Rubu tahtası

Rubu tahtası ya da sinüs kadranı (Arapça: Rubul mujayyab, ), Batlamyusun yüksekliklerin ölçülmesi için öngördüğü büyük çaplı duvar kadranlarından ilham alınarak İslam astronomları tarafından geliştirilmiş ve asırlarca kullanılmış bir araçtır. İslam dünyasında bilinen en eski duvar kadranı 5 m. yarıçapında olup milattan sonra IX. yüzyılda Şam'da kullanılmıştır. X. yüzyılda Rey şehrinde Hamid b. Hıdır el-Hucendi tarafından yapılan ve es-Südüsül-fahri adı verilen 20 m. çapındaki duvar kadranı bilinmektedir. Uluğ Beyin XV. yüzyılın ilk yarısında yaptırmış olduğu 40 m. çapındaki kadran Semerkanttaki gözlem evinde kullanılmıştır. Rubu tahtası olarak adlandırılan taşınabilir kadranlar ilk defa XI veya XII. yüzyıllarda adı bilinmeyen Müslüman bir astronom tarafından muhtemelen Mısırda gerçekleştirilmiştir.
Arapça adı, Arapça "çeyrek" anlamına gelen "rub" ve "sinüsle işaretlenmiş" anlamındaki "mujayyab" kelimelerinden gelmektedir. King'e döre rubu tahtası, Harezmi tarafından 9. yüzyıl Bağdat'ında tarif edilmiştir.
Tanımı ve kullanılması
Usturlaptan esinlenerek yapılan astrolobik rubu tahtası XIV. yüzyıla ait olup Mısırlı astronom Muhammed b. Ahmed el-Mizzi tarafından geliştirilmiştir. Bu tipin, arkasında trigonometrik hesaplamalar yapılabilen cinsleri Osmanlı Devletinde muvakkithanelerde namaz vakitlerini tayin eden muvakkitler ve camilerin kıble yönünü belirlemek isteyenlerin yanında, uzaklık, açı, yükseklik ve eğim ölçmek isteyen mimarlar tarafından da kullanılmıştır. Daha önceki müslüman müelliflerin bahsetmediği bu küçük çaplı Rubu tahtaları Osmanlılar tarafından geliştirilmiş ve genellikle usturlabın yerine kullanılmıştır. Avrupada ise ancak 1600lü yıllardan itibaren astronomların rubu tahtası kullandığı bilinmektedir.
Stereometrik izdüşüm kurallarına göre geç Helenistik dönemde geliştirilen ve erken Ortaçağda mükemmel hale gelen düzlemküresel (planisferik) usturlap XIII. yüzyılda ilkin ikiye, daha sonra dörde katlanarak dörtte bir anlamına gelen rubu tahtası haline dönüştü (şekil 1). Bu dönüşümle birlikte dairesel usturlabın yapı, fonksiyon ve uygulanış biçimi değiştiği gibi özgün bünyesine yeni unsurlar katılmış oldu. Rubu tahtası Osmanlı devrinde zaman ve yön sorunlarının çözümünde başarıyla uygulandı. Aletin XIX. yüzyılın sonuna kadar Osmanlı hakimiyetindeki yerlerde kullanıldığı günümüzde mevcut örneklerden anlaşılmaktadır. Modern teknolojinin bir sonucu olarak Cumhuriyet döneminde unutulmuş olan bu alet dairesel usturlabın aksine yeterince incelenmemiştir.
Usturlap yüzeyinin dörde katlanması neticesinde yer tasarrufu sağlanır, ayrıca çok katlı ve yoğun bir ölçü aleti de elde edilmiş olur. Rubu tahtasında kadran geleneksel usturlapta olduğu gibi madeni bir levha yerine üzeri kağıt kaplı sert tahtadan imal edilir. Aşınmaması ve üzerindeki çizimlerin bozulmaması için kağıdın yüzeyine lak sürülür. Rubu tahtasının ön yüzeyine rubul-mukantarat, arka yüzeyine rubul-müceyyeb adı verilir.
A) Rubu tahtasının rubul-mukantarat yüzeyi ve kullanımı. Dairesel usturlabın çevresinde yer alan 360 açı ve zaman taksimatı çeyrek dairesel kadran yüzeyinin dış kenarında, ufkun altındaki saatlere ilişkin zaman eğrileri ise rubu tahtası kadranının merkezindeki bölgede yer alır (şekil 2). Rubu tahtasında dairesel usturlapta güneşin hareketini belirleyen örümceğin (ankebut) yerini, kadranın dik noktasına açılan bir delikten geçerek aletin her iki yüzeyinde işlem yapabilmeyi sağlayan bir ipin üzerinde serbest kayarak marka görevini üstlenen bir boncuk alır. Geleneksel usturlapta örümcek üzerinde temsil edilen güneşin burçlar çemberi, rubu tahtasında kadrana iki parça şeklinde çizilen ve her bir noktası iki farklı tarihi belirten sabit bir tutulum çemberiyle ifade edilir. Buna karşılık usturlapta çeşitli sabit yıldızların konumunu işaret eden noktalar rubu tahtasında ayrıca belirtilmez. Rubu tahtasının mukantarat yüzünde aşağıda belirtilen astronomik ölçüm ve hesaplar yapılabilir:
a) Güneş tutulum boylam açısı (zaviye-i tul-i şems-i husuf) λnın belirlenmesi.
Rubu tahtasında ikisi çakışık dört yay parçası ile temsil edilen tutulum dairesi üzerinde on iki burcun yeri bellidir (şekil 3). Her burca 30 ve her güne 1 karşı düşürüldüğüne göre burçlar dairesinde bir yıl 12 30 = 360 gün olarak değerlendirilir. Bu yaklaşıklık sebebiyle güneş tutulum boylam açısının belirlenmesinde en çok beş günlük bir hata yapılmış olur. Güneş Koç burcuna Mart ayının 20-21 gecesinde (Rumi takvimde 7-8 Mart) girdiğine göre ölçüm yapılacak takvim günüyle bu tarih arasındaki gün farkı alınır ve fark otuza bölünerek hangi günde bulunulduğu tespit edilir. Bulunan tarihe göre tutulum dairesi üzerindeki λ açısı belirlenerek ipin üzerindeki marka bu noktaya getirilir. Böylece bir boncukla ifade edilen güneşin rubu tahtasında gün boyunca (ipin merkez noktası etrafında) izleyeceği dairesel yörüngeyle ifade edilmiş olur.
b) Yükselim açısı (zaviye-i irtifa-ı şems) δ, güneşin doruk yüksekliği H ve bulunulan yerin boylam açısı φnin belirlenmesi.
Şekil 4te görüldüğü gibi yükselim (deklinasyon) δ, güneş doruk yüksekliği H ve boylam φ açıları arasında
ilişkisi geçerlidir.
Buna göre şekil 5te olduğu gibi ip gergin tutularak, 1. ada belirlenen λ güneş tutulum boylam açısına göre ayarlanan marka ile birlikte öğle doğrusu yönüne doğru çevrilir. Öğle doğrusunda eşlek (ekvator, hatt-ı üstüva) yayı ile marka arasındaki yükseklik farkı δ yükselim açısını, markanın altından geçen yükseklik yayı ise güneşin H doruk yüksekliğini belirler. Bu değerler kadranın öğle doğrusu boyunca uzanan göstergeden doğrudan doğruya okunabilir. Rubu tahtalarında genellikle Yengeç Dönencesi yayının hemen üzerinde bir de yükselim yayı mevcuttur. Eğer şekil 6daki SNM dik üçgenine sinüs teoremi uygulanırsa SN yayı λ tutulum boylam açısına, SM yayı δ yükselim açısına ve SNM açısının ε tutulum yüzeyinin eğiklik açısına eşit olduğundan
ilişkisi elde edilir. Yükselim yayı bu ilişkiye göre ölçeklendirilmiştir. 1. ada λ açısının ayarlanması ile birlikte sin ε sabit olduğundan δ açısı anında ipin altında yükselim yayından okunabilir. Okunan açı 0 < λ < 180 için pozitif, 180 < λ < 360 için negatif olarak alınır. δ ve H belirlenince bulunulan yerin φ boylam açısı da (1) ilişkisinden hesaplanır. Örneğin İstanbulda δ = 0 için H = 49 okunur ve φ = 90 - H = 41 hesaplanır.
c) Zaman ölçümleri. Usturlaplarda zaman ölçümleri açı ölçümlerine dayanır. Usturlap ekranında 360 ≡ 24 saat ≡ 1440 dakikaya karşı düştüğüne göre 1 ≡ 4 dakika anlamına gelir. Rubu tahtası üzerinde zaman belirleme işlemleri aşağıda belirtilen işlemlerle gerçekleştirilir:
1. Yarı gün farkı Fnin belirlenmesi. Senede iki defa gece ve gündüz süreleri eşit ve gündüz süresi T = 180 = 12 saate eşittir. Yaz günlerinde gündüz süresi 2 (T/2-90) kadar uzar, kış günlerinde ise 2 (90-T/2) kadar kısalır (şekil 7). Bu farkın yarısı F= ± (T/2-90) yarı gün farkı olarak adlandırılır ve λ güneş tutulum boylam açısının belirlenmesiyle ufuk yayı ile doğu-batı doğrusu arasındaki açıdan kolaylıkla elde edilir.
