьер, объездивший Ближний Восток, Египет и Грецию (он также известен открытием гелия на Солнце). Участвовал он и в исследовании Стоунхенджа. Тем не менее, археологи признали важность археоастрономических методов только после публикаций Дж. Хокинса о Стоунхендже и работ А. Тома по исследованию других археоастрономичес-ких памятников Британии.
Особый курьез ситуации в том, что Дж. Хокинс в сущности мало чего добавил к уже имеющейся к тому времени астрономической интерпретации Стоунхенджа. Но он опубликовал свою статью об этом в очень авторитетном журнале Nature, основанном в свое время Дж. Локьером, и написал очень интересную и увлекательную книгу о Стоунхендже. Так получилось, что астрономическое значение Стоунхенджа стало популярным среди широкой публики и только потом среди профессиональных археологов. Возможно, они просто не могли согласиться с тем, что древние люди знали астрономию лучше их самих. Напомним, что подобная ошибка уже повторялась — в XIX в. археологи также долго не верили в реальность палеолитической живописи.
В настоящее время археоастрономия как наука, предмет которой — выяснение, что знали древние об астрономии, получила вполне заслуженное признание. Круг ее исследований расширяется. Возникла смежная наука — этноастрономия, собирающая информацию об астрономических представлениях древних по мифам и обычаям современных народов.
В Советском Союзе первые исследования в этой области начинали украинские археологии. Но на систематической основе работы начали вести в России и только несколько лет назад. Инициативу проявили археологи. Проведены три конференции, на которых выяснилось, что с астрономической точки зрения исследовано только несколько археологических памятников, где работали совместно астрономы и археологи. Пока можно сделать вывод, что наши предки, жившие на крайнем востоке Европы, знали все солнечные и лунные астрономические направления не хуже их современников, живших на крайнем западе Европы. Существует по крайней мере один памятник (Савин в Зауралье), где как и в Стоунхендже были отмечены почти все солнечные и лунные направления.
Громадное число археологических памятников остается неизученными. И здесь очень существенной может оказаться помощь любителей астрономии. Но в чем будет состоять их работа?
Немного методики
Итак, вы оказались на археологическом памятнике. Задача состоит в том, чтобы измерить азимуты взаимных направлений между всеми элементами памятника, кроме находящихся на очень коротких расстояниях.
Можно начать с составления плана памятника с точным взаимным расположением элементов. Археологи обычно хорошо составляют планы раскопанной части памятников, но расположение удаленных элементов может быть указано ими весьма приблизительно, а на отметки на горизонте они вообще редко обращают внимание. Ориентация плана по сторонам света иногда может быть ошибочна или сделана по компасу без учета магнитного склонения. Теперь это — прямая задача астронома. Ясно, что надо уметь работать и с теодолитом.
Заранее, еще до отъезда на памятник, нужно вычислить азимуты солнечных и лунных направлений для данного места.
Расчет азимутов астрономических направлений производится по формуле:
здесь: A — азимут, условимся отсчитывать его от севера к востоку (геодезический азимут), δ — склонение светила, h — высота светила над горизонтом, φ — широта места.
Склонение Солнца в дни солнцестояний равно углу наклона эклиптики. В настоящее время этот угол е = 23.44°. В древности он был немного больше: в 3000 г. до н.э. — 24.03°, в 2500 — 23.98°, в 2000 — 23.93°, в 1500 — 23.87°, в 1000 г. — 23.81°.
В некоторых случаях при исследовании древних обсерваторий, где направления отмечены с особо высокой точностью, можно определить угол s на момент строительства обсерватории, а тем самым и дату строительства (метод Локьера). Угол 8 меняется мало, с 1000 г. до н.э. — на 0.37°, при этом азимут восхода Солнца в день солнцестояния на широте 56° изменился на 0.9° — величина заметная.
На высоту h, помимо видимой высоты горизонта, влияют несколько факторов. Прежде всего — рефракция. Она приводит к тому, что Солнце уже видно на горизонте, когда на самом деле высота его, как небесного тела, еще отрицательна. Рефракция r равна 0.7° при видимой высоте горизонта h = -0.5°, 0.6° на математическом горизонте (h = 0), 0.4° при h = 1° и 0.3° при h = 2°. Когда видимый горизонт очень удален, нужно учитывать кривизну земной поверхности, для чего вычитать 0.0045° на каждый километр расстояния. Влияет также параллакс, в данном случае означающий, что координаты светил (склонение) даются по отношению к центру Земли, а мы наблюдаем с ее поверхности. Он действует обратно рефракции, т.е. опускает светило под горизонт. Но параллакс существенен только для близких к Земле объектов, в нашем случае это Луна. Ее параллакс меняется с изменением расстояния до Луны, примем среднее значение 0.95°.
Существенно, что считать восходом и заходом: касание горизонта верхним или нижним краем солнечного (лунного) диска, или пересечение диска пополам. Для Солнца более-менее определенно опыт уже изученных археоастрономических памятников показал, что обычно отмечены точки касания горизонта верхним краем Солнца. Это понятно, ведь Солнце очень яркий объект, и появление (исчезновение) его верхнего края зафиксировать легче, чем момент его полного выхода над горизонтом. Точки, отмечающие это последнее явление, отмечены в тех памятниках, где ритуальный смысл явно преобладает над астрономическим значением памятника.
Для Луны тоже чаще преобладают метки, указывающие на ее верхний край, но не столь очевидно. Поэтому лучше при исследовании памятника на предмет поиска в нем отмеченных лунных направлений для начала сделать расчеты для центра лунного диска. Потом, в случае необходимости, можно будет внести соответствующие исправления.
Если рассчитывать азимуты нахождения на горизонте верхнего края диска, то в значение высоты h нужно внести поправку на величину видимого радиуса светила. И для Солнца, и для Луны радиус можно принять равным 0.25°. Тогда для Солнца получим, что в момент восхода (захода) его истинная высота равна 0-0.25-0.6 =-0.85° (верхний край). Для Луны: 0-0.6+0.95=+0.35° (центр диска).
На некоторых древних обсерваториях отмечены промежуточные направления, свидетельствующие об использовании 8-месячного или даже 16-месячного солнечного календаря. Здесь могут быть разные варианты, в зависимости от того, какие и сколько опорных точек в нем используется. Например, возможна отметка направлений на точки восхода в средние даты между солнцестояниями, а потом каждая часть делится еще раз пополам. В тропической зоне земного шара встречаются отметки на точку восхода (захода) Солнца в день его прохождения через зенит.
Если на памятнике обнаружены отмеченные направления на непонятные азимуты, то лучше применить обратную формулу:
Если склонения окажутся близкими к 0.8° и ±16.5°, то можно предположить, что мы действительно обнаружили следы использования восьмимесячного солнечного календаря. Это нужно проверить по эфемеридам Солнца. Такие свидетельства имеются в "курганах с усами" в Казахстане.
Удобно сделать палетку на прозрачной основе, где из центра провести линии в направлении всех солнечных и лунных азимутов. Далее накладывать палетку последовательно на все заметные элементы памятника и смотреть, не окажутся ли на линиях другие его элементы. Конечно, все найденные совпадения нужно потом проверить на местности с теодолитом. И нужно оценить вероятность случайного совпадения.
В археологических архивах хранится множество планов памятников. Имеет смысл исследовать их с этой точки зрения и выявить перспективные для археоастрономических работ.
Интересующихся отсылаю к книгам Дж. Хокинса "Разгадка тайны Стоунхенджа" и "Кроме Стоунхенджа", к книге Дж. Вуда "Солнце, Луна и древние камни". В практической работе вам поможет книга Т. М. Потемкиной и В. А. Юревича "Из опыта археоастрономического исследования археологических памятников".
Юревич Валентин Антонович — кандидат физ.-мат. наук, зав. отделом астрономии журнала "Земля и Вселенная".
Аркаим
Аркаим — один из наиболее ярких археоастрономических памятников эпохи бронзы, обнаруженный в степной части Южного Урала в 1987 году.
К сожалению, в настоящее время его концентрическую структуру можно различить только с высоты птичьего полета.
По данным ученых, это сооружение выполняло несколько функций, представляя собой одновременно город, храм и обсерваторию, причем не уступающую по техническому уровню знаменитому Стоунхенджу. Интересно, что оба памятника расположены практически на одной географической широте и имеют некоторые общие параметры. Однако в отличие от своего британского собрата, Аркаим был не каменным, а деревянным.
Аркаим был построен почти 5 тысяч лет назад индоевропейцами, а во второй половине II тысячелетия до н.э. его неожиданно покинули. При этом местные жители, покинув город, сожгли его, согласно заведенному в те времена ритуалу. Однако при помощи современных научных методов археологам удалось воссоздать план Аркаима до мельчайших деталей. И перед учеными предстал памятник высочайшей древней культуры. На его территории было сделано множество сенсационных открытий. Одно из них — очень высокий уровень астрономических знаний у живущих в Аркаиме людей.
По последним данным этот древний город представлял собой так называемую пригори-зонтную обсерваторию, ориентированную с точностью до минуты дуги относительно элементов окружающего рельефа. Учеными были обнаружены ориентиры, находящиеся на горизонте и фиксирующие направления на точки восхода и захода Солнца в дни солнцестояний и равноденствий, а также ориентиры на точки восхода и захода высокой и низкой Луны. Это так называемые дальние визиры. В самом городе находилось 8 ближних визиров и 4 места наблюдения. Одно из наиболее интересных открытий состоит в том, что жители Аркаима были знакомы с прецессией полярной оси. В настоящее время изучение таинственного древнего памятника продолжается.
