Astrolabi

Astrolabi on antiikin maailmassa ja keskiajalla käytössä ollut laite, joka lähes taskuun mahtuvassa koossa sisälsi kolmiulotteisen maailman projektion kaksiulotteiseksi. Astrolabi jäljitteli taivaankappaleitten liikettä maanpäällisen havainnoitsijan näkökulmasta. Sitä voitiin käyttää kymmeniin tarkoituksiin, joihin kuuluivat vuorokauden ajan määrittäminen, taivaankappaleitten nousun ja laskun määrittäminen, ilmansuuntien määrittely ja horoskooppien teko. Astrolabi tarkoittaa "tähtien etsijää". Nimi tulee latinan sanasta "astrolabium," joka edelleen tulee Bysantin kreikan sanasta "astrolábion." Sen taustalla on kreikankielen sana "αστήρ "astèr"" ("tähti") ja λαμβάνω "lambàno" ("ottaa", "siepata"). Laitteen mittaustarkkuutta rajoitti sen pieni koko. 
Planisfäärisestä astrolabista kehitettiin navigointia varten yksinkertaisempi meriastrolabi. Laitteen sukulainen oli kulmamittaukseen perustuva antiikin ajan kvadrantti, josta myöhemmin kehitettiin oktantti. Kehitys johti matemaattis-teknisesti kehittyneempään sekstanttiin, joka oli elintärkeä navigointiväline nykyaikaisen satelliittipaikannusjärjestelmän käyttöönottoon asti. Astrolabi oli myös esikuvana ensimmäisiä mekaanisia kelloja valmistettaessa.
Astrolabiin liittyvät mielikuvat yhdistävät sen islamilaiseen kulttuuriin, keskiajan oppineisiin sekä muinaisiin tähtitieteilijöihin ja astrologeihin. Monikäyttöisenä instrumenttina ja varhaisena "tietokoneena" astrolabi oli todiste korkeasta käsityön, tähtitieteen ja matematiikan tasosta. Astrolabi toimii edelleen koristeena, opetuksen ja opiskelun välineenä sekä ajanvietteenä.
Rakenne.
Astrolabi kehittyi päällekkäisistä osista kootuksi kokonaisuudeksi, johon vaihdettavien kiekkojen avulla voitiin lisätä uusia ominaisuuksia ja välttää merkintöjen sotkeutuminen toisiinsa. Laite tiivisti pieneen tilaan trigonometrian ja astronomian mysteerit, ja sitä oli pienen kokonsa takia helppo kuljettaa mukana. 
Hämähäkki ja vaihdettava "sahifa".
Kaksiulotteisena mallina kolmiulotteisesta maailmankaikkeudesta astrolabi tarvitsi kaksi pääosaa: taivasta esittävän ja havainnoitsijan paikkaa esittävän osan. Astrolabin päällimmäinen kiekko esitti taivasta. Se koostui tähtikartasta, joka muodosti hämähäkin verkon kaltaisen kuvion. Siitä tuli sen arabiankielinen nimi "hämähäkki" "(al-ankabut)." Hämähäkkiin oli viisarein tai nuolin merkitty taivaankannen tärkeimmät tähdet. Nämä merkinnät vaihtelivat ajan ja paikan mukaan. Lisäksi siinä oli kolme sisäkkäistä ympyränkehää. Sisin ympyrä esitti ekliptikaa, auringon näennäistä liikettä maan ympäri eläinradan eri merkkien kautta. Uloimpana on samankeskinen epätäydellinen ympyrä, joka esitti osaa kauriin kääntöpiiristä. Niiden välissä oli kaari, joka esitti taivaanekvaattoria eli maapallon päiväntasaajan kuvitteellista jatketta avaruudessa. 
Koska hämähäkissä oli aukkoja, sen läpi näki alla olevaan kiekkoon "(sahifa)," joka liittyi havaitsijan asemaan"." Tähtitieteelliset havainnot ovat erilaisia havaitsijan aseman mukaan, minkä takia tarvittiin useita kiekkoja eri kaupunkeja tai alueita varten. Kiekkojen vaihtamista varten astrolabi oli helppo purkaa. Tärkeitä kehiä oli kaiverrettu myös kannen alapuolisiin kiekkoihin. Niitä saattoivat olla taivaanekvaattori sekä kauriin ja kravun kääntöpiirit. Lisäksi se sisälsi merkinnät taivaankappaleitten korkeudesta katsojan horisontin yläpuolella sekä myöhemmin myös suuntiman eli atsimuutin "(al-sumut)", joka osoittaa etäisyyttä tietystä sovitusta pisteestä. Horisontin alapuolelle oli kaiverrettu tuntiviivat.
Pohjakotelo, viivotin ja ripustusrengas.
Jotta kantena oleva hämähäkki ja sen alla oleva kiekko toimisi mittausvälineenä, tarvittiin kaksi muuta osaa, jotka nekin oli liitetty yhteiseen keskusakseliin. Kolmantena astrolabin osana oli kiekkojen pohjakotelo, josta käytettiin nimeä "äiti" "(al-umm)." Sen reunoissa oli joko 24 tunnin tai 360 asteen asteikko. Äitilevyssä oleva tappi sopi kiekkojen loviin ja esti kiekkoja pyörimästä vapaasti. Sen sijaan hämähäkki pyöri vapaasti kiekkojen yläpuolella keskiakselin varassa. Neljäs osa oli viivotin "(alidade)." Se oli vapaasti pyörivä suora tanko, joka oli kiinnitetty tangon keskeltä keskiakseliin. Sitä pitkin voitiin tähdätä haluttuun kohteeseen. Viivottimen avulla määritettiin tähtien korkeuksia ja leveysaste. Äitilevyn sisäpinta saattoi sisältää kaiverruksia, jotka liittyivät laitteen erityisiin käyttötarkoituksiin, kuten astrologiaan tai Mekan suunnan löytämiseen. Sama koski äitilevyn ulkopintaa, jossa saattoi olla esimerkiksi trigonometrisiä taulukoita. Keskiakselin tapin päässä oli "hevonen" "(al-faras)", useimmiten hevosen näköinen tulppa. 
Kannettavien astrolabien yläreunassa oli rengas, josta laite voitiin ripustaa niin, että päivämääräviiva asettui vaakasuoraan asentoon.
Käyttö.
Matemaattisesti astrolabin perusajatus nojautui kolmiulotteisen maailmankaikkeuden projisioimiseen kaksiulotteiselle pinnalle. Menetelmänä on niin sanottu stereografinen projektio, jossa ympyrät säilyvät ympyröinä ja kulmat pysyvät samankokoisina. Tämä toimi kuitenkin vain kauriin kääntöpiirille asti, sillä sen jälkeen laitteen koko kasvaisi liikaa ja projektio alkaisi vääristyä liian paljon.
Astrolabin ensimmäinen ja tärkein käyttötarkoitus oli mitata kohteen korkeus horisontista. Kun astrolabin viivotin käännettiin kohti jotakin tähteä, tähden korkeus oli luettavissa reuna-asteikosta suunnilleen yhden asteen tarkkuudella. Astrolabi oli eräänlainen varhainen analogialaskin, jolla ratkaistiin pallotrigonometrisiä ongelmia. Siihen kaiverretuista asteikoista voitiin määrittää kiintotähtien asemat horisonttiin nähden sekä auringon, kuun ja planeettojen asemat kiintotähtiin nähden. Annetulla leveysasteella se ilmaisi päivän tai yön täsmällisen hetken auringon tai jonkin verkkoon merkityn tähden korkeuden perusteella. Esimerkiksi muslimit tarvitsivat tätä päivittäisten rukoushetkien ajankohdan määrittämiseen. Tässä astrolabin tarkkuus ei kuitenkaan ollut kovin suuri.
Al-Khwarizmi (noin 780–850) esitti astrolabille yli 30 käyttötarkoitusta trigonometriassa, ajanotossa ja muissa tehtävissä. Teksti on vanhin arabialainen esitys astrolabista. Myöhemmin al-Sufi (903–986) kirjoitti yhden laajimmista laitteen käyttöoppaista. Teos käsitti 1760 lukua, jotka kukin käsittelivät jotain astrolabille sopivaa tehtävää.
Historia.
Antiikin maailma.
Ensimmäisen astrolabin kehittivät helleenit jo 150 eaa. Sen muoto kehittyi vähitellen esittämään taivaanpalloa, ja välineen kulta-aika alkoi, kun sen avulla pystyttiin selvittämään oma paikka maapallolla, auringonnousut ja -laskut ja kaikki vastaavat kysymykset, jotka liittyivät horisonttiin tietystä paikasta katsottuna.
