Z archiwum Neptuna: Kompas

Kompas to chyba najbardziej znane urządzenie nawigacyjne. Warto wiedzieć jakie były jego początki.

Za panowania Ptolemajosa II Filadelfa (od 285 do 247 p.n.e.) mieszkał w Aleksandrii Ktesibios, syn fryzjera, który od najmłodszych lat przejawiał niezwykły talent wynalazczy. Do najznakomitszych jego wynalazków należą pompa tłokowa, organy wodne, klawiatura muzyczna, sprężyna metalowa i zegar wodny. Dla żeglugi wielkie znaczenie miał zegar wodny.

Zegar wodny

Konstrukcja zegara składała się z trzech połączonych ze sobą naczyń. Z pierwszego z nich woda wyciekała do drugiego, a z drugiego do trzeciego. Napełniano pierwsze naczynie. Drugie posiadało wylot na dnie, a na bocznej ściance otwór przelewowy, podobnie jak współczesna wanna. Ponieważ woda w drugim naczyniu mogła się podnieść tylko na wysokość otworu przelewowego, poziom jej był stały, stała więc była również szybkość przepływu wody.

W trzecim naczyniu unosił się na wodzie korkowy pływak w kształcie bębna, podnoszący się wraz z poziomem wody. Za pomocą przekładni zębatej pionowy ruch pływaka obracał wał, napędzający z kolei koła zębate, dzięki którym obracał się dysk, na którym wyryta była mapa nieba. Ekliptykę – pozorną drogę Słońca wśród gwiazd – przedstawiono tam w postaci koła, o środku nie pokrywającym się ze środkiem dysku, na którego obwodzie znajdowało się 365 niewielkich otworów. Każdego dnia małe metalowe Słońce przesuwało się z jednego otworu do następnego. Do odczytywania godzin służyła krata z brązowych drutów umieszczona przed dyskiem; należało uwzględnić położenie Słońca w stosunku do podziałki godzinowej.

Opisane urządzenie wyjaśnia, dlaczego kierunek ruchu wskazówek zegara jest właśnie taki, a nie inny, Jeżeli mieszkaniec półkuli północnej patrzy na Słońce w południe, zwraca się twarzą ku południowi. Obserwatorowi takiemu wydaje się, że Słońce wschodzi z jego lewej strony, a zachodzi z prawej. Dlatego Ktesibios, sporządzając swój mały model Słońca, nadał mu oczywiście ruch od lewej ku prawej. Zegar anaforyczny przekształcił się w astrolabium – przenośny instrument średniowieczny, znajdujący zastosowanie jako czasomierz, kompas i urządzenie do obliczeń astronomicznych.

Wóz wskazujący południe

Wynalazek Ktesibiosa, mimo iż bardzo pomysłowy, był wyjątkowo niepraktyczny. Prawdziwego wynalazku kompasu dokonali zapewne Chińczycy. Wykorzystując swój wcześniejszy wynalazek – igłę magnetyczną, skonstruowali kompas, który około 1200 roku wszedł w powszechne użycie na obszarze od Morza Północnego do Morza Żółtego.

Chińska opowieść z IV wieku mówi, że legendarny cesarz Huang-ti, obok innych wynalazków, stworzył również coś o nazwie czi nan-gu lub szi-nan-gu, co tłumaczy się jako „wóz wskazujący południe”. Chociaż Huang-ti jest postacią legendarną, wzmianki o wozach wskazujących południe powtarzają się w czasach historycznych od XIII wieku p.n.e. do XII wieku n.e. Podczas gdy wcześniejsze wzmianki nie opisują go dokładnie, późniejsze mówią o nim jak o mechanizmie zębatym.

Wóz wskazujący południe nie wydaje się być ani czymś w rodzaju kompasu, ani rydwanem. Jedna z nowszych teorii zakłada, że był to wóz, na którym zainstalowano na obrotnicy wskazówkę – zapewne posążek z wyciągniętym ramieniem. Obrotnica połączona była z kołami za pomocą przekładni różnicowej, złożonej z drewnianych zębatych kół o uzębieniu kołkowym. Kiedy wóz skręcał w jakimś kierunku, posążek zwracał się w przeciwnym o ten sam kąt, wskazując nadal swój pierwotny kierunek. Jeśli więc naregulowano posążek tak, by wskazywał południe, mógłby je wskazywać przez cały czas, podczas krótkiej przejażdżki wozem, kluczącym po ulicach miasta.

Oczywiście wóz taki nie mógł być użyty jako kompas. Wystarczyło, żeby średnice kół różniły się od siebie zaledwie o 0,5%, a po przejechaniu kilku kilometrów, posążek wskazywał by północ.

Igła magiczna

Pierwsze wyraźne wzmianki o igle magnetycznej w Chinach datowane są na VIII wiek n.e. Buddyjski kapłan i astronom Ji Hing miał zaobserwować deklinację magnetyczną, czyli odchylenie igły magnetycznej od kierunku północ-południe. Około XI wieku Chińczycy używali igły magnetycznej, ale bynajmniej nie w nawigacji. Zastosowali ją do geomancji stanowiącej gałąź chińskiej magii (system lokalizacji domów, grobów w miejscach, gdzie moce nadprzyrodzone oddziałują najbardziej przychylnie).

Pierwsza chińska wzmianka o kompasie żeglarskim pochodzi z około 1100 roku. Nieznany autor stwierdza tam, że cudzoziemcy (Arabowie i Persowie) przybywający do Kantonu pomagają sobie w nawigacji igłą wskazującą południe. Igła kompasu wskazuje niewątpliwie równie dobrze południe jak i północ. Ponieważ jednak wcześniej kojarzyła się w umysłach ludzkich z Gwiazdą Polarną (biegun południowy nieba jest niewidoczny z Europy), w Europie przyjęto mawiać, że igła magnetyczna wskazuje północ.

Jak kompas zawędrował do Europy?

W Europie pierwsza wzmianka o kompasie ukazała się w pewnym poemacie z 1190 roku. W kilka lat później kardynał de Vitry, przebywający w Palestynie z czwartą wyprawą krzyżową, napisał, że kompas pochodzi z „Indii”. Można by zatem przyjąć, że odkrywcy igły magnetycznej stosowali ją tylko do celów magicznych. Muzułmańscy żeglarze wykorzystali ten wynalazek w nawigacji, a Europa zapoznała się z nim w okresie wypraw krzyżowych.

Niektórzy badacze są jednak zdania, że znajomość kompasu – a przynajmniej igły magnetycznej – dotarła najpierw do Europy szlakiem jedwabnym. Po raz pierwszy zastosowano ją do nawigacji po Morzu Śródziemnym. Historycy średniowieczni wspominają, że wynalazcą kompasu był Flavio Gioia z Amfalii. Mógł on przyczynić się do przekształcenia zwykłej namagnetyzowanej igły zawieszonej na nitce w bardziej wymyślny przyrząd późniejszych czasów, wyposażony w obracającą się różę wiatrów. Według tej teorii Muzułmanie przenieśli ulepszony kompas z powrotem do Chin.

Niewątpliwie Chińczycy zapożyczyli z powrotem swą igłę magnetyczną w postaci kompasu żeglarskiego. Statki, którymi kierowali przy jego pomocy, były wówczas największymi i najnowocześniejszymi żaglowcami.