Древнейшие способы измерения времени были известны за 2000 лет до нашей эры, и их развитие продолжалось до первых столетий нового времени. Хронометрические приборы того периода иногда называют простейшими, их эра заканчивается первыми важными совершенствованиями механических часов с колесной передачей. Сюда относятся многие типы солнечных, водяных, огневых, песочных и прочих часов, которые как важные элементы развития сыграли немалую роль и в истории хронометрии.

Несомненно важнейшим и самым распространенным простейшим хронометрическим прибором были солнечные часы — единственные из перечисленных видов часов, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска, неизвестна. Некоторые исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э., в которой указывается, что с помощью солнечных часов китайцы легко установили летнюю высоту Солнца в 79°06′20″, а зимнюю — в 30°22′20″, а отсюда они определили наклон эклиптики в 23°52′. Самым старым из сохранившихся письменных документов о солнечных часах, датируемых 732 г. до н.э., мы находим в Библии, в двадцатой главе Книги Царств. Под солнечными часами Ахаза здесь понимаются обелисковые солнечные часы царя Ахаза, жившего около 732 г. до н.э. Обнаружение древнеегипетских солнечных часов XIII и XV вв. до н.э. свидетельствует о том, что действительный период возникновения солнечных часов был значительно раньше, чем это вытекает из известных до сих пор письменных памятников.

Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. О том, что египтянам эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца, говорят записи древних писателей Аристофана, Атенея, Эвбола и других. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны на общественных площадях, на рынках. Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.

По изменениям длины и направления тени можно было не только измерять время, но также наблюдать взаимные перемещения Солнца и Земли. Нет сомнения в том, что математики и астрономы допифагорейской эпохи, к которым относились также Анаксимандр и Фалес, использовали результаты измерений для изучения движения космических тел. Кроме вавилонян, египтян и греков, изучением движения Солнца занимались и другие народы, например индусы и перуанские инки. Астрономические солнечные часы инков имели различные формы. Некоторые из них были похожи на наклонно установленные каменные диски, а другие — на низкую многогранную каменную колонну. Подобные сооружения, цель которых не во всех случаях полностью выяснена, были обнаружены и в Европе. Вблизи Уатмура в Эмсланде найдена группа камней, расположенных квадратом, самый крупный из которых находился в середине. Их расположение в плане свидетельствует о том, что уже в доисторическую эпоху они служили для получения данных о времени, с которым были связаны культовые обряды. На территории Великобритании до сих пор сохранилось более 200 подобных объектов. Как правило, это круговое скопление камней с расположенным посередине алтарем. Например, при археологическом исследовании в Стаффордшайре обнаружены четыре крупных камня, расположенные в направлении главных стран света. Пространство, ограниченное этими камнями, перекрещивается наклонным камнем, видимо, являвшимся главной частью больших солнечных часов. Положение этих солнечных часов позволяет, помимо определения времени суток, узнать и время летнего и зимнего солнцестояния. Однако самым интересным объектом этого рода является Стоунхендж, расположенный на Салисбургской равнине в центральной части Великобритании в 132 км к западу от Лондона. Имеются предположения, что концентрически расположенная группа камней и колонн, окруженная двумя круглыми рядами камней, была не только местом культовых обрядов у галлов, бриттов и ирландцев, но и астрономическим устройством, определяющим время солнцестояния. Возникновение этого сооружения с осью симметрии, образуемой широкой дорожкой и каменным блоком — гномоном, называемого Friars Heels, над которым всегда точно в день летнего солнцестояния восходит Солнце, относят к периоду 1840-1680 гг. до н.э.

Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III — первой половине XV в. до н.э.

Солнечные часы в свое время пользовались большой популярностью, поскольку они были простыми, надежными и сравнительно точными. Они сохранили свою популярность и тогда, когда уже широко развилось производство механических часов. Наибольшего расцвета солнечные часы в качестве научных измерительных приборов и подлинных художественных произведений, драгоценностей достигли в XVI и XVII вв., когда их созданием занимались передовые европейские математики и астрономы. В ту пору, когда гелиоцентрическая система Коперника начала сменять прежние представления о составе и структуре Вселенной, в Европе возникло несколько центров, в которых работали ученые и мастера по изготовлению научных приборов. В Ураниборге на острове Хвен начал в 1576 г. работать Тихо Браге, примерно в то же время швейцарец Йост Бурги изготовил для Кассельской обсерватории ряд астрономических хронометрических приборов, которыми он привлек к себе внимание императора Рудольфа II (позднее он полностью перешел на службу к этому императору при пражском дворе). Важные центры возникли также в Южной Германии — в Нюрнберге, в Аугсбурге и в Тюбингене. В XV в. здесь начали традиционное изготовление часов Региомонтан, Георг Пейербах, его ученик Йоганнес Штеффлер, Георг Гартман. Изготовлением малых солнечных часов прославился Йоганн Праэториус из Альтдорфа. Целый ряд художественных солнечных часов построил во второй половине XVI в. Христофор Шисслер. Занимались изготовлением таких часов и другие мастера, например Ганс Трошер, Ганс Духер, Ульрих и Тобиас Клеберы, Ульрих Шнип, Христиан Хайден из Нюрнберга, Йоганн Бухнер, Герхард Гульденхауэр, Герхард Меркатор, Георг Филипп и Николай Ругендасы.

Другим центром производства солнечных часов в Западной Европе во второй половине XVI в. была Бельгия, где в Ловане работал выдающийся астроном Райнер Фризиус. Известна была и Прага, где во времена Рудольфа жили выдающиеся ученые и мастера из различных стран Европы. В период 1599-1601 гг. здесь работали Тихо Браге, а также знаменитые творцы солнечных часов и других астрономических приборов Эразм Габермель, ранее работавший в Касселе, Йост Бурги, а с 1600 г. — Йоганнес Кеплер. Важнейшее значение для пражского центра имели приборы Габермеля, теперь рассеянные по музейным и частным коллекциям в Европе и заморских странах. Часть этих коллекций была приобретена позднее Чехословакией и частично хранится в Национальном техническом музее в Праге. Наряду с научными солнечными хронометрическими приборами, изготовленными Габермелем во время его работы в Праге, в Чехии производством солнечных часов занимались и позднее многие часовщики. В этом отношении наиболее прославились мастерские произведения Йоганна Энгельбрехта, изготовленные им в период 1797-1803 гг. Работу Йоганна Энгельбрехта, жившего в Бероуне, продолжал в новой традиции и Антонин Энгельбрехт, живший в конце 20-х годов XIX в. в Мельнике.

Солнечные часы не утратили своего первоначального значения как надежные приборы для астрономических измерений и после изобретения и распространения механических шестеренчатых часов. Это объяснялось прежде всего большой точностью солнечных часов, с которой не могли сравниться механические часы до того, как для них стали применять маятниковый осциллятор. Однако и после этого солнечные часы оставались обязательной принадлежностью всех обсерваторий. Многие солнечные часы были построены в прошлые века в астрономических обсерваториях стран Востока, например в Индии, где Яи Синг II, князь Джайпура, основал в 1708-1710 гг. большую обсерваторию в Дилли с гномоном высотой 18 м. Вскоре после этого он приказал построить подобные часы в Бенаресе, Муттрже, Уйгаине и в Джайпуре.

Уже древние астрономы обладали большими знаниями в области движения звезд и умели использовать эти знания для измерения времени с помощью специальных астрономических приборов, называвшихся в то время звездными часами

[6]

. Одним из самых древних приборов для наблюдения за движением звезд была астролябия, впервые описанная греческим астрономом и математиком Птолемеем. В своем описании он говорит о двух кольцах, представляющих эклиптику и экватор, и о еще одном кольце с вращающейся световой осью. Однако в действительности астролябия Птолемея в конструктивном отношении не имеет ничего общего с теми астролябиями, которые появились позднее.

Астролябия относилась к весьма распространенным астрономическим приборам, которыми пользовались на суше и при плавании по морям. В средневековые бронзовые астролябии, имевшие основание в виде круглой плиты, разделенной на 360°, обычно вкладывались пакеты с астрономическими таблицами или картами земной поверхности, составленными для различных географических широт. Астролябию дополняла звездная карта со знаками зодиака. Астролябией измерялось положение Солнца, его высота над горизонтом, определялись направление восток — запад, длительность дня и ночи. Подобные данные можно было получить путем наблюдения за движением Луны или звезд. По замеренному с помощью астролябии положению звезды можно определить время, если точно известно положение места измерений. Открытие такого способа определения времени путем измерения высот звезд приписывается греку Гиппарху, жившему во II в. до н.э. От греков этот метод переняли арабы, которые своими астролябиями измеряли время с погрешностью лишь 1-2 мин. Измерение времени методом определения высот звезд применялось до середины XVII в. многими астрономами, в том числе и Тихо Браге, который с помощью этих приборов достиг точности измерения времени до нескольких секунд.

В первой половине XVI в. распространилось в Европе строительство «армилярных» сфер, состоящих из системы кругов. Эти круги изображали экватор, меридианы, тропики, высотные круги и эклиптику со знаками зодиака, мировой оси, траекторий и положений Солнца и Луны и т.п. Как правило, армилярные сферы имели лунные календари и схему расположения планет. Армилярная сфера служила для изображения положений созвездий и планет в определенный момент времени в различных координатных системах. Это было задачей так называемых демонстрационных армилярных сфер. Кроме того, изготовляли и наблюдательные армилярные сферы, предназначенные для измерения, однако они были весьма редкими и сохранилось их очень мало. (Представляется, что единственным изготовителем их был Тихо Браге.)

Все это стимулировало развитие солнечных часов и звездных часов, предназначенных для точного измерения времени в ночные часы. Для ночных измерений времени по положению звезд прибор направляли визиром на Полярную звезду и одновременно устанавливали вращающуюся линейку в положение, параллельное линии соединения нижних звезд Большой Медведицы. Одним из простейших видов звездных часов была, собственно говоря, уже описанная астролябия.