Vaikka jo antiikin kreikkalaiset tunsivat stereografisen projektion, tältä ajalta ei ole säilynyt yhtään astrolabia eikä niitä koskevia tekstejä. Vanhin säilynyt teksti on peräisin kristityn aleksandrialaisen Johannes Filoponoksen (490–570) kynästä. Seuraavalta vuosisadalta on säilynyt syyriankielinen teksti, jonka kirjoittaja on Severus Sebokht (575–667), piispa ja munkki. Tämä luultavasti tunsi Ptolemaioksen (n. 85– n. 165) ja Theon Aleksandrialaisen (n. 335– n. 405) tutkielmat laitteesta. 
Islamin kultakausi.
Bagdadin arkeologisessa museossa ollut ja nyttemmin kadonnut pieni astrolabi (IIC #3702) ilmeisesti oli peräisin 800-luvun alusta tai 700-luvun lopusta. Varhaisin vuosiluvulla (928) ja tekijän nimellä varustettu laite on peräisin 900-luvulta. Tässä astrolabissa on teksti "Nastulus [tai Bastulus] teki tämän vuonna 315". Kolme muutakin Nastuluksen tekemää astrolabia on säilynyt. Bagdadilainen elämäkerturi al-Fihristi luetteli 900-luvun lopulla astrolabien tekijöitä. Lista osoitti, että Bagdadissa vaikutti 800-luvulla astrolabin tekijöiden ammattikunta oppipoikineen. 
Bagdadin varhaisissa astrolabeissa ei vielä näy merkkejä astrologisista tai uskonnollisista sovellutuksista. Ne osoittavat kiinnostuksen kohdistuneen matematiikkaan ja tähtitieteeseen. Jo al-Khwarizmi ( (noin 780–850) oli tosin kuvaillut astrolabin käyttöä myös keskipäivän ja iltapäivän rukousaikojen määrittelyyn, mutta varhaiset astrolabit eivät sisältäneet erityisesti tähän tarkoitukseen tehtyjä asteikoita. 900-luvulla mukaan tulee astrologinen puoli, mikä ilmenee siitä, että al-Khujandin vuonna 985 tekemä astrolabi sisälsi horoskoopin tekemiseen tarvittavia tietoja. Ahmedin ja Muhammadin samana vuonna tekemässä laitteessa oli samoin merkintöjä astrologisiin tarkoituksiin mutta myös rukousaikojen määrittelyyn. Al-Ishafanin 1103 tekemässä laitteessa oli lisäksi merkinnät Mekan suunnan määrittämiseen. 
Eurooppa.
Varhaisin latinalaisesta Euroopasta löydetty astrolabi on peräisin Kataloniasta 900- tai 1000-luvulta. Ensimmäinen latinankielinen tekstikokoelma astrolabeista on "Sententie astrolabii", joka oli 900-luvulla tehty suora käännös osasta al-Khwarizmin asiaa koskevaa teosta. Antiikin astrolabi tuli siten Eurooppaan arabiankielisistä lähteistä eikä suoraan antiikin Kreikasta. 
Astrolabia käytettiin Euroopassa navigoinnin apuna. Sellainen on löytynyt vuonna 1503 uponneesta portugalilaisen tutkimusmatkailija Vasco da Gaman laivastoon kuuluneesta Esmeralda-aluksesta. Hylystä löydetty pronssinen astrolabi oli valmistettu vuosien 1495–1500 välillä. Sen halkaisija oli 17,5 senttiä ja se oli 2 millimetriä paksu.
Astrolabi oli Euroopassa esikuvana, kun alettiin rakentaa ensimmäisiä kelloja ajan mittaamiseen. Richard Wallingfordilaisen kello (n. 1330) oli tällainen hieman astrolabia muistuttava laite. Jotkut astronomiset kellot käyttivät astrolabista tuttua stereografista projektiota. Siitä esimerkkinä on kuuluisa raatihuoneen seinässä oleva Prahan astronominen kello. Nämä kellot antoivat vuorokaudenajan lisäksi tietoja esimerkiksi kuun ja planeettojen liikkeistä. 
Navigointivälineenä astrolabi kehittyi yksinkertaisemmaksi meriastrolabiksi. Jo antiikissa tunnettiin kulmamittauksiin käytetty kvadrantti, josta sitten kehittyi oktantti ja lopulta sekstantti. 
Eurooppalaisessa kirkkotaiteessa tieteitä esitettiin naishahmojen avulla, jotka esittelivät kunkin tieteen attribuutteja. Sens, Laon, Friburg ja Rouen ovat Ranskassa kaupunkeja, joissa kirkkojen lasimaalauksissa tai veistoksissa 1200-luvulta Astronomiaa esittävä nainen pitelee käsissään astrolabia.