دانش ستاره‌شناسی و ابزار استرلاب
گروه تاریخ اقتصاد - اوایل اسفندماه سال جاری، همایش کوشیار گیلانی به همت دانشکده علوم ریاضی و پژوهشکده گیلان‌ شناسی دانشگاه گیلان برگزار شد. گیلانی هم روزگار و همنشین ابوریحان بیرونی بوده است. او از مهم‌ترین چهره‌های ریاضیات و نجوم در ایران به شمار می‌رود. سعدی در باب چهارم بوستان او را دانای گردن ‌فراز خوانده ‌است.
لقب کیا که در نامش به‌کار رفته در روزگار پیشین در گیلان نه‌تنها برای سیاست‌مردان بلکه برای دانشمندان بزرگ نیز به‌کار می‌رفت. کوشیار نقشی مهم در تاریخ ریاضیات داشته و کاربرد تابع تانژانت، شرح کامل دستگاه موضعی شصت‌ گانی و نوشتن اعداد صحیح و کسری برای نخستین بار، از کارهای او است. وی اخترشناس وشمگیر و قابوس‌بن‌وشمگیر بود. نامش در موارد متعددی در متن‌های ادبی، تاریخی و علمی فارسی نیز دیده می‌شود. نوشتار اخترشناسی‌اش به نام «زیج جامع» از نوشته‌های بسیار نامدار او است. در این کتاب طول اوج خورشید و جدول مختصات ستارگان ثابت را محاسبه کرده ‌است. از دیگر آثار برجسته‌اش رساله‌هایش در ستاره‌شناسی و استرلاب است. در ابداع شکل مغنی (قضیه‌ سینوس‌ها) سهیم بوده و بنا به گفته بیرونی، نام شکل مغنی را او برای این قضیه اختیار کرده ‌است. کوشیار بررسی توابع مثلثاتی را که توسط بوزجانی و بتانی شروع شده بود، پیگیری کرد و در تکمیل آنها کوشید. بوزجانی و بتانی در آثار خود فقط جدول‌های جیب و ظل مبسوط را فراهم آورده بودند، اما کوشیار جدول ظل معکوس را نیز حساب و تهیه کرد. این توابع را درجه به درجه و در بیشتر موارد با سه رقم شصت گانی حساب کرده است. رساله حسابش با عنوان «اصول حساب الهند با عیون الاصول فی‌الحساب» است که چهار نسخه خطی آن در استانبول، تهران، بمبئی و قاهره برجای مانده است. این کتاب، هم از لحاظ نقش تاریخی که در گسترش حساب هندی داشته و هم به خاطر تاییدش در پیدایش و تثبیت اصطلاح‌های ریاضی، در تاریخ ریاضیات اهمیت کم‌نظیری دارد. از سال ۱۹۶۵ میلادی، نیز این کتاب به زبان‌های انگلیسی، فرانسوی، فارسی، روسی و عبری ترجمه شده است. از دیگر آثار او می‌توان به کتاب «الاسطرلاب و کیفیه عمله و اعتباره علی التمام و الکمال»، «رساله فی الابعاد و الاجرام»، «تجرید اصول ترکیب الجیوب»، «احکام سهمیات» و «لامع فی امثله الزیج الجامع» اشاره کرد.
در اینجا متن سخنرانی اسدالله صفایی، کارشناس رصدخانه دانشگاه کاشان را در همایش بزرگداشت کوشیار گیلانی می‌خوانید:
استرلاب یکی از مهم‌ترین ابزارهایی است، که بشر تا به حال ساخته است. استرلاب را آینه تمام‌نمای نجوم باید دانست. بسیاری از دانشمندان درباره این ابزار حرف زدند و رساله نوشتند. کوشیار گیلانی رساله‌ای در این مورد دارد و معتقد بود که دقت آن بسیار زیاد و باید در حدود ده دقیقه کمانی باشد. درحالی‌که کامل‌ترین استرلاب با دقت درجه کمانی طراحی و ساخته می‌شده است.
استرلاب، کارکردهای بسیار در گذشته و امروز داشته و دارد. محاسبات مثلثاتی هم در ریاضی و هم مهندسی و همین‌طور استفاده در جهت یابی و قبله‌یابی از کاربردهای استرلاب است.
استرلاب (Astrolabe) از «Astro» به معنی ستاره و « labe » به معنی «ترازو» است. برخی آن را ستاره یاب، ترازوی ستاره، مقیاس ستاره، آینه نجوم، جام جمشید، جام جهان‌نما و... نیز نامیده‌اند. واژه استرلاب ظاهرا از دو واژه اِستِر یا ستاره در زبان‌های هند و اروپایی از جمله ایران و فعل لابیدن که در زبان پارتی به معنی تابیدن است، گرفته شده است. «استر» یا «استرا» واژه‌ای است که در ایران باستان استفاده می‌شده و نام همسر خشایار شاه نیز بوده است. «لاب» یا «لابیدن» در زبان پارتی به معنی تابیدن بوده است. برای یافتن این معنی می‌توانید به فرهنگ معین مراجعه کنید. به هر حال این واژه چه ایرانی باشد چه نباشد به نظر من باید با حروف فارسی به شکل استرلاب یعنی با «ت» ایرانی و «س» نوشته شود.
این ابزار شامل بخشی برای اندازه‌گیری پارامترهای نجومی یا هندسی بوده و در بخش دیگر می‌توان پارامترهای اندازه‌گیری شده را تجزیه و تحلیل کرده و نتایج بسیار جالب و کاربردی از آن به دست آورد. به عبارت دیگر می‌توان آن را یک رایانه آنالوگ چند منظوره دانست. بنابراین شاید به جرات بتوان گفت از بسیاری از ابزارهای کنونی تکامل یافته‌تر است.
در «قوی قریلگان قلعه» در منطقه خوارزم و قرقیزستان فعلی بنایی است که گفته می‌شود مربوط به نجوم بوده. البته این گفته کاملا تایید شده نیست. اگر این گفته تایید شود، اولین سرنخ‌ها در باره‌ استرلاب در منطقه خوارزم پیدا شده است. بعد از آن نشانه‌های استرلاب در الواح گلی بابلی یافت شده که نقشه آسمان تابستانی است؛ سپس استرلاب «آنتیکدرا» را داریم که بیش از ۲۰۰۰ سال قدمت دارد و خیلی مشخص نیست که مربوط به همان منطقه است یا از جای دیگری به آن مکان آورده شده.
جالب است بدانید که استرلاب آنتیکدرا اولین ابزاری است که در آن چرخ دنده به‌کار رفته است. بعد از آن یک بازه زمانی بزرگ استفاده از چرخ‌دنده در ابزارها خبری نیست تا اینکه استرلاب «راشد ابری اصفهانی» را داریم که همان چرخ دنده‌ها با همان ساختار برای تعیین شکل ظاهری ماه و موقعیت ماه نسبت به خورشید در آن به‌کار رفته است. ابوریحان نیز از «حقه‌القمر» سخن گفته که برای تعیین موقعیت نسبی ماه و خورشید، مقابله، تثلیث، تربیع، تسدیس و... از آن استفاده می‌شده است. بعدها در ساعت‌های ستاره‌ای ساختار همان «حقه القمر» را به شکل بسیار ساده‌تر به‌کار برده‌اند. با این ابزار می‌توانیم زمان را در شب تعیین کنیم. ما ساعت آفتابی را برای تعیین زمان در طول روز داریم و ساعت ستاره‌ای برای تشخیص زمان در شب به‌کار می‌رفته است. درحالی‌که استرلاب هر دوی آنها را داشته. در مورد اینکه استرلاب چه طور به وجود آمده این توضیح را بدهم که وقتی به آسمان نگاه می‌کنیم، به نظر می‌رسد در یک کره با شعاع بسیار زیاد هستیم که آن را کره سماوی می‌نامند. تصویر آن را روی یک کره کوچک ‌ترسیم می‌کنند. همچنین شبکه‌ای از دوایر ارتفاع و دوایر سمت برای یک ناظر در عرض جغرافیایی مشخص ترسیم می‌کنند. چرخش کره آسمان وابسته به ستارگان، نسبت به افق ناظر در استرلاب شبیه‌سازی می‌شود. در استرلاب مسطح کره آسمان تسطیح شده، ابعاد آن از سه بُعد به دو بُعد کاهش داده می‌شود. بنابراین نقشه آسمان و شبکه خطوط سمت و ارتفاع را تسطیح کرده از انطباق آن در محاسبات نجومی استفاده می‌کنند. البته ماکت کره‌ سماوی و استرلاب کروی با هم متفاوت هستند. معمول‌ترین و رایج‌ترین استرلاب، استرلاب مسطح بسیط است. نمونه‌های زیادی از آن برجای مانده است. استرلاب ساخته شخصی با امضای عبدالعلی نمونه‌ای از آنها است که در موزه آستان قدس نگهداری می‌شود.
از نظر ساختاری استرلاب‌ها به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند. استرلاب کروی، استرلاب مسطح و استرلاب خطی این سه دسته را تشکیل می‌دهند. در استرلاب کروی نقشه آسمان و شبکه دوایر سمت و ارتفاع در سه بُعد طراحی و ساخته می‌شود. نمونه‌ای از این استرلاب مربوط به منطقه ایران پیدا شده که دارای شبکیه یا کره عنکبوتی است. به این نوع استرلاب کروی ذی‌عنکبوت گفته می‌شود. بیشترین تنوع و تعداد در استرلاب‌های مسطح مشاهده می‌شود. بیش از پنجاه نوع استرلاب مسطح در نجوم قدیم به‌کار برده می‌شده است. استرلاب خطی نیز نوع سوم از استرلاب است که به آن عصای توسی یا عصای موسی هم می‌گویند. البته مخترع آن شرف‌الدین توسی بوده و با خواجه نصیرالدین توسی فرق می‌کند. تاکنون دو نمونه استرلاب خطی از جنس فلز برنج ساخته شده‌است.
شبکه خطوط سمت و ارتفاع برای یک عرض جغرافیایی طراحی می‌شود. بنابراین، برای افزایش گستره کاربرد استرلاب صفحات بیشتری برای آن می‌ساخته‌اند. در بعضی از استرلاب‌ها صفحه‌ای به نام صفحه آفاقی ساخته می‌شده که گستره وسیعی از عرض‌های جغرافیایی را پوشش می‌داده است. این نقاش زرقالی نیز در آندلس استرلاب «زرقاله» را ساخته که برای تمام عرض‌های جغرافیایی قابل استفاده است، اما کاربرد آن دشوارتر از استرلاب مسطح بسیط است.
گاهی از این ابزار برای بیان نظریات بشر در مورد جهان استفاده شده است، مثل نظریه حرکت وضعی زمین. این مطلب در کتاب «استیعاب» ابوریحان نیز وجود دارد که در نسخه‌ خطی کتابخانه مجلس قابل دسترسی است. ابوریحان در این کتاب ساختار چند استرلاب را که توسط ابوسعید سجزی بر اساس حرکت وضعی طراحی شده، تشریح کرده است. استرلاب «زورقی» و استرلاب «مسطری» دو نوع از این ابزارها است که نمونه‌هایی از این ابزارها را ساخته‌ام. در استرلاب زورقی و استرلاب مسطری ستاره‌ها ثابتند و افق ناظر می‌چرخد.
از استرلاب برای جهت‌یابی هم استفاده می‌شده‌ است. استرلاب «مُسَمت» یعنی استرلابی که خطوط سمت در صفحات آن ترسیم شده باشد، در جهت‌یابی کاربرد دارد. همچنین در پشت بعضی از استرلاب‌ها در ربع سمت منحنی‌هایی برای تشخیص سمت قبله برای تعدادی از شهرها رسم می‌شده است. برای نمونه در استرلاب شاه عباس ثانی کاربرد قبله‌یابی برای تعدادی از شهرهای مهم ایران لحاظ شده است.
سنجش زمان در گذشته بسیار مهم و دشوار بوده است. استرلاب یکی از ابزارهایی است که برای زمان سنجی از آن استفاده شده است. در ایران باستان شب یا روز را به سه پاس تقسیم می‌کردند و مراد شان از اینکه می‌گفتند پاسی از شب گذشته، یعنی یک سوم از شب گذشته است. یک چهارم هر پاس برابر یک ساعت مُعوَجه است. تعیین زمان بر اساس ساعات معوجه یا ساعات مستویه (ساعاتی که امروزه هم استفاده می‌شود) به چند روش با استرلاب انجام می‌شده است. تعیین اوقات شرعی از دیگر موارد استفاده استرلاب بوده. گاهی منحنی‌هایی برای تعیین اوقات شرعی نیز در صفحات یا پشت استرلاب‌ها ترسیم می‌شده است.
یکی دیگر از کاربردهای استرلاب، کاربردهای تنجیم یا همان اختربینی و احکام نجومی است. در پشت بیشتر استرلاب‌ها در قسمت ربع ظل اصابع و ظل اقدام جدول‌هایی با کاربرد تنجیم نگاشته می‌شده است. در استرلابی که مربوط به مظفرالدین شاه است بسیار کامل بوده و از استرلاب‌های خاص دنیا به شمار می‌رود به کاربرد تنجیم پرداخته شده. دستگاه مختصات تسعیر یا مطرح الشعایی یک دستگاه مختصات استفاده شده در استرلاب است. در ایران برای بعضی از استرلاب‌ها صفحه یا صفحات تسعیر نیز ساخته می‌شده است. اما در اروپا استرلاب‌هایی صرفا برای اختربینی ساخته شده که ساختارش همان دستگاه مختصات مطرح‌الشعایی است.
در گذشته کمتر اشاره شده که ابزاری را به‌طور مداوم تنظیم یا به اصطلاح امروزی کالیبره کنند. اما استرلاب از ابزارهایی است که روش‌های تنظیم آن در بسیاری از رساله‌های استرلاب از جمله رساله کوشیار گیلانی تشریح شده است. حتی برای تنظیمات آن صفحه‌ خاصی به نام «میزان عنکبوت» طراحی شده که شبکه‌ای از دستگاه مختصات دایره البروجی بوده که مکان ستارگان را روی صفحه عنکبوتی استرلاب تنظیم می‌کرده‌اند.
از استرلاب برای ساخت بسیاری از ابزارها الگوبرداری شده است. متاسفانه امروزه در ایران به‌طور حاشیه‌ای به این ابزار پرداخته‌اند. در ربع‌ها که بخش بسیار مهمی از ابزارهای نجومی به حساب می‌آید (ربع سینوسی، ربع ساعتی و...) از استرلاب الگو برداری شده. دوربین‌های نقشه برداری امروزی و سمت‌یاب‌ها از این دسته‌اند.
از جمله کسانی که کوشیده تا دامنه‌ کاربردهای استرلاب را افزایش دهد ابوسعید سجزی است که استرلاب‌هایی به نام «مُسَرطَن»، «شقایقی»، «آسی» و غیره طراحی کرده که دامنه کاربرد را در منطقه آسمان تغییر می‌داده است.