Страница:
Тринадцать книг «Альмагеста» открывает вступление, в котором говорится о различиях между теорией и практикой и о непреложности математических знаний, «ввиду того что доказательства в ней идут неопровержимыми путями арифметики и геометрии». Птолемей говорит читателям, что при обсуждении свойств Вселенной будет пользоваться открытиями древних и, помимо этого, детально объяснять все то, что не нашло полного объяснения или рассмотрения в прошлом. В первой книге он формулирует общие принципы, на которых построен его «Синтаксис», или система.
Небо, говорит Птолемей, представляет собой сферу и движется так, как подобает сфере. Земля – центр этого сферического неба, и от звезд ее отделяет огромное расстояние. Земля также имеет форму сферы и со своего места в центре Вселенной никуда не сдвигается. Что касается формы Земли, то нет смысла рассматривать математические или философские аспекты этой проблемы, поскольку имеется множество наглядных доказательств ее шарообразности. Очевидно, скажем, что Солнце, Луна и другие небесные тела не встают и не садятся в одно и то же время для всех наблюдателей на Земле; напротив, они встают раньше для тех, кто живет восточнее, и позже для западных регионов. Известно также, что лунные затмения отмечаются в разное время суток относительно местного полудня: на востоке они наблюдаются позже, чем на западе. Так вот, если бы Земля была плоской и имела форму треугольника или прямоугольника, восходы и заходы небесных тел наблюдались бы одновременно во всех ее частях. Есть и другое доказательство. Чем дальше к Северному полюсу, тем больше звезд южного неба скрывается, в то время как из-под северного горизонта появляются новые звезды. И еще, если плыть в сторону горы – при этом не важно, с какого направления мы будем к ней приближаться, – то она постепенно поднимается из моря, становится все больше и больше, пока не встанет перед нами целиком. И наоборот, если плыть от горы прочь, то процесс идет в обратном порядке, и через некоторое время гора целиком исчезает за горизонтом. Это значит, что поверхность океана должна быть изогнутой. Птолемей упрямо отвергает предположение некоторых ученых о том, что Земля вращается вокруг своей оси. Он признает, что это удобное объяснение поведения небес, но тем не менее считает такое предположение нелепым.
После публикации «Альмагеста» части окружности перестали выражать в неудобных долях. В 9-й главе первой книги Птолемей объяснил, как образуется таблица хорд. Он начал с круга, окружность которого разделил на 360 градусов. Затем разделил каждую часть еще пополам. Он разделил диаметр круга на 120 равных частей, затем разделил каждую из 60 частей радиуса на 60 равных частей, а затем – еще раз каждую на 60 равных частей. В латинском переводе текста эти части стали называться partes minutae primae и partes minutae secundae, откуда и произошли современные угловые «минуты» и «секунды». Ни деление круга на 360 частей, ни теория хорд не были придуманы Птолемеем. Первое пришло, возможно, из древней Халдеи; таким делением круга пользовались, вероятно, многие предшественники Птолемея. Что касается таблицы хорд, то, как рассказал нам Феон Александрийский, ее изложил в двенадцати книгах Гиппарх, которого Птолемей называл «любителем труда и любителем истины», и в шести книгах – Менелай. Тем не менее Птолемей внес и собственный замечательный вклад, который заключается в нескольких простых теоремах, с помощью которых несложно найти величину любой хорды[20].
В третьей книге «Альмагеста» Птолемей описал, каким образом Гиппарх обнаружил предварение равноденствий. Он описал также наблюдения, с помощью которых Гиппарх подтвердил эксцентриситет солнечной орбиты. Птолемей завершил эту книгу ясным описанием обстоятельств, от которых зависит уравнение времени. Он изложил также принцип, согласно которому для наилучшего объяснения явлений любого рода следует принять простейшую из существующих гипотез, если, конечно, она ни в чем не противоречит результатам наблюдений. Иными словами, никогда не следует придумывать сложное объяснение, если можно ограничиться простым. Этот принцип, открыто объявленный Птолемеем, представлял собой часть кредо, провозглашенного еще Гиппархом; спустя столетия он стал главным законом «первой философии» (philosophia prima) французского философа Огюста Конта. Еще один принцип, детально изложенный Птолемеем и принятый ныне повсеместно во всех науках, состоит в следующем: проводя наблюдения, где требуется огромная осторожность и точность, мы должны брать в качестве результата данные, полученные на протяжении значительного промежутка времени, чтобы уменьшить ошибки (известные как человеческий фактор), неизбежные при любых наблюдениях, даже тех, что проводятся с величайшей тщательностью. Другими словами, многократно повторяйте любые наблюдения; если необходимо, делайте это на протяжении многих лет.
Обоим авторам – и Страбону, и Птолемею – принадлежат обширные труды, которые называют географическими, но их подход к предмету совершенно различен. Страбона интересует местоположение конкретных пунктов и составление точной карты мира, по крайней мере той его части, которая пригодна для жизни. Еще больше его занимает человек в своих отношениях со средой: его история, обычаи, растения и животные, которых он выращивает, и физические особенности характерные для разных регионов мира. Птолемей же подходит к географии строго научно и отстраненно. Его интересует в первую очередь Земля – вся Земля, а не только пригодная для жизни ее часть; он пытался выяснить, какое место Земля занимает во Вселенной. Его интересовали отношения между Землей и Солнцем, Землей и Луной, научная причина и характер изменения климата. Но превыше всего его интересовало по-научному точное изображение сферической Земли в удобочитаемой форме. Другими словами, его интересовала карта мира. Клавдию Птолемею, больше чем кому бы то ни было из древних, удалось определить элементы и формы научной картографии. С публикацией его «Географии» картография – такая, какой мы ее знаем, – отделилась от географии – такой, как мы ее понимаем.
На самом деле «География» – скорее атлас мира с длинным текстовым введением в предмет картографии, нежели трактат по географии. Здесь впервые были сформулированы обязанности составителя карт, его ограничения и природа материалов, с которыми ему приходится работать. Методы картирования мира, обрисованные Клавдием Птолемеем, представляют собой фундаментальные принципы современной геодезии.
Птолемей открывает свой вводный трактат двумя ценными определениями, во многом определившими курс развития картографии, а именно определениями хорографии и географии. Первое определение, как ни странно, за почти две тысячи лет не слишком изменилось и в существе своем осталось таким же, как его сформулировал Птолемей, зато второе вызывало и вызывает немало проблем. География – предмет ее рассмотрения и пределы компетенции – и сегодня определена не лучше, чем во времена Страбона; даже этот достойный автор в давние времена не сумел решить для себя, какие именно боковые ветви следует включить в состав географии, а какие сложные вопросы передать в руки «геометров», астрономов и физиков. Одно из недавних определений называет географию «множеством специализаций, лишенных всякого логического единства».
Птолемей определяет географию как «представление в виде рисунка всего известного мира вместе с явлениями, в нем содержащимися». Хорография, говорит он, отличается от географии тем, что она региональна и избирательна и «имеет дело даже с самыми мелкими мыслимыми участками земли, такими как гавани, фермы, деревни, речные русла и тому подобное».
Функция хорографии, говорит Птолемей, – иметь дело с маленькой частичкой целого мира, рассматривая ее при этом отдельно от всего остального и очень подробно. Соответственно рассмотрение таких отдельных единиц в мельчайших подробностях не выходит за рамки хорографии и не умаляет ее достоинства; напротив, чем больше подробностей и деталей, тем лучше, вплоть до улиц и общественных зданий. «Ее забота – добиться в изображении подлинного сходства, а не просто указать точное положение и размер». По Птолемею, хорография не нуждается в математике; по крайней мере, ей, в отличие от географии, не нужна сферическая тригонометрия, зато нужен художник, «и никто не в силах создать правильное изображение, не умея рисовать». Современные картографы, обратите внимание!
Далее Птолемей развивает свое определение географии, и становится ясно, что основной функцией этой науки он считает изготовление карт, что для него география – синоним картографии. «Прерогатива географии, – говорит он, – показывать известную пригодную для жизни землю как единое целое, как она расположена и какова ее природа; и она имеет дело с теми чертами земли, которые, скорее всего, были бы упомянуты в общем ее описании, такими как наиболее крупные города, горные хребты и основные реки». Географу не следует отступать от этих фундаментальных вещей, разве что ради «черт достойных особого упоминания по причине их красоты». Введя таким образом весьма растяжимую «поправку» в достаточно жесткий в остальном географический кодекс, Птолемей продолжает в подробностях рассказывать о задаче картографа, который должен исследовать и изображать мир в целом «в его верных пропорциях» – то есть в масштабе. Он сравнивает эту задачу с задачей художника, который должен в первую очередь обрисовать контуры фигуры в верных пропорциях, а уже потом прорисовывать мелкие детали черт и форм. Далее, однако, он говорит, что картография, в самом широком смысле, не нуждается в художнике. Предметом заботы картографии является соотношение расстояния и направления, и любые важные черты земной поверхности можно изобразить на карте простыми линиями и условными знаками; этого вполне достаточно, чтобы указать общий характер и местоположение объекта. Именно поэтому в картографии так важна математика.
В картографии, говорит Птолемей, обязательно нужно рассматривать форму и размеры Земли в целом. Чрезвычайную важность имеет и ее положение под небесами, ибо для того, чтобы описать любую конкретную часть мира, необходимо знать, под какой параллелью звездной сферы эта часть находится. В противном случае как определить продолжительность дней и ночей в этой местности, как узнать, какие звезды там всегда находятся над головой, какие каждую ночь поднимаются из-за горизонта, а какие вообще не показываются? Все подобные данные следует считать важными для изучения и картирования мира. И, добавляет он, «великим и совершенным достижением математики является то, что она показала человеческому разуму все эти вещи». С помощью астрономии и математики, делает Птолемей окончательный вывод, Землю можно нанести на карту с той же точностью, с какой уже картированы небеса.
Подобно своим предшественникам, Птолемей тоже намеревался ограничиться в своих описаниях «нашей обитаемой землей»; чтобы полученное описание как можно полнее ей соответствовало, он готов был пользоваться всеми возможными источниками информации. Первым и главным, как обычно, являлась огромная масса информации, полученной из рассказов путешественников и исследователей. Конечно, если бы подобные люди были более внимательными и проводили необходимые наблюдения, а также делали подробные записи, то задача по-научному точного описания самых удаленных окраин обитаемого мира оказалась бы сравнительно несложной; увы, однако, путешественники и исследователи никогда этого не делают. Птолемей жалуется, что из всех мужей, кто заинтересован в этом и обладает нужной квалификацией, один только астроном Гиппарх записал высоту Полярной звезды над горизонтом в разных местах, и даже он измерил эту величину в очень немногих местах по сравнению с множеством мест, известных географам; что же до пунктов, расположенных на одном меридиане, то таких мест известно чрезвычайно мало. Расстояния с запада на восток указывали почти исключительно на основании традиции – и не потому, что они никого не интересовали, а потому, что наблюдателю не хватало необходимых технических знаний. Иногда лунные затмения наблюдались одновременно в двух разных местах – как, например, затмение, которое наблюдали в Арбелле в пятом часу, а в Карфагене во втором, – но их было недостаточно, чтобы дать существенную информацию о долготе разных мест.
К источникам, про которые при картировании обитаемой земли не следует забывать, Птолемей отнес и звездные карты, подобные тем, что составлял теоретически для разных широт Гиппарх. Необходимо тщательно рассмотреть и обдумать все надежные таблицы расстояний между хорошо известными местами, особенно если расстояния измерялись с помощью землемерных инструментов, астрономических инструментов или тех и других одновременно. Кроме того, если расстояния между пунктами очень важны, то не менее важно знать, в каком направлении лежат эти пункты по отношению друг к другу. Поэтому везде, где возможно, следует проверять расстояния и направления с помощью «метеорологических инструментов», под которыми Птолемей, по-видимому, понимал гномон и астролябию. При надлежащем использовании с помощью подобных инструментов можно определить географическое положение объекта и даже, теоретически, пройденное расстояние.
Птолемей подробно описывает, как изготовить те два инструмента, которые он сам использовал для измерения углов, в частности дуги между тропиком и эклиптикой. Первый из этих инструментов представлял собой медную астролябию, размеченную по внешнему кругу на 360 делений; каждое из делений, в свою очередь, было разделено на столько частей, на сколько хватило места. Вместо того чтобы использовать для прицеливания маленькие отверстия (диоптры), Птолемей закрепил на каждом конце подвижного визира призму и точный указатель для отметки градусов и минут дуги. Инструмент этот закреплялся на пьедестале, «небольшой колонне, удобной в нескольких отношениях». При подготовке к наблюдениям прибор тщательно настраивали, так чтобы плоскость круга была перпендикулярна горизонту; из высшей точки прибора опускали отвес, чтобы надлежащие отметки внешнего круга точно указывали в зенит и на горизонт. «И после такого размещения мы обычно наблюдали продвижение Солнца на юг и на север, двигая в середине дня внутренний круг до того момента, пока нижняя призма не окажется полностью закрыта тенью верхней призмы. И когда это сделано, концы игл указывают нам каждый раз, на сколько делений от зенита отстоит центр Солнца, когда оно стоит на линии меридиана».
Модель полированного каменного блока, изобретенного Клавдием Птолемеем для измерения 1) наклона эклиптики, 2) ширины тропических зон, 3) широты точки, где находятся наблюдатель и камень
Второй прибор, который Птолемей рекомендует для измерения дуги между тропиками, представляет собой не что иное, как настенный квадрант – солнечные часы повернутые набок. Такой прибор можно изготовить из деревянного или каменного блока, если одну из его граней отшлифовать до совершенно ровной поверхности. На этой поверхности нужно нарисовать четверть круга и закрепить в его центре иглу или маленький перпендикулярный цилиндрик. Линию окружности следует разделить на 90 частей, или градусов, а каждый градус – еще на 30 меньших делений. Затем блок нужно повернуть таким образом, чтобы центральный столбик, теперь торчащий горизонтально, лежал на линии восток– запад, а квадрат – в плоскости меридиана. Затем с помощью отвеса и клиньев блок выравнивают с максимальной точностью. Если зафиксировать его в этом положении, то можно измерять высоту солнца в градусах и минутах, не беспокоясь о длине тени или высоте отбрасывающего тень столбика. Солнце само указывает свою высоту таким образом, что никакие дополнительные вычисления не требуются.
Этот инструмент столь же эффективен, сколь и оригинален. Оставив его на месте на год, несложно измерить величину дуги между двумя тропиками. Наблюдая склонение Солнца во время зимнего и летнего солнцестояния или, как говорит Птолемей, «когда Солнце находится на самих тропиках», он обнаружил, что дуга между двумя тропиками «была всегда больше чем 47 градусов 40 минут, но меньше чем 47 градусов 45 минут. С этим результатом получаем почти то же отношение, которое получил Эратосфен и которым пользовался Гиппарх. Ибо дуга между тропиками оказывается очень близка к 11/83 меридиана».
Птолемей указывает, что широту любого места, где наблюдения проводятся с помощью такого прибора, определить очень легко. Ибо отношение 11/83 остается постоянным, даже если углы двух крайних положений изменяются с широтой наблюдателя. Широта места наблюдений будет соответствовать центральной точке между двумя измеренными крайними положениями – экваториальной точке; иными словами, это дуга между центральной точкой и зенитом.
Птолемей обращал внимание на тот факт, что определение расстояний между точками на Земле путем наблюдения звезд не всегда надежно – не важно, какие при этом используются инструменты. Дело в том, что по земной поверхности практически невозможно путешествовать по прямой. На суше то и дело приходится отклоняться от прямого пути, чтобы обогнуть неизбежные препятствия; а на море, где ветра переменчивы, скорость судна сильно меняется, и это очень затрудняет оценку расстояний по воде с какой бы то ни было степенью точности. Тем не менее он делает вывод, что наиболее достоверный способ определения расстояний – астрономические наблюдения; ни один другой метод не дает возможности точно определить положение точки на поверхности Земли. Традиционная информация о расстояниях должна играть подчиненную роль, особенно это касается примитивной информации – традиции время от времени меняются, и если такую информацию вообще стоит учитывать при составлении карт, то, по крайней мере, целесообразно сравнивать давние записи с новыми, «решая, что вероятно, а что невероятно». В большинстве случаев споры о расстояниях и направлениях возникали по поводу того, кто это сказал и в какой связи. Относится ли та или иная запись к истории или к мифологии? Рассказ о путешествии должен звучать разумно и достоверно и не должен содержать никакого мифологического оттенка, чтобы его можно было внести в записи и принять в качестве более или менее достоверной информации. Сказать, что некое место находится «в стороне летнего восхода» или «в направлении Африки», недостаточно, но только такую информацию обычно и можно получить от неподготовленных людей.
Значительная часть книги Птолемея посвящена обстоятельной критике Марина из Тира, «последнего из географов нашего времени». Марин, расцвет деятельности которого пришелся примерно на 120 г. н. э., оказал значительное влияние на развитие искусства картографии, но, подобно Пифею из Массалии, сам он так и не появился на сцене. По всей видимости, он учился и проводил астрономические наблюдения в Тире, старейшем и крупнейшем городе Финикии, поддерживавшем даже в этот период активные торговые связи с отдаленными районами мира. Его трактат по географии с приложенными к нему картами следует считать одним из важнейших утерянных письменных документов древних – хотя бы потому, что именно на этом фундаменте Клавдий Птолемей построил свою работу.
Марин, если верить Птолемею, был многосторонним человеком; он открыл множество вещей, неизвестных прежде. Он прочел чуть ли не всех историков и исправил многие их ошибки (предположительно, это ошибки, имеющие отношение к географическому положению мест, которые упомянуты в рассказах о путешествиях). Более того, он постоянно редактировал и перерабатывал собственные географические карты; прежде чем они попали в руки Птолемея, успело выйти по крайней мере два «издания». Окончательные варианты были почти свободны от недостатков, а текст его, по оценке Птолемея, был настолько достоверен, что «создается впечатление, что можно полностью описать Землю, на которой мы обитаем, по одним только его комментариям, без всяких других исследований». Почти, но не совсем!
Птолемей в своей критике Марина проявил и терпимость, и мягкость; у каждого из них были свои представления о невероятном, и временами нелегко сделать выбор между двумя концепциями чепухи и достоверного факта. Однако последнее слово осталось за Птолемеем, и он вынужден, разбирая ошибки Марина, предлагать исправления «скорее соответствующие высокому уровню остальной работы и самого автора»; он лишь ненадолго останавливается на каждой из сделанных Марином ошибок. При этом Птолемей демонстрирует и собственную доверчивость.
С точки зрения Птолемея, самая важная черта карты Марина – рост обитаемого мира и изменившееся отношение к незаселенным его частям. Марин – хороший человек, но в своих научных исследованиях он позволил увести себя с пути истины. Мир, конечно, расширился, но не в такой степени, как показал Марин на своей карте. Да, у Марина есть ошибки – либо оттого, что он использовал «слишком много конфликтующих книг, которые все расходятся между собой», либо оттого, что он так и не завершил окончательный вариант своей карты. Как бы то ни было, его карта нуждается в исправлении.
Марин поместил северную оконечность обитаемого мира на параллели Туле, широту которой он определил в 63° выше экватора, если считать, что меридиан состоит из 360 градусов. Ширина его мира от экватора до параллели Туле при этом получилась 3150 миль (каждый градус равен 50 милям). Марин принял окружность Земли равной 18 000 миль (по Посидонию), и это не вызвало никаких комментариев со стороны Птолемея. Но вот на юге он зашел слишком далеко, поместив страну эфиопов, называемую Агисимба, и мыс Прасум на одной параллели значительно южнее линии зимнего солнцестояния (тропика Козерога). Ни то ни другое место не были сколько-нибудь хорошо известны, и у Птолемея было две причины сомневаться в том, что они находятся в 24° ниже экватора. Во-первых, Марин ничего не сказал о том, как выглядит небо к югу от экватора, хотя подробно описал звезды и их расположение в регионе между экватором и летним тропиком. Во-вторых, он привел множество расстояний с севера на юг, полученных от торговцев и моряков, но при этом и сам он, и Птолемей сомневались в точности этих величин, поскольку на море расстояние обычно измеряли исключительно в днях пути. И если учесть все необходимые поправки: время, которое судно провело в дрейфе или на якоре, характер погоды на разных этапах путешествия, силу и направление ветра и непредсказуемые течения, – то двадцатидевятидневное плавание могло означать почти любую величину в стадиях или в градусах и минутах дуги. Однако оба автора, похоже, с уважением прислушивались к мнению некоего моряка по имени Теофил, который оценил дневной путь корабля «при благоприятных обстоятельствах» в сотню миль. В целом Марин с недоверием относился к купеческому сословию, так как их интересуют обычно только торговые дела и они «из-за своей любви к хвастовству» склонны преувеличивать расстояния и другие вещи. Птолемей тоже сомневался в достоверности этого источника информации, но считал, что при отсутствии научных данных необходимо полагаться на рассказы путешественников и что в некоторых случаях их информация вполне надежна.
Если географу приходится полагаться на рассказы путешественников, ему следует быть очень осторожным и выбирать только самые достоверные источники, а Марин этого не сделал, особенно в отношении расстояний на юге. Так например, он использовал данные о военном походе Септима Флакка на земли эфиопов. Флакк за три месяца прошел маршем от Гараме до Агисимбы (где водятся носороги), и из его отчета о походе Марин сделал определенные выводы о расстояниях север—юг в Африке. Но, говорит Птолемей, «нелепо думать, что царь пойдет через подвластные ему места строго с севера на юг, если население там широко разбросано к востоку и западу, и нелепо также, что он ни разу не остановится, а это сразу изменит результат». В другом примере Марин говорит о морском путешествии некоего индийца по имени Диоген, чей корабль сильный северный ветер двадцать пять суток гнал на юг вдоль берега троглодитов (восточного побережья Африки). В конце концов он высадился на берег на мысе Раптум недалеко от болотистых истоков Нила. Что может рассказ о подобном плавании сообщить картографу? По мнению Птолемея, ничего. Дул ли ветер все это время совершенно одинаково, вставал ли корабль на якорь или пытался ли это сделать? Лежал ли его курс точно на юг или менялся с изменением ветра? Диоген ничего об этом не говорит. Если область зимнего тропика способна поддерживать жизнь и на этой широте действительно живут темнокожие эфиопы и носороги, то почему, рассуждает Птолемей, в Сиене и в других местах у летнего тропика нет ни носорогов, ни эфиопов, и почему там нет слонов? Поскольку вопрос был задан заочно, то ответа не последовало.
Небо, говорит Птолемей, представляет собой сферу и движется так, как подобает сфере. Земля – центр этого сферического неба, и от звезд ее отделяет огромное расстояние. Земля также имеет форму сферы и со своего места в центре Вселенной никуда не сдвигается. Что касается формы Земли, то нет смысла рассматривать математические или философские аспекты этой проблемы, поскольку имеется множество наглядных доказательств ее шарообразности. Очевидно, скажем, что Солнце, Луна и другие небесные тела не встают и не садятся в одно и то же время для всех наблюдателей на Земле; напротив, они встают раньше для тех, кто живет восточнее, и позже для западных регионов. Известно также, что лунные затмения отмечаются в разное время суток относительно местного полудня: на востоке они наблюдаются позже, чем на западе. Так вот, если бы Земля была плоской и имела форму треугольника или прямоугольника, восходы и заходы небесных тел наблюдались бы одновременно во всех ее частях. Есть и другое доказательство. Чем дальше к Северному полюсу, тем больше звезд южного неба скрывается, в то время как из-под северного горизонта появляются новые звезды. И еще, если плыть в сторону горы – при этом не важно, с какого направления мы будем к ней приближаться, – то она постепенно поднимается из моря, становится все больше и больше, пока не встанет перед нами целиком. И наоборот, если плыть от горы прочь, то процесс идет в обратном порядке, и через некоторое время гора целиком исчезает за горизонтом. Это значит, что поверхность океана должна быть изогнутой. Птолемей упрямо отвергает предположение некоторых ученых о том, что Земля вращается вокруг своей оси. Он признает, что это удобное объяснение поведения небес, но тем не менее считает такое предположение нелепым.
После публикации «Альмагеста» части окружности перестали выражать в неудобных долях. В 9-й главе первой книги Птолемей объяснил, как образуется таблица хорд. Он начал с круга, окружность которого разделил на 360 градусов. Затем разделил каждую часть еще пополам. Он разделил диаметр круга на 120 равных частей, затем разделил каждую из 60 частей радиуса на 60 равных частей, а затем – еще раз каждую на 60 равных частей. В латинском переводе текста эти части стали называться partes minutae primae и partes minutae secundae, откуда и произошли современные угловые «минуты» и «секунды». Ни деление круга на 360 частей, ни теория хорд не были придуманы Птолемеем. Первое пришло, возможно, из древней Халдеи; таким делением круга пользовались, вероятно, многие предшественники Птолемея. Что касается таблицы хорд, то, как рассказал нам Феон Александрийский, ее изложил в двенадцати книгах Гиппарх, которого Птолемей называл «любителем труда и любителем истины», и в шести книгах – Менелай. Тем не менее Птолемей внес и собственный замечательный вклад, который заключается в нескольких простых теоремах, с помощью которых несложно найти величину любой хорды[20].
В третьей книге «Альмагеста» Птолемей описал, каким образом Гиппарх обнаружил предварение равноденствий. Он описал также наблюдения, с помощью которых Гиппарх подтвердил эксцентриситет солнечной орбиты. Птолемей завершил эту книгу ясным описанием обстоятельств, от которых зависит уравнение времени. Он изложил также принцип, согласно которому для наилучшего объяснения явлений любого рода следует принять простейшую из существующих гипотез, если, конечно, она ни в чем не противоречит результатам наблюдений. Иными словами, никогда не следует придумывать сложное объяснение, если можно ограничиться простым. Этот принцип, открыто объявленный Птолемеем, представлял собой часть кредо, провозглашенного еще Гиппархом; спустя столетия он стал главным законом «первой философии» (philosophia prima) французского философа Огюста Конта. Еще один принцип, детально изложенный Птолемеем и принятый ныне повсеместно во всех науках, состоит в следующем: проводя наблюдения, где требуется огромная осторожность и точность, мы должны брать в качестве результата данные, полученные на протяжении значительного промежутка времени, чтобы уменьшить ошибки (известные как человеческий фактор), неизбежные при любых наблюдениях, даже тех, что проводятся с величайшей тщательностью. Другими словами, многократно повторяйте любые наблюдения; если необходимо, делайте это на протяжении многих лет.
Обоим авторам – и Страбону, и Птолемею – принадлежат обширные труды, которые называют географическими, но их подход к предмету совершенно различен. Страбона интересует местоположение конкретных пунктов и составление точной карты мира, по крайней мере той его части, которая пригодна для жизни. Еще больше его занимает человек в своих отношениях со средой: его история, обычаи, растения и животные, которых он выращивает, и физические особенности характерные для разных регионов мира. Птолемей же подходит к географии строго научно и отстраненно. Его интересует в первую очередь Земля – вся Земля, а не только пригодная для жизни ее часть; он пытался выяснить, какое место Земля занимает во Вселенной. Его интересовали отношения между Землей и Солнцем, Землей и Луной, научная причина и характер изменения климата. Но превыше всего его интересовало по-научному точное изображение сферической Земли в удобочитаемой форме. Другими словами, его интересовала карта мира. Клавдию Птолемею, больше чем кому бы то ни было из древних, удалось определить элементы и формы научной картографии. С публикацией его «Географии» картография – такая, какой мы ее знаем, – отделилась от географии – такой, как мы ее понимаем.
На самом деле «География» – скорее атлас мира с длинным текстовым введением в предмет картографии, нежели трактат по географии. Здесь впервые были сформулированы обязанности составителя карт, его ограничения и природа материалов, с которыми ему приходится работать. Методы картирования мира, обрисованные Клавдием Птолемеем, представляют собой фундаментальные принципы современной геодезии.
Птолемей открывает свой вводный трактат двумя ценными определениями, во многом определившими курс развития картографии, а именно определениями хорографии и географии. Первое определение, как ни странно, за почти две тысячи лет не слишком изменилось и в существе своем осталось таким же, как его сформулировал Птолемей, зато второе вызывало и вызывает немало проблем. География – предмет ее рассмотрения и пределы компетенции – и сегодня определена не лучше, чем во времена Страбона; даже этот достойный автор в давние времена не сумел решить для себя, какие именно боковые ветви следует включить в состав географии, а какие сложные вопросы передать в руки «геометров», астрономов и физиков. Одно из недавних определений называет географию «множеством специализаций, лишенных всякого логического единства».
Птолемей определяет географию как «представление в виде рисунка всего известного мира вместе с явлениями, в нем содержащимися». Хорография, говорит он, отличается от географии тем, что она региональна и избирательна и «имеет дело даже с самыми мелкими мыслимыми участками земли, такими как гавани, фермы, деревни, речные русла и тому подобное».
Функция хорографии, говорит Птолемей, – иметь дело с маленькой частичкой целого мира, рассматривая ее при этом отдельно от всего остального и очень подробно. Соответственно рассмотрение таких отдельных единиц в мельчайших подробностях не выходит за рамки хорографии и не умаляет ее достоинства; напротив, чем больше подробностей и деталей, тем лучше, вплоть до улиц и общественных зданий. «Ее забота – добиться в изображении подлинного сходства, а не просто указать точное положение и размер». По Птолемею, хорография не нуждается в математике; по крайней мере, ей, в отличие от географии, не нужна сферическая тригонометрия, зато нужен художник, «и никто не в силах создать правильное изображение, не умея рисовать». Современные картографы, обратите внимание!
Далее Птолемей развивает свое определение географии, и становится ясно, что основной функцией этой науки он считает изготовление карт, что для него география – синоним картографии. «Прерогатива географии, – говорит он, – показывать известную пригодную для жизни землю как единое целое, как она расположена и какова ее природа; и она имеет дело с теми чертами земли, которые, скорее всего, были бы упомянуты в общем ее описании, такими как наиболее крупные города, горные хребты и основные реки». Географу не следует отступать от этих фундаментальных вещей, разве что ради «черт достойных особого упоминания по причине их красоты». Введя таким образом весьма растяжимую «поправку» в достаточно жесткий в остальном географический кодекс, Птолемей продолжает в подробностях рассказывать о задаче картографа, который должен исследовать и изображать мир в целом «в его верных пропорциях» – то есть в масштабе. Он сравнивает эту задачу с задачей художника, который должен в первую очередь обрисовать контуры фигуры в верных пропорциях, а уже потом прорисовывать мелкие детали черт и форм. Далее, однако, он говорит, что картография, в самом широком смысле, не нуждается в художнике. Предметом заботы картографии является соотношение расстояния и направления, и любые важные черты земной поверхности можно изобразить на карте простыми линиями и условными знаками; этого вполне достаточно, чтобы указать общий характер и местоположение объекта. Именно поэтому в картографии так важна математика.
В картографии, говорит Птолемей, обязательно нужно рассматривать форму и размеры Земли в целом. Чрезвычайную важность имеет и ее положение под небесами, ибо для того, чтобы описать любую конкретную часть мира, необходимо знать, под какой параллелью звездной сферы эта часть находится. В противном случае как определить продолжительность дней и ночей в этой местности, как узнать, какие звезды там всегда находятся над головой, какие каждую ночь поднимаются из-за горизонта, а какие вообще не показываются? Все подобные данные следует считать важными для изучения и картирования мира. И, добавляет он, «великим и совершенным достижением математики является то, что она показала человеческому разуму все эти вещи». С помощью астрономии и математики, делает Птолемей окончательный вывод, Землю можно нанести на карту с той же точностью, с какой уже картированы небеса.
Подобно своим предшественникам, Птолемей тоже намеревался ограничиться в своих описаниях «нашей обитаемой землей»; чтобы полученное описание как можно полнее ей соответствовало, он готов был пользоваться всеми возможными источниками информации. Первым и главным, как обычно, являлась огромная масса информации, полученной из рассказов путешественников и исследователей. Конечно, если бы подобные люди были более внимательными и проводили необходимые наблюдения, а также делали подробные записи, то задача по-научному точного описания самых удаленных окраин обитаемого мира оказалась бы сравнительно несложной; увы, однако, путешественники и исследователи никогда этого не делают. Птолемей жалуется, что из всех мужей, кто заинтересован в этом и обладает нужной квалификацией, один только астроном Гиппарх записал высоту Полярной звезды над горизонтом в разных местах, и даже он измерил эту величину в очень немногих местах по сравнению с множеством мест, известных географам; что же до пунктов, расположенных на одном меридиане, то таких мест известно чрезвычайно мало. Расстояния с запада на восток указывали почти исключительно на основании традиции – и не потому, что они никого не интересовали, а потому, что наблюдателю не хватало необходимых технических знаний. Иногда лунные затмения наблюдались одновременно в двух разных местах – как, например, затмение, которое наблюдали в Арбелле в пятом часу, а в Карфагене во втором, – но их было недостаточно, чтобы дать существенную информацию о долготе разных мест.
К источникам, про которые при картировании обитаемой земли не следует забывать, Птолемей отнес и звездные карты, подобные тем, что составлял теоретически для разных широт Гиппарх. Необходимо тщательно рассмотреть и обдумать все надежные таблицы расстояний между хорошо известными местами, особенно если расстояния измерялись с помощью землемерных инструментов, астрономических инструментов или тех и других одновременно. Кроме того, если расстояния между пунктами очень важны, то не менее важно знать, в каком направлении лежат эти пункты по отношению друг к другу. Поэтому везде, где возможно, следует проверять расстояния и направления с помощью «метеорологических инструментов», под которыми Птолемей, по-видимому, понимал гномон и астролябию. При надлежащем использовании с помощью подобных инструментов можно определить географическое положение объекта и даже, теоретически, пройденное расстояние.
Птолемей подробно описывает, как изготовить те два инструмента, которые он сам использовал для измерения углов, в частности дуги между тропиком и эклиптикой. Первый из этих инструментов представлял собой медную астролябию, размеченную по внешнему кругу на 360 делений; каждое из делений, в свою очередь, было разделено на столько частей, на сколько хватило места. Вместо того чтобы использовать для прицеливания маленькие отверстия (диоптры), Птолемей закрепил на каждом конце подвижного визира призму и точный указатель для отметки градусов и минут дуги. Инструмент этот закреплялся на пьедестале, «небольшой колонне, удобной в нескольких отношениях». При подготовке к наблюдениям прибор тщательно настраивали, так чтобы плоскость круга была перпендикулярна горизонту; из высшей точки прибора опускали отвес, чтобы надлежащие отметки внешнего круга точно указывали в зенит и на горизонт. «И после такого размещения мы обычно наблюдали продвижение Солнца на юг и на север, двигая в середине дня внутренний круг до того момента, пока нижняя призма не окажется полностью закрыта тенью верхней призмы. И когда это сделано, концы игл указывают нам каждый раз, на сколько делений от зенита отстоит центр Солнца, когда оно стоит на линии меридиана».
Второй прибор, который Птолемей рекомендует для измерения дуги между тропиками, представляет собой не что иное, как настенный квадрант – солнечные часы повернутые набок. Такой прибор можно изготовить из деревянного или каменного блока, если одну из его граней отшлифовать до совершенно ровной поверхности. На этой поверхности нужно нарисовать четверть круга и закрепить в его центре иглу или маленький перпендикулярный цилиндрик. Линию окружности следует разделить на 90 частей, или градусов, а каждый градус – еще на 30 меньших делений. Затем блок нужно повернуть таким образом, чтобы центральный столбик, теперь торчащий горизонтально, лежал на линии восток– запад, а квадрат – в плоскости меридиана. Затем с помощью отвеса и клиньев блок выравнивают с максимальной точностью. Если зафиксировать его в этом положении, то можно измерять высоту солнца в градусах и минутах, не беспокоясь о длине тени или высоте отбрасывающего тень столбика. Солнце само указывает свою высоту таким образом, что никакие дополнительные вычисления не требуются.
Этот инструмент столь же эффективен, сколь и оригинален. Оставив его на месте на год, несложно измерить величину дуги между двумя тропиками. Наблюдая склонение Солнца во время зимнего и летнего солнцестояния или, как говорит Птолемей, «когда Солнце находится на самих тропиках», он обнаружил, что дуга между двумя тропиками «была всегда больше чем 47 градусов 40 минут, но меньше чем 47 градусов 45 минут. С этим результатом получаем почти то же отношение, которое получил Эратосфен и которым пользовался Гиппарх. Ибо дуга между тропиками оказывается очень близка к 11/83 меридиана».
Птолемей указывает, что широту любого места, где наблюдения проводятся с помощью такого прибора, определить очень легко. Ибо отношение 11/83 остается постоянным, даже если углы двух крайних положений изменяются с широтой наблюдателя. Широта места наблюдений будет соответствовать центральной точке между двумя измеренными крайними положениями – экваториальной точке; иными словами, это дуга между центральной точкой и зенитом.
Птолемей обращал внимание на тот факт, что определение расстояний между точками на Земле путем наблюдения звезд не всегда надежно – не важно, какие при этом используются инструменты. Дело в том, что по земной поверхности практически невозможно путешествовать по прямой. На суше то и дело приходится отклоняться от прямого пути, чтобы обогнуть неизбежные препятствия; а на море, где ветра переменчивы, скорость судна сильно меняется, и это очень затрудняет оценку расстояний по воде с какой бы то ни было степенью точности. Тем не менее он делает вывод, что наиболее достоверный способ определения расстояний – астрономические наблюдения; ни один другой метод не дает возможности точно определить положение точки на поверхности Земли. Традиционная информация о расстояниях должна играть подчиненную роль, особенно это касается примитивной информации – традиции время от времени меняются, и если такую информацию вообще стоит учитывать при составлении карт, то, по крайней мере, целесообразно сравнивать давние записи с новыми, «решая, что вероятно, а что невероятно». В большинстве случаев споры о расстояниях и направлениях возникали по поводу того, кто это сказал и в какой связи. Относится ли та или иная запись к истории или к мифологии? Рассказ о путешествии должен звучать разумно и достоверно и не должен содержать никакого мифологического оттенка, чтобы его можно было внести в записи и принять в качестве более или менее достоверной информации. Сказать, что некое место находится «в стороне летнего восхода» или «в направлении Африки», недостаточно, но только такую информацию обычно и можно получить от неподготовленных людей.
Значительная часть книги Птолемея посвящена обстоятельной критике Марина из Тира, «последнего из географов нашего времени». Марин, расцвет деятельности которого пришелся примерно на 120 г. н. э., оказал значительное влияние на развитие искусства картографии, но, подобно Пифею из Массалии, сам он так и не появился на сцене. По всей видимости, он учился и проводил астрономические наблюдения в Тире, старейшем и крупнейшем городе Финикии, поддерживавшем даже в этот период активные торговые связи с отдаленными районами мира. Его трактат по географии с приложенными к нему картами следует считать одним из важнейших утерянных письменных документов древних – хотя бы потому, что именно на этом фундаменте Клавдий Птолемей построил свою работу.
Марин, если верить Птолемею, был многосторонним человеком; он открыл множество вещей, неизвестных прежде. Он прочел чуть ли не всех историков и исправил многие их ошибки (предположительно, это ошибки, имеющие отношение к географическому положению мест, которые упомянуты в рассказах о путешествиях). Более того, он постоянно редактировал и перерабатывал собственные географические карты; прежде чем они попали в руки Птолемея, успело выйти по крайней мере два «издания». Окончательные варианты были почти свободны от недостатков, а текст его, по оценке Птолемея, был настолько достоверен, что «создается впечатление, что можно полностью описать Землю, на которой мы обитаем, по одним только его комментариям, без всяких других исследований». Почти, но не совсем!
Птолемей в своей критике Марина проявил и терпимость, и мягкость; у каждого из них были свои представления о невероятном, и временами нелегко сделать выбор между двумя концепциями чепухи и достоверного факта. Однако последнее слово осталось за Птолемеем, и он вынужден, разбирая ошибки Марина, предлагать исправления «скорее соответствующие высокому уровню остальной работы и самого автора»; он лишь ненадолго останавливается на каждой из сделанных Марином ошибок. При этом Птолемей демонстрирует и собственную доверчивость.
С точки зрения Птолемея, самая важная черта карты Марина – рост обитаемого мира и изменившееся отношение к незаселенным его частям. Марин – хороший человек, но в своих научных исследованиях он позволил увести себя с пути истины. Мир, конечно, расширился, но не в такой степени, как показал Марин на своей карте. Да, у Марина есть ошибки – либо оттого, что он использовал «слишком много конфликтующих книг, которые все расходятся между собой», либо оттого, что он так и не завершил окончательный вариант своей карты. Как бы то ни было, его карта нуждается в исправлении.
Марин поместил северную оконечность обитаемого мира на параллели Туле, широту которой он определил в 63° выше экватора, если считать, что меридиан состоит из 360 градусов. Ширина его мира от экватора до параллели Туле при этом получилась 3150 миль (каждый градус равен 50 милям). Марин принял окружность Земли равной 18 000 миль (по Посидонию), и это не вызвало никаких комментариев со стороны Птолемея. Но вот на юге он зашел слишком далеко, поместив страну эфиопов, называемую Агисимба, и мыс Прасум на одной параллели значительно южнее линии зимнего солнцестояния (тропика Козерога). Ни то ни другое место не были сколько-нибудь хорошо известны, и у Птолемея было две причины сомневаться в том, что они находятся в 24° ниже экватора. Во-первых, Марин ничего не сказал о том, как выглядит небо к югу от экватора, хотя подробно описал звезды и их расположение в регионе между экватором и летним тропиком. Во-вторых, он привел множество расстояний с севера на юг, полученных от торговцев и моряков, но при этом и сам он, и Птолемей сомневались в точности этих величин, поскольку на море расстояние обычно измеряли исключительно в днях пути. И если учесть все необходимые поправки: время, которое судно провело в дрейфе или на якоре, характер погоды на разных этапах путешествия, силу и направление ветра и непредсказуемые течения, – то двадцатидевятидневное плавание могло означать почти любую величину в стадиях или в градусах и минутах дуги. Однако оба автора, похоже, с уважением прислушивались к мнению некоего моряка по имени Теофил, который оценил дневной путь корабля «при благоприятных обстоятельствах» в сотню миль. В целом Марин с недоверием относился к купеческому сословию, так как их интересуют обычно только торговые дела и они «из-за своей любви к хвастовству» склонны преувеличивать расстояния и другие вещи. Птолемей тоже сомневался в достоверности этого источника информации, но считал, что при отсутствии научных данных необходимо полагаться на рассказы путешественников и что в некоторых случаях их информация вполне надежна.
Если географу приходится полагаться на рассказы путешественников, ему следует быть очень осторожным и выбирать только самые достоверные источники, а Марин этого не сделал, особенно в отношении расстояний на юге. Так например, он использовал данные о военном походе Септима Флакка на земли эфиопов. Флакк за три месяца прошел маршем от Гараме до Агисимбы (где водятся носороги), и из его отчета о походе Марин сделал определенные выводы о расстояниях север—юг в Африке. Но, говорит Птолемей, «нелепо думать, что царь пойдет через подвластные ему места строго с севера на юг, если население там широко разбросано к востоку и западу, и нелепо также, что он ни разу не остановится, а это сразу изменит результат». В другом примере Марин говорит о морском путешествии некоего индийца по имени Диоген, чей корабль сильный северный ветер двадцать пять суток гнал на юг вдоль берега троглодитов (восточного побережья Африки). В конце концов он высадился на берег на мысе Раптум недалеко от болотистых истоков Нила. Что может рассказ о подобном плавании сообщить картографу? По мнению Птолемея, ничего. Дул ли ветер все это время совершенно одинаково, вставал ли корабль на якорь или пытался ли это сделать? Лежал ли его курс точно на юг или менялся с изменением ветра? Диоген ничего об этом не говорит. Если область зимнего тропика способна поддерживать жизнь и на этой широте действительно живут темнокожие эфиопы и носороги, то почему, рассуждает Птолемей, в Сиене и в других местах у летнего тропика нет ни носорогов, ни эфиопов, и почему там нет слонов? Поскольку вопрос был задан заочно, то ответа не последовало.