2. Güneş yüksekliği hnın belirlenmesi. Bunun için rubu tahtasının sol kenarındaki iki çıkıntı güneşe doğru yönlendirilir. Kadran avuç içinde çevrilirken serbest bırakılan ip çekül ağırlığı ile gergin sarkıtılır. İlk çıkıntının gölgesi ikinci çıkıntıyı gölgelediği an güneş yüksekliğine karşı düşen h açısı ipin üzerindeki boncuğun altındaki yükseklik yayından okunur (bk. şekil 8).
3. Bulunulan t zamanının belirlenmesi. İpin üzerindeki boncuk, 1. ada belirlenen λ güneş tutulum boylam açısı üzerinde bulunmak üzere gergin tutularak 2de okunan h yükseklik dairesinin üzerine gelinceye kadar çevrilir. Bu noktada yükseklik yayında ölçülen açı t zamanını belirler (şekil 8). Ancak rubu tahtasının şekil 9 gereği dörde katlanmış bir dairesel usturlap olduğu göz önünde bulundurularak t zamanı yükseklik yayında ölçülür. Günümüzde kullanılan standart saat sistemi şekil 9da usturlap çevresinde iç sıradaki kırmızı rakamlarla ifade edilmiştir. Ancak burada ölçülen değer güneş saatlerinde ölçülen görünür güneş zamanı olduğuna göre bulunan değere boylam farkını ve zaman düzeltisini işaretiyle ilave etmek gerekir.
Güneşin batışını günün başlangıcı kabul eden ezani saatlerin tespitinde hangi k kadranında ölçüm yapıldığı göz önünde bulundurularak
ilişkisiyle belirlenir. Bu arada ezani saatlerin 2 12 saatten oluştuğunu unutmamak gerekir. Şekil 9da, yılın belirli bir günü için ezani saatler dış sıradaki siyah rakamlarla ifade edilmiştir.
Ayrıca gün ve gecenin ayrı ayrı on iki saate bölünerek elde edilen zamani saatler tanımlanır. Dairesel usturlapta ufkun altındaki gece süresi on iki eşit parçaya ayrılmış olduğundan zamani saatler kolaylıkla belirlenir (bk. şekil 9). Rubu tahtasında bu bölge dörde katlanma sebebiyle çizilemediğinden onun yerine dik açının bulunduğu köşede yer alan altı adet yaydan yararlanılır.
Zamani saatlerin güneş yüksekliğini elde etmek için ilkin güneş tutulum boylam açısı λya ilişkin güneş doruk yüksekliği H bulunur (bk. 1b). İp yükseklik yayından H yükseklik açısına ve boncuk KU yarı çaplı dairenin üzerinde D noktasına gelecek şekilde ayarlanır (şekil 10). Bunun neticesinde ip gergin çevrilirken boncuk merkezdeki 1-6 daireleri üzerinden geçer ve yükseklik yayında zamani saatlere ilişkin h güneş yükseklikleri doğrudan okunabilir. Ara saatler ara kestirimle (interpolasyon) belirlenir.
Bazı rubu tahtalarında güne bağlı olarak zamani saatlerin kaç dereceye karşı düştüğünü veren bir eğri bulunur. Boncuk λya göre ayarlandıktan sonra zamani saat eğrisi üzerine getirilir ve bu açı doğrudan yükseklik yayından okunur.
4. Namaz vakitlerinin belirlenmesi. Öğle namazı (zuhr). Güneş, H doruk yüksekliğine eriştiği ya da güneş saatinde gölgenin en kısa olduğu anda kılınır. Bu da rubu tahtasında güneşin boylam ya da öğle doğrusu üzerinden geçtiği zamana karşı düşer.
İkindi namazı (asr). Asr-ı evvel ve asr-ı sani olarak tanımlanan iki zaman aralığında kılınır. Güneş doruk yüksekliği Hnin bilinmesi halinde h1 asr-ı evvel güneş yüksekliği öğle çubuk gölgesine bir ve h2 asr-ı sani güneş yüksekliği iki çubuk boyu eklenerek
ilişkilerinden hesaplanır.
Rubu tahtasında genellikle H güneş doruk yüksekliğinin ayarlanması halinde h1 ve h2 açıları (4) ve (5) ilişkileri gereği yükseklik yayına eş odaklı iki yay üzerinde doğrudan okunabilir.
Akşam namazı (mağrib). Güneş ufukta kaybolduktan sonra kılınır. Ezani saate göre güneşin batması ile saat 12 ya da 0 olur ve yeni bir gün başlar. Rubu tahtasında bu zaman ufuk eğrisiyle belirlenir. Ancak güneşin battığından emin olmak için belirlenen değere genellikle 1lik zaman süresi eklenir.
Yatsı namazı (şafak). Güneşin ufkun altına 17 indiği zaman olarak tanımlanır. Bu zaman rubu tahtasında genellikle çizili olan ve λ açısına bağlı olarak ölçülen şafak eğrisinden yararlanılarak belirlenir.
Sabah namazı (subh). Güneş doğduğu anda sona erecek şekilde başlatılır. Bu zamanı belirlemede şafak eğrisinde olduğu gibi özel bir eğriden yararlanılır.
Yukarıda tanımlanan zamanların dışında rubu tahtasında imsak zamanı ve bayram namazıyla ilgili iki eğri daha bulunur. İmsak, ramazanda güneşin sabah doğmadan ufka 19 yaklaştığı zaman olarak tanımlanır. Bayram namazı ise güneş ufkun üzerine 5 yükselince başlatılır. İlki imsak eğrisi, ikincisi 5lik yükseklik yayı ile belirlenir.
5. Kıble yönünün belirlenmesi. Rubu tahtasının İstanbul için çizildiğini var sayalım. İstanbul ve Mekkeden geçen büyük daire güneye doğru α1 = 29, doğuya doğru 90 - α1 = 61lik bir açı yapar (şekil 11). Buna göre güneş 61lik genişlik dairesini (azimut) kestiği noktada Mekke yönüne yöneliktir.
B) Rubu tahtasının rubul-müceyyeb yüzeyi ve kullanımı. Rubu tahtasının arka yüzünde bir çeyrek daire parçası ile bu daire parçasının dik kenarları çap alınarak çizilen iki yarım dairede yer alan, rubul-müceyyeb adı verilen bir çizim bulunur (şekil 12). İslam astronomları ve bilim adamları, bu çizimin geometrik özelliklerinden yararlanarak açıların trigonometrik değerlerini ve trigonometrik değerlerden açıları elde edebiliyor ve bazı trigonometrik denklemlerin nümerik çözümlerini bulabiliyorlardı. Ayrıca bu çizim yardımıyla iki veya daha fazla sayıyı çarpma, bölme, kare ve karekök alma, küp ve küpkök alma gibi işlemleri de kolaylıkla gerçekleştirebiliyorlardı.
Geometrik özellikleri göz önünde bulundurarak rubul-müceyyeb yukarıda belirtilen hesapların yapılmasında şu şekilde kullanılır:
a) Açıların sinüs ve kosinüs değerlerinin belirlenmesi ya da verilen trigonometrik değerlerden açıların bulunması. Çeyrek dairenin kenarı 0,5lik 180 adet küçük, 1lik 90 adet orta ve 5lik 18 adet büyük taksimata, çeyrek dairenin kenarları ise her birinin 5 alt taksimatı bulunan 12 taksimata ayrılmıştır. Buna göre yarıçap 5 12 = 60 taksimata bölünmüştür. Burada 60 sayısı 2, 3, 5 ve katlarına bölünebildiğinden sadece 2 ve 5in katlarına bölünen 100 sayısına tercih edilmiştir.
Rubu tahtasının her iki tarafındaki ölçümlerde kullanılan, her iki ucunda birer çekül bulunan ip çeyrek dairenin merkezindeki delikten geçer. Şekil 13te görüldüğü gibi ip gergin biçimde tutulur ve yarım daire üzerinde trigonometrik fonksiyon değeri aranan α açısına karşı düşen H noktasına getirilirse trigonometrik ilişkilerden kolayca gösterilebileceği gibi, H noktasından OS ve OC çeyrek daire kenarlarına çizilen paralel HC1 ve HS1 doğrularının belirlediği OC1 ve OS1 mesafeleri cos2α ve sinα değerlerini, OH ipinin OC çaplı daireyi kestiği N noktasından OS ve OC doğrularına çizilen paralellerin belirlediği OC2 ve OS2 mesafeleri cos2α ve sinα. cosα değerlerini, OH ipinin OS çaplı yarı daireyi kestiği M noktasından OS ve OC doğrularına çizilen paralellerin belirlediği OC3 ve OS3 mesafeleri sinα. cosα ve sin2α değerlerini verir. Aynı şekilde OC ve OS kenarlarından ayarlanan trigonometrik ifadelere karşı düşen α açıları ters işlemlerle belirlenebilir.
b) Çarpma ve bölme işlemleri. İpin herhangi bir H konumu ve OH üzerindeki M noktası için benzer üçgenlerden (şekil 14) OM/OH = OM'/OH' oranı yazılabileceğine göre OH = 1, OH' = x ve OM = y için OM' = x. y çarpımı elde edilir. Buna göre OS üzerinde x değeri OH' mesafesi olarak alınır ve OC' ne paralel H'H doğrusunun SC yayını kestiği H noktası belirlenirse ipin üzerinde alınacak olan OM = y mesafesinin OS kenarına izdüşümü aranan x. y çarpımını verir. Bu hesap yönteminde x ve y değerleri 0,1 ile 1 arasında seçilir ve sayıların üsleri ayrıca değerlendirilir.
Bölme işlemlerinde OH = 1, OH' = y ve OM' = x alınarak (bk. şekil 15) OM = x/y oranı elde edilir. Bunun için x < y olmak üzere OS üzerinde x ve y mesafeleri alınır OCye paralel HH' doğrusunun belirlediği OM mesafesi aranan x/y oranını verir. Eğer x > y ise oran 1den küçük olacak, x ve y değerleri 0,1 ile 1 arasında değişecek şekilde 10un katlarıyla çarpılır ve sonuçta bu çarpılan değerler göz önünde bulundurulur.
Çarpma ve bölme işlemlerinin trigonometrik ifadelere uygulanması tanjant, kotanjant, sekant ve kosekant türü trigonometrik değerlerin hesaplanmasını mümkün kılar.
c) Kare ve karekök alma işlemleri. Kosinüs dairesi içindeki OMC dik üçgeni için geçerli OM2 = OM'' OC ilişkisinden (şekil 16) OM = x ve OC = 1 için OM'' = x2 olarak bulunur. Buna göre eğer OS üzerinde x değeri alınır ve bu değer gergin iple kosinüs dairesi üzerine taşınırsa OSye paralel MM'' doğrusu OC kenarında aranan x2 değerini verir.
Bu işlem ters yönde gerçekleşirse OC üzerinde ayarlanan sayının karekökü bulunur. Bu işlemler için şekil 16da görüldüğü gibi sinüs dairesi de kullanılabilir. Burada da karesi veya karekökü aranan sayının değerinin 0,1 ile 1 arasında bulunmaması halinde sayı 10un katlarıyla çarpılır ve işlem bu katlara uygulanarak elde edilen sonuca aksettirilir.
d) Küp ve küpkök alma işlemleri. Kare alma işleminde olduğu gibi küpü alınacak olan değer OS kenarında ayarlanır. Şekil 16da görüldüğü gibi OS kenarına paralel MM'' doğrusunun belirlediği H ve N noktaları için benzer üçgenlerden NN'/HH' = ON/OH oranı yazılabilir. HH' = x2, ON = x, OH = 1 alındığında NN' = ON'' = x3 bulunur.
Küpkök alma işlemi ters işlem olarak doğrudan doğruya gerçekleşemez. Küpkökü alınacak olan x sayısı OC üzerinde ayarlanır (şekil 17). Küpkökün yaklaşık değeri OS üzerinde alınarak küp alma işlemindeki işlemler M''M doğrusuna göre gerçekleşir ve gerçek küpkökten daha büyük ve küçük değerlerde olduğu gibi OSye paralel olmayan 1 ve 2 doğruları elde edilir. Ara kestirim sonucu OSye paralel HNN'' doğrusu belirlenerek x2/3 ve x1/3 değerleri bulunur.
e) Asr-ı evvel, asr-ı sani zamanlarının belirlenmesi. Bunun için rubul-müceyyebde iki eğri bulunur. İkindi namazı başlığı altında gösterildiği gibi asr-ı evvel ve asr-ı sani zamanlarındaki güneş yükseklikleri öğle güneş yüksekliği cinsinden (4) ve (5) ilişkileriyle ifade edilebilir.
Eğer h1 ve h2 açılarının bilindiği ve OS1 = M1H1, 2 OS2 = M2H2 olduğu farzedilirse, şekil 18den
ifadeleri yazılabilir. Buna göre M1 ve M2 noktalarının H açısı cinsinden yer eğrisi
olarak elde edilir. Bu eğriler kadrana çizilmiş olduğundan ip H açısına ayarlanır ve ipin eğrileri kestiği M1 ve M2 noktalarından OC kenarına M1H1 ve M2H2 paralelleri çizilirse OH1 ve OH2 yönleri h1 ve h2 açılarını belirler.
Rubul-müceyyeb ