Så modellerade antikens astronomer planeternas dans

För över 2 000 år sedan konstruerade en skicklig hantverkare en avancerad mekanisk modell av tidens kosmologiska världsbild i ett fodral stort som en större nutida ordbok. Med hjälp av ett intrikat system av kugghjul kunde mekanismen visa planeternas positioner på himlen, månens faser, tiderna för mån- och solförmörkelser, liksom tidpunkterna för de olympiska spelen.

Mekanismen hittades i ett skeppsvrak som upptäcktes utanför ön Antikythera, nordväst om Kreta, år 1900. Bland föremålen som bärgades fanns en ärgad massa av brons som vid närmare undersökningar visade sig innehålla kugghjul. Bara omkring en tredjedel av den ursprungliga mekanismen har återfunnits.

Den bevarade bakre delen med dess kalendersystem hade redan tidigare dechiffrerats. Med ledning av inskriptionerna på fram- och baksidan av mekanismens fodral har forskare vid University college London nu tagit fram en möjlig rekonstruktion även av framsidan, som stämmer överens med alla de bevarade delarna. Framsidan som de har rekonstruerat visar planeterna som markörer på koncentriska ringar, som vrids runt av ett sinnrikt system av kugghjul.

– Det är en mycket vacker lösning, säger Yanis Bitsakis, forskare i teknikhistoria knuten till universitetet i Aten och koordinator mellan olika delar av forskningen kring Antikytheramekanismen.

Samtidigt är osäkerheten stor, eftersom största delen av framsidan med dess visartavla saknas. Försteförfattare till den vetenskapliga artikeln är matematikern Tony Freeth. Han förklarar begränsningarna:

– Vi kan inte säga att det är en exakt replik av den ursprungliga mekanismen, men vi är säkra på att vi är på rätt spår.

Mekanismen brukar ofta kallas för ”världens första dator”, men alla håller inte med om den jämförelsen. Apparaten kan bara köra ett enda program, nämligen det som är hårdkodat i dess kugghjul.

Kanske var den tänkt att användas för undervisning eller för att imponera. Den har knappast haft något praktiskt syfte, säger Yanis Bitsakis. Att mekanismen fraktades på ett skepp lastat med bronsstatyer, smycken och konstföremål visar att den var en lyxprodukt.

Mekanismen har framstått som en gåta eftersom det inte finns något liknande bevarat från den tiden. Det betyder inte att denna mekanism var unik. Att inga andra sådana maskiner har bevarats beror antagligen på att de var gjorda av ett relativt värdefullt material, brons, som går lätt att smälta ner och återanvända.

Delar av den text som fanns ingraverad på framsidan och baksidan har blivit läsbara med hjälp av avancerad röntgenteknik, som skapar en tredimensionell bild i genomskärning. Texten tycks vara en form av användarhandledning, och räknar utöver måne och solen upp de då kända planeterna: Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus.

Rekonstruktionen utgår från den dåtida världsbilden, där solen, månen och planeterna kretsar i banor kring jorden. En av svårigheterna är att reproducera planeternas rörelser på himlen, där de ibland tycks stanna upp mot bakgrunden av stjärnor och röra sig lite bakåt, innan de fortsätter framåt igen.

I dag vet vi att de skenbara riktningsändringarna hänger ihop med de tillfällen då jorden och planeten är på samma sida om solen. Under antiken fanns ingen egentlig förklaring till den här egendomliga dansen, men dåtidens astronomer hade avancerade knep för att förutsäga planeternas rörelser. Babylonierna räknade till exempel med att Venus går igenom fem cykler av skenbar framåt- och bakåtrörelse på åtta jordår, vilket ger kvoten 5:8. Det är en approximation, och det går att få bättre överensstämmelse med hjälp av kvoter mellan större tal. För att rekonstruera mekanismen behövs de kvoter som användes för att representera respektive planet.

Lösningen bygger på att hitta möjliga kvoter som kodar förhållandet mellan planeternas cykler och åren här på jorden, samtidigt som de kan delas upp i faktorer som kan representeras av kugghjul med ett hanterligt antal kuggar. Större tal representeras alltså av en kombination av flera kugghjul.

Tony Freeth och hans forskargrupp har analyserat texten tillsammans med de ledtrådar de kunde få från de delar som finns kvar. Hela paketet av kugghjul som styr planetrörelserna ska få plats i ett utrymme som är två och en halv centimeter högt, vilket begränsar de möjliga alternativen. Ett knep är att hitta tal som kan ingå i lösningen för flera planeter, så att de kan dela på ett kugghjul och på så vis utnyttja utrymmet effektivt.

Här gav inskriptionerna de avgörande ledtrådarna, i form av talet 462 i samband med Venus och 442 vid Saturnus.

Talen går att koppla till kvoter som betecknar ett antal cykler för respektive planet på ett visst antal jordår, och som visar sig stämma väl med hur planeterna faktiskt rör sig. Kvoterna var oväntade, eftersom de inte finns bevarade i astronomiska texter från denna tid.

– De här talen var en riktig chock. De var inte kända i relation till planeterna från vare sig babylonisk eller grekisk astronomi, säger Tony Freeth.

Med resonemang både utifrån sådana matematiska avvägningar och möjliga kugghjulsarrangemang kunde forskarna lägga fram sin rekonstruktion och göra en datormodell av den.

Härnäst planerar forskargruppen att försöka bygga rekonstruktionen med metoder som kan ha använts av de gamla grekerna, för att se att det fungerar också rent praktiskt.

——–

Tony Freeth är även filmmakare, och har gjort en dokumentär om den nya rekonstruktionen som finns att se på nätet för den som loggar in.