Astrolábio

Um astrolábio (grego: ἀστρολάβος astrolábos, 'capturador de estrelas'; Árabe: ٱلأَسْطُرلاب al-Asṭurlāb; Persa: ستارهیاب Setāreyāb) é um instrumento astronômico que data da antiguidade.. Serve como mapa estelar e modelo físico de corpos celestes visíveis. Suas diversas funções também o tornam um elaborado inclinômetro e um dispositivo de cálculo analógico capaz de resolver diversos tipos de problemas em astronomia. Na sua forma mais simples, é um disco de metal com um padrão de fios, recortes e perfurações que permite ao usuário calcular posições astronômicas com precisão. Historicamente utilizado por astrônomos, é capaz de medir a altitude acima do horizonte de um corpo celeste, de dia ou de noite; pode ser usado para identificar estrelas ou planetas, para determinar a latitude local dada a hora local (e vice-versa), para fazer levantamentos ou para triangular. Foi usado na Antiguidade Clássica, na Idade de Ouro Islâmica, na Idade Média Europeia e na Era dos Descobrimentos para todos esses propósitos.

O astrolábio é eficaz para determinar a latitude em terra ou em mar calmo. Embora seja menos confiável no convés agitado de um navio em mar agitado, o astrolábio do marinheiro foi desenvolvido para resolver esse problema.

Aplicativos

Um astrônomo do século X deduziu que havia cerca de 1.000 aplicações para as diversas funções do astrolábio, e estas variavam desde as astrológicas, astronômicas e religiosas, até a cronometragem sazonal e diária e tabelas de marés. Na época de seu uso, a astrologia era amplamente considerada uma ciência tão séria quanto a astronomia, e o estudo das duas andava de mãos dadas. O interesse astronômico variava entre a astronomia popular (da tradição pré-islâmica na Arábia), que se preocupava com observações celestes e sazonais, e a astronomia matemática, que informaria práticas intelectuais e cálculos precisos baseados em observações astronômicas. No que diz respeito à função religiosa do astrolábio, as exigências dos tempos de oração islâmicos deveriam ser determinadas astronomicamente para garantir horários diários precisos, e a qibla, a direção de Meca em direção à qual os muçulmanos devem orar, também poderia ser determinada por este dispositivo.. Além disso, o calendário lunar que foi informado pelos cálculos do astrolábio foi de grande importância para a religião do Islã, visto que determina as datas de importantes observâncias religiosas como o Ramadã.

Etimologia

O Oxford English Dictionary fornece a tradução "star-taker" para a palavra inglesa astrolábio e a rastreia através do latim medieval até a palavra grega ἀστρολάβος: astrolábos, de ἄστρον: astron &# 34;estrela" e λαμβάνειν: lambanein "para levar".

No mundo islâmico medieval, a palavra árabe al-Asturlāb (isto é, astrolábio) foi dada várias etimologias. Em textos árabes, a palavra é traduzida como ākhidhu al-Nujūm (árabe: آخِذُ ٱلنُّجُومْ, lit. 'star-taker'), uma tradução direta da palavra grega.

Al-Biruni cita e critica o cientista medieval Hamza al-Isfahani que afirmou: "asturlab é uma arabização desta frase persa" (sitara yab, que significa 'captador das estrelas'). Nas fontes islâmicas medievais, há também uma etimologia popular da palavra como "linhas de laboratório", onde "Lab" refere-se a um certo filho de Idris (Enoch). Esta etimologia é mencionada por um cientista do século X chamado al-Qummi, mas rejeitada por al-Khwarizmi.

Histórico

Mundo antigo

Um astrolábio antigo foi inventado na civilização helenística por Apolônio de Perga entre 220 e 150 AC, muitas vezes atribuído a Hiparco. O astrolábio era um casamento entre o planisfério e a dioptra, na verdade uma calculadora analógica capaz de resolver vários tipos diferentes de problemas em astronomia. A representação mais antiga conhecida de um astrolábio é um mosaico na Casa di Leada em Soluntum, na Sicília, que pode ter sido importado de Alexandria, no Egito.

Téon de Alexandria (c. 335 – c.  405) escreveu um tratado detalhado sobre o astrolábio, e Lewis argumenta que Ptolomeu usou um astrolábio para fazer as observações astronômicas registradas no Tetrabiblos. A invenção do astrolábio plano às vezes é erroneamente atribuída à filha de Theon, Hipátia (c. 350–370< /span>; morreu em 415 DC), mas sabe-se, na verdade, que já estava em uso pelo menos 500 anos antes do nascimento de Hipácia. A atribuição incorreta vem de uma interpretação incorreta de uma declaração em uma carta escrita pelo aluno de Hipácia, Sinésio (c. 373 – c. 414), que menciona que Hypatia o ensinou como construir um astrolábio plano, mas não afirma nada sobre ela mesma tê-lo inventado.

Os astrolábios continuaram em uso no mundo de língua grega durante todo o período bizantino. Por volta de 550 DC, o filósofo cristão John Philoponus escreveu um tratado sobre o astrolábio em grego, que é o mais antigo tratado existente sobre o instrumento. O bispo mesopotâmico Severus Sebokht também escreveu um tratado sobre o astrolábio na língua siríaca em meados do século VII. Sebokht refere-se ao astrolábio como sendo feito de latão na introdução de seu tratado, indicando que os astrolábios de metal eram conhecidos no Oriente cristão muito antes de serem desenvolvidos no mundo islâmico ou no Ocidente latino.

Os primeiros tratados da Renascença que tratavam de problemas científicos baseavam-se em obras clássicas anteriores e frequentemente tratavam das doutrinas ptolomaicas.

Era medieval

Os astrolábios foram desenvolvidos no mundo islâmico medieval, onde os astrônomos muçulmanos introduziram escalas angulares no design, adicionando círculos indicando azimutes no horizonte. Foi amplamente utilizado em todo o mundo muçulmano, principalmente como auxílio à navegação e como forma de encontrar a Qibla, a direção de Meca. O matemático do século VIII, Muhammad al-Fazari, é a primeira pessoa a quem se atribui a construção do astrolábio no mundo islâmico.

A base matemática foi estabelecida pelo astrônomo muçulmano Albatenius em seu tratado Kitab az-Zij (c. 920 DC), que foi traduzido para o latim por Platão Tiburtinus (De Motu Stellarum). O astrolábio mais antigo sobrevivente é datado de 315 AH (927–928 DC). No mundo islâmico, os astrolábios eram usados para encontrar os horários do nascer do sol e do nascer das estrelas fixas, para ajudar a programar as orações matinais (salat). No século 10, al-Sufi descreveu pela primeira vez mais de 1.000 usos diferentes de um astrolábio, em áreas tão diversas como astronomia, astrologia, navegação, topografia, cronometragem, oração, Salat, Qibla, etc.

O astrolábio esférico foi uma variação do astrolábio e da esfera armilar, inventado durante a Idade Média por astrônomos e inventores do mundo islâmico. A descrição mais antiga do astrolábio esférico data de Al-Nayrizi (fl. 892–902). No século XII, Sharaf al-Dīn al-Tūsī inventou o astrolábio linear, às vezes chamado de “bastão de al-Tusi”, que era “uma simples haste de madeira”. com marcações graduadas, mas sem mira. Era dotado de fio de prumo e corda dupla para a realização de medidas angulares e trazia ponteiro perfurado". O astrolábio mecânico com engrenagens foi inventado por Abi Bakr de Isfahan em 1235.

O primeiro astrolábio de metal conhecido na Europa Ocidental é o astrolábio Destombes feito de latão no século XI em Portugal. Os astrolábios de metal evitavam o empenamento que os grandes astrolábios de madeira apresentavam, permitindo a construção de instrumentos maiores e, portanto, mais precisos. Os astrolábios de metal eram mais pesados que os instrumentos de madeira do mesmo tamanho, dificultando seu uso na navegação.

Herman Contractus da Abadia de Reichenau, examinou o uso do astrolábio na Mensura Astrolai durante o século XI. Pedro de Maricourt escreveu um tratado sobre a construção e uso de um astrolábio universal na última metade do século XIII, intitulado Nova compositio astrolabii particularis. Astrolábios universais podem ser encontrados no Museu de História da Ciência em Oxford. David A. King, historiador da instrumentação islâmica, descreve o astrolóbulo universal projetado por Ibn al-Sarraj de Aleppo (também conhecido como Ahmad bin Abi Bakr; fl. 1328) como “o instrumento astronômico mais sofisticado de todos os períodos medieval e renascentista”. #34;.

O autor inglês Geoffrey Chaucer (c. 1343–1400) compilou Um Tratado sobre o Astrolábio para seu filho, baseado principalmente em uma obra de Messahalla ou Ibn al-Saffar. A mesma fonte foi traduzida pelo astrônomo e astrólogo francês Pélerin de Prusse e outros. O primeiro livro impresso sobre o astrolábio foi Composição e Uso do Astrolábio, de Christian de Prachatice, também usando Messahalla, mas relativamente original.

Em 1370, o primeiro tratado indiano sobre o astrolábio foi escrito pelo astrônomo jainista Mahendra Suri, intitulado Yantrarāja.

Um astrolábio simplificado, conhecido como balesilha, era usado pelos marinheiros para obter uma leitura precisa da latitude enquanto estavam no mar. O uso da balesilha foi promovido pelo Infante D. Henrique (1394–1460) durante a navegação para Portugal.

É quase certo que o astrolábio foi trazido pela primeira vez para o norte dos Pirenéus por Gerberto de Aurillac (futuro Papa Silvestre II), onde foi integrado ao quadrivium da escola de Reims, França, em algum momento antes da virada do século XI. No século XV, o fabricante de instrumentos francês Jean Fusoris (c. 1365–1436) também começou a refazer e a vender astrolábios na sua loja em Paris, juntamente com relógios de sol portáteis e outros dispositivos científicos populares da época.

Treze de seus astrolábios sobrevivem até hoje. Mais um exemplo especial de artesanato na Europa do início do século XV é o astrolábio desenhado por Antonius de Pacento e feito por Dominicus de Lanzano, datado de 1420.

No século XVI, Johannes Stöffler publicou Elucidatio fabricae ususque astrolabii, um manual de construção e uso do astrolábio. Quatro astrolábios idênticos do século XVI feitos por Georg Hartmann fornecem algumas das primeiras evidências da produção em lote por divisão de trabalho. Em 1612, o pintor grego Ieremias Palladas incorporou um sofisticado astrolábio em sua pintura representando Catarina de Alexandria. A pintura chamava-se Catarina de Alexandria e apresentava um dispositivo chamado Sistema do Universo (Σύστημα τοῦ Παντός). O aparelho apresentava os planetas com os nomes em grego: Selene (lua), Hermes (Mercúrio), Afrodite (Vênus), Hélios (Sol), Ares (Marte), Zeus (Júpiter) e Cronos (Saturno). O dispositivo também apresentava esferas celestes seguindo o modelo ptolomaico e a Terra era representada como uma esfera azul com círculos de coordenadas geográficas. Uma linha complexa representando o eixo da Terra cobria todo o instrumento.

Astrolábios e relógios

Os relógios astronômicos mecânicos foram inicialmente influenciados pelo astrolábio; eles poderiam ser vistos de muitas maneiras como astrolábios mecânicos projetados para produzir uma exibição contínua da posição atual do sol, das estrelas e dos planetas. Por exemplo, o relógio de Richard de Wallingford (c. 1330) consistia essencialmente em um mapa estelar girando atrás de uma rete fixa, semelhante à de um astrolábio.

Muitos relógios astronômicos usam uma exibição no estilo astrolábio, como o famoso relógio de Praga, adotando uma projeção estereográfica (veja abaixo) do plano da eclíptica. Nos últimos tempos, os relógios astrolábios tornaram-se populares. Por exemplo, o relojoeiro suíço Dr. Ludwig Oechslin projetou e construiu um relógio de pulso com astrolábio em conjunto com Ulysse Nardin em 1985. O relojoeiro holandês Christaan van der Klauuw também fabrica relógios com astrolábio hoje.

Construção

Um astrolábio consiste em um disco, chamado mater (mãe), que é profundo o suficiente para conter uma ou mais placas planas chamadas tímpanos, ou climas . Um tímpano é feito para uma latitude específica e é gravado com uma projeção estereográfica de círculos que indicam azimute e altitude e representam a porção da esfera celeste acima do horizonte local. A borda da matéria é normalmente graduada em horas, graus de arco ou ambos.

Acima da matéria e do tímpano, a rete, uma estrutura que contém uma projeção do plano da eclíptica e vários ponteiros que indicam as posições das estrelas mais brilhantes, pode girar livremente. Essas dicas geralmente são apenas pontos simples, mas dependendo da habilidade do artesão podem ser muito elaboradas e artísticas. Há exemplos de astrolábios com ponteiros artísticos em formato de bolas, estrelas, cobras, mãos, cachorros. cabeças e folhas, entre outros. Os nomes das estrelas indicadas eram frequentemente gravados nos ponteiros em árabe ou latim. Alguns astrolábios têm uma regra ou rótulo estreito que gira sobre a rede e pode ser marcado com uma escala de declinações.

A rete, representando o céu, funciona como um mapa estelar. Quando girado, as estrelas e a eclíptica se movem sobre a projeção das coordenadas no tímpano. Uma rotação completa corresponde à passagem de um dia. O astrolábio é, portanto, um antecessor do planisfério moderno.

Na parte de trás da matéria, muitas vezes há uma série de escalas gravadas que são úteis nas diversas aplicações do astrolábio. Eles variam de designer para designer, mas podem incluir curvas para conversões de tempo, um calendário para converter o dia do mês na posição do Sol na eclíptica, escalas trigonométricas e graduação de 360 graus ao redor da borda posterior. A alidade é fixada na face posterior. Uma alidade pode ser vista na ilustração inferior direita do astrolábio persa acima. Quando o astrolábio é segurado verticalmente, a alidade pode ser girada e o sol ou uma estrela avistada ao longo de seu comprimento, de modo que sua altitude em graus possa ser lida ("tomada") a partir da borda graduada do astrolábio; daí as raízes gregas da palavra: "astron" (ἄστρον) = estrela + "lab-" (λαβ-) = pegar.

Um quadrado de sombra também aparece na parte de trás de alguns astrolábios, desenvolvidos por astrólogos muçulmanos no século IX, enquanto os dispositivos da tradição da Grécia Antiga apresentavam apenas escalas de altitude na parte de trás dos dispositivos. Isso foi usado para converter o comprimento das sombras e a altitude do sol, cujos usos eram diversos, desde levantamentos até medições de alturas inacessíveis.

Os dispositivos geralmente eram assinados por seu fabricante com uma inscrição aparecendo na parte de trás do astrolábio e, se houvesse um patrono do objeto, seu nome apareceria inscrito na frente ou, em alguns casos, o nome do governante. também foi encontrado inscrito o sultão ou o professor do astrolabista neste local. A data de construção do astrolábio também foi frequentemente assinada, o que permitiu aos historiadores determinar que estes dispositivos são o segundo instrumento científico mais antigo do mundo. As inscrições nos astrolábios também permitiram aos historiadores concluir que os astrônomos tendiam a fazer seus próprios astrolábios, mas que muitos também eram feitos sob encomenda e mantidos em estoque para venda, sugerindo que havia algum mercado contemporâneo para os dispositivos.

Partes do astrolábio consistiam em um disco circular, um tubo de observação, uma alidade e braços que seguravam escalas graduadas. O disco circular é a parte principal do astrolábio. Foi usado principalmente para ver figuras no céu. O tubo de observação é colocado no topo do disco circular e era usado para observar estrelas ou planetas. A alidade tinha uma mira vertical e horizontal que traçava as localizações em um anel azimutal chamado almucantar (círculo de altitude-distância). Um braço denominado raio conecta-se do centro do astrolábio ao eixo óptico que é paralelo a outro braço também denominado raio. O outro raio contém graduações de medições de altitude e distância.

Base matemática

A construção e desenho dos astrolábios baseiam-se na aplicação da projeção estereográfica da esfera celeste. O ponto a partir do qual normalmente é feita a projeção é o Pólo Sul. O plano sobre o qual é feita a projeção é o do Equador.

Desenhar um tímpano através de projeção estereográfica

O tímpano captura os eixos de coordenadas celestes sobre os quais a rete irá girar. É o componente que permitirá a determinação precisa da posição de uma estrela em uma hora específica do dia e do ano.

Portanto, deverá projetar:

1. O zenith, que irá variar dependendo da latitude do usuário astrolabe.
2. A linha do horizonte e o almucantar ou círculos paralelos ao horizonte, que permitirá a determinação da altitude de um corpo celeste (do horizonte para o zenith).
3. O meridiano celeste (meridiano do norte do sul, passando pelo zênite) e meridianos secundários (círculos que cruzam o meridiano do sul do norte na zenite), que permitirá a medição do azimute para um corpo celestial.
4. Os três principais círculos de latitude (Capricorn, Equator e Cancer) para determinar os momentos exatos de solstícios e equinócios ao longo do ano.

Os trópicos e o equador definem o tímpano

No lado direito da imagem:

1. A esfera azul representa a esfera celestial.
2. A seta azul indica a direção do norte verdadeiro (a Estrela do Norte).
3. O ponto azul central representa a Terra (localização do observador).
4. O sul geográfico da esfera celestial atua como o pólo de projeção.
5. O plano equatorial serve como o plano de projeção.
6. Três círculos paralelos representam a projeção no céu dos principais círculos de latitude da Terra:
   • Em laranja, o Trópico de Câncer.
   • Em roxo, o equador.
   • Em verde, o Trópico de Capricórnio.

Ao projetar no plano equatorial, três círculos concêntricos correspondem aos três círculos de latitude da Terra (lado esquerdo da imagem). O maior deles, o Trópico de Capricórnio, define o tamanho do tímpano do astrolábio. O centro do tímpano (e o centro dos três círculos) é na verdade o eixo norte-sul em torno do qual a Terra gira e, portanto, o rete do astrolábio girará em torno deste ponto conforme as horas de o dia passa (devido ao movimento rotacional da Terra).

Os três círculos concêntricos no tímpano são úteis para determinar os momentos exatos dos solstícios e equinócios ao longo do ano: se alguém conhece a posição do sol na rete e sua posição coincide com o círculo externo do tímpano (Trópico de Capricórnio), significa o solstício de inverno (o sol estará no zênite para um observador no Trópico de Capricórnio, significando verão no hemisfério sul e inverno no hemisfério norte). Se, por outro lado, sua posição coincide com o círculo interno (Trópico de Câncer), indica o solstício de verão. Se a sua posição estiver no círculo médio (equador), corresponde a um dos dois equinócios.

O horizonte e a medição da altitude

No lado direito da primeira imagem:

1. A seta azul indica a direção do norte verdadeiro (a Estrela do Norte).
2. O ponto azul central representa a Terra (localização do observador).
3. A seta preta representa a direção zenith para o observador (que varia dependendo da latitude do observador).
4. O círculo negro representa o horizonte em torno do observador, que é perpendicular ao vetor zenith e define a porção da esfera celestial visível ao observador.
5. O sul geográfico da esfera celestial atua como o pólo de projeção.
6. O plano equatorial serve como o plano de projeção.

Ao projetar o horizonte no plano equatorial, ele se transforma em uma elipse deslocada para cima em relação ao eixo norte-sul (o centro do tímpano). Isto implica que uma porção da esfera celeste ficará fora do círculo externo do tímpano (o Trópico de Capricórnio) e, portanto, não será representada.

Além disso, ao desenhar círculos paralelos ao horizonte até o zênite (almucantar), uma grade de elipses consecutivas é construída, permitindo a determinação da altitude de uma estrela quando a rete sobrepõe-se ao tímpano desenhado (conforme observado na segunda imagem).

Os meridianos e a medição do azimute

No lado direito da imagem:

1. A seta azul indica a direção do norte verdadeiro (a Estrela do Norte).
2. O ponto azul central representa a Terra (localização do observador).
3. A seta preta representa a direção zenith para o observador (que varia dependendo da latitude do observador).
4. O círculo negro representa o horizonte em torno do observador, que é perpendicular ao vetor zenith e define a porção da esfera celestial visível ao observador.
5. Os pontos vermelhos representam o zenith e nadir (o ponto na esfera celestial em frente ao zenith em relação ao observador).
6. O círculo laranja representa o meridiano celeste (ou meridiano que vai, para o observador, do norte do horizonte ao sul do horizonte passando pelo zenith).
7. O círculo vermelho representa um meridiano secundário com um azimute de 40° Oriente em relação ao horizonte do observador, e como todos os meridianos secundários, ele se cruza o meridiano principal no zenith e nadir.
8. O sul geográfico da esfera celestial atua como o pólo de projeção.
9. O plano equatorial serve como o plano de projeção.

Ao projetar o meridiano celeste, resulta em uma linha reta que se sobrepõe ao eixo vertical do tímpano, onde estão localizados o zênite e o nadir. Porém, ao projetar o meridiano 40° E, obtém-se outro círculo que passa pelas projeções zenital e nadir, de modo que seu centro está localizado na bissecção perpendicular do segmento que liga os dois pontos. Com efeito, a projeção do meridiano celeste pode ser considerada como um círculo de raio infinito (uma reta) cujo centro está nesta bissecção e a uma distância infinita destes dois pontos.

Se forem projetados sucessivos meridianos que dividem a esfera celeste em setores iguais (como "fatias de laranja" irradiando do zênite), obtém-se uma família de curvas que passam pela projeção zenital no tímpano. Estas curvas, uma vez sobrepostas com a rete que contém as estrelas maiores, permitem determinar o azimute de uma estrela localizada na rete e girada para um horário específico do dia.