Thiên nghi và thời hoàng kim của thiên văn học cổ đại

Một trong những công cụ thiên văn học đầu tiên chính là thiên nghi. Nó có khả năng mô tả sự chuyển động của các vì tinh tú trên bầu trời một cách chính xác, có thể biểu diễn cả kinh độ và vĩ độ cũng như các đặc điểm thiên văn khác như đường hoàng đạo…

Thiên văn học là một môn khoa học tự nhiên nghiên cứu các vật thể và hiện tượng huyền bí. Thiên văn học có bao hàm rất nhiều ngành khoa học khác như vật lý, toán học, hóa học, tất cả là nhằm mục đích giải thích cặn kẽ, thấu đáo nguồn gốc các hiện tượng, sự vật cũng như quá trình diễn hóa của chúng. Đối tượng nghiên cứu của thiên văn học bao hàm các hành tinh, mặt trăng, sao, thiên hà, và sao chổi. Các hiện tượng thiên văn học nghiên cứu còn bao gồm cả các vụ nổ siêu tân tinh, tia gamma, và bức xạ vi sóng vũ trụ. Thông thường, các hiện tượng bắt nguồn từ bên ngoài khí quyển trái đất là phạm vi nghiên cứu của thiên văn học.

Thiên văn học có thể nói là ngành khoa học tự nhiên lâu đời nhất. Các nền văn minh sớm nhất được ghi chép lại trong lịch sử nhân loại như văn minh Babylon, Hy Lạp, Ấn Độ, Ai Cập, Nubi, Iran, Trung Hoa và Maya đều có nhắc tới các phương pháp quan sát bầu trời đêm. Trong lịch sử, thiên văn học bao hàm nhiều phương pháp phong phú như thuật đo sao, thiên văn hàng hải, thiên văn quan sát, làm lịch…

Thiên nghi

Một trong những công cụ thiên văn học đầu tiên chính là thiên nghi. Thiên nghi đã trở thành một trong những biểu tượng của thiên văn. Nó là mô hình mô tả các vật thể trên bầu trời, gồm các đường khung hình cầu, trung tâm là mặt trời và trái đất, có biểu diễn cả kinh độ và vĩ độ cũng như các đặc điểm thiên văn khác như đường hoàng đạo.

Thiên nghi cũng không phải chỉ do một dân tộc sáng tạo ra. Nghiên cứu lịch sử ra đời và phát triển của thiên nghi có thể thấy nó là phát minh riêng rẽ của người Hy Lạp và Trung Hoa cổ đại. Thậm chí thiên nghi còn xuất hiện trong cả thế giới Hồi giáo và châu Âu thời Trung Cổ.

Quốc kỳ của Bồ Đào Nha cũng có thể hiện thiên nghi cách điệu. Thậm chí, hình tượng thiên nghi cũng xuất hiện trên huy hiệu của nước này, gắn liền với các khám phá của Bồ Đào Nha trong Thời đại thám hiểm (thời đại mà người châu Âu khám phá thế giới từ thế kỷ 15 tới thế kỷ 17).

Thiên nghi trong văn hóa Trung Hoa

Trong lịch sử Trung hoa, các nhà thiên văn học đã chế tạo ra thiên nghi để hỗ trợ việc quan sát các vì tinh tú. Người Trung Quốc cũng sử dụng thiên nghi trong việc lập và tính toán lịch.

Theo Needham, thiên nghi được người Trung Quốc phát minh ra sớm nhất nhờ hai nhà thiên văn học là Thạch Thân và Cam Đức vào thế kỷ 4 trước Công Nguyên, khi họ tự làm ra được một dụng cụ hình cầu có một vòng dây thép. Thiên nghi thô sơ này giúp họ đo đạc được khoảng cách tới cực Bắc. Tuy nhiên một nhà Hán học người Anh tên là Christopher Cullen lại cho rằng loại công cụ này lần đầu tiên được phát minh ra là vào thế kỷ 1 trước Công Nguyên.

Dưới thời Tây Hán (202 TCN – 9 SCN), các nhà thiên văn học Lạc Hạ Hoành, Chi Tiên Ư Vọng, và Cảnh Thọ Xương lại tiếp tục cải tiến thiên nghi. Vào năm 52 TCN, nhà thiên văn học Cảnh Thọ Xương lần đầu tạo ra vòng xích đạo cố định của thiên nghi. Tiếp theo vào thời Đông Hán (23-220 SCN), vào năm 84 TCN, hai nhà thiên văn học là Phó An và Cổ Quỳ đã lắp thêm vòng xích đạo.

Vào năm 125 SCN, nhà thiên văn học, diễn giả, và phát minh nổi tiếng Trương Hành là người đã hoàn thiện thiên nghi với các vòng chân trời và kinh tuyến. Thiên nghi chạy bằng nước đầu tiên trên thế giới là do Trương Hành chế tạo ra, ông đã sử dụng đồng hồ nước để vận hành thiên nghi. Trương Hành cũng là người thống kê 2.500 vì sao trên bầu trời Trung Hoa. Ông đã đưa ra các lý thuyết về mặt trăng và mối liên hệ với mặt trời. Đặc biệt ông đã bàn luận về hình dạng tròn của mặt trăng, và mặt trăng tỏa sáng là nhờ sự phản chiếu ánh mặt trời, cũng như bản chất của hiện tượng nhật thực và nguyệt thực.

Một trong những thiên nghi nổi tiếng của Trung Hoa còn được lưu giữ  là quả cầu vàng nạm ngọc trai tại bảo tàng Cố Cung, Bắc Kinh. Thiên nghi này bao gồm ba phần, phần đế, khung và thân quả cầu. Các viên ngọc trai trên quả cầu tượng trưng cho hai tám cung hoàng đạo như trong truyền thống Trung Hoa, ngoài ra còn có 300 chòm sao, và hơn 2.200 ngôi sao. Theo thiên văn học cổ Trung Hoa, các chòm sao được chia ra làm ba Viên gồm Tử Vi Viên, Thái Thi Viên, và Thiên Thị viên. Giữa đế thiên nghi này có la bàn. Đây là một tuyệt tác của thiên văn học cổ đại.

Thiên nghi trong văn hóa cổ Hy Lạp

Nhà thiên văn học Hipparchus người Hy Lạp (khoảng hơn 100 năm TCN) tin rằng Eratosthenes (276-194 TCN) là người phát minh ra thiên nghi. Tên gọi của công cụ này trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là vòng tròn, và nó có các khung xương làm bằng các vòng tròn kim loại nối các cực lại với nhau, tượng trưng cho đường xích đạo, hoàng đạo, kinh tuyến và vĩ tuyến.

Thông thường, quả bóng tròn tượng trưng cho trái đất hoặc mặt trời được đặt vào vị trí trung tâm. Nó được sử dụng để mô tả chuyển động của các vì sao xung quay trái đất. Trước khi người châu Âu phát minh ra kính viễn vọng vào thế kỷ 17, thiên nghi là thiết bị cơ bản của tất cả các nhà thiên văn học dùng để xác định vị trí của các vì sao.

Khi còn ở dạng thô sơ nhất, bao gồm một vòng tròn cố định trong đường hoàng đạo, thì thiên nghi là một trong những dụng cụ thiên văn cổ đại nhất. Trong quá trình phát triển dần dần, nó xuất hiện thêm các vòng tròn cố định khác mô tả đường kinh tuyến. Vòng đầu tiên là đường phân, vòng thứ hai là điểm chí. Các bóng hình vòng tròn được sử dụng làm kim chỉ vị trí của mặt trời, kết hợp với các góc chia. Nhiều vòng tròn được kết hợp lại với nhau tượng trưng cho quy luật vận hành của vũ trụ, và nó được gọi là thiên nghi.

Có lẽ Eratosthenes đã sử dụng thiên nghi đông chí để đo độ chéo của đường hoàng đạo. Hipparchus có lẽ đã sử dụng một thiên nghi bốn vòng. Ptolemy mô tả công cụ của mình trong cuốn Syntaxis.

Thiên nghi do người Hy Lạp chế tạo và được sử dụng làm giáo cụ ngay từ thế kỷ thứ 3 TCN. Khi trở nên chính xác và to hơn, thì nó được sử dụng làm công cụ quan sát.

Châu Âu và Hồi giáo thời Trung Cổ

Các nhà thiên văn học người Ba Tư và Ả rập đã chế tạo phiên bản nâng cấp thiên nghi của người Hy Lạp vào thế kỷ thứ 8, được ghi lại trong Luận thuyết Dhat al-Halaq hay Dụng cụ với các vòng tròn của nhà thiên văn học người Ba Tư tên là Fazari.

Abbas Ibn Firnas được cho là đã chế tạo ra một dụng cụ với các vòng nhẫn khác (thiên nghi) vào thế kỷ thứ 9, thiên nghi này được trao cho vua Caliph Muhamad (trị vì từ năm 852-886).

Đo độ hình cầu, một biến thể của đo độ và thiên nghi được phát minh vào thời Hồi giáo Trung Cổ. Những tài liệu lâu nhất mô tả thiên nghi là vào thời của nhà thiên văn học người Ba Tư, tên là Nayrizi (892-902).

Các nhà thiên văn học người Hồi giáo cũng tự phát minh ra quả cầu thiên văn để giải quyết các vấn đề trong thiên văn. Ngày nay, toàn thế giới còn lại 126 dụng cụ tương tự, cái cổ nhất là vào thế kỷ 11. Độ cao của mặt trời, sự chuyển động của các vì sao được tính toàn bằng cách chỉnh vị trí quan sát trên vòng tròn kinh tuyến trên quả cầu.

Thiên nghi xuất hiện trở lại ở Tây Âu thông qua Al-Andalus vào cuối thế kỷ 10 nhờ nỗ lực của Gerbert d’Aurillac, Giáo hoàng Sylvester II (999-1003). Giáo hoàng Sylvester II đã ứng dụng các ống nhìn trong thiên nghi để định vị vị trí của sao Bắc Đẩu và ghi lại các đo đạc về đường chí tuyến và xích đạo.

Thời kỳ Phục Hưng

Những cải tiến tiếp theo cho loại công cụ này được Tycho Brahe (1546-1601) thực hiện, thiên nghi nâng đã được chuyển thành thiết bị đo độ cao thiên thể được mô tả trong tác phẩm về thiên văn của ông.

Thiên nghi là một trong các công cụ cơ khí đầu tiên và phức tạp nhất. Sự phát triển của nó đã đem lại nhiều tiến bộ về kỹ thuật cũng như trong việc thiết kế các dụng cụ cơ khí. Các nhà khoa học thời kỳ Phục Hưng và các nhân vật quan trọng thường hay thuê vẽ chân dung. Trong bức họa, họ thường hay cầm một quả cầu thiên nghi, biểu trưng cho trí tuệ và tri thức của mình.

Mặc dù ngày nay, nhờ kính thiên văn, các vệ tinh và các phần mềm kỹ thuật số chính xác, các nhà thiên văn học không còn phải dựa vào thiên nghi để tính toán vị trí các ngôi sao. Tuy nhiên khi ngắm nhìn những tuyệt tác thiên nghi ấy, người ta không khỏi thán phục trí tuệ của người cổ đại.

Lê Anh

Xem thêm:

• Trí tuệ cổ nhân: Nhìn thiên tượng biết biến hóa nhân gian
• Nơi khoa học gặp tôn giáo – P1: Vũ trụ và não bộ là những toàn ảnh (hologram)
• Những cổ vật ‘tàu vũ trụ’ và ‘phi hành gia’: Công nghệ hàng không thời cổ đại?

Mời xem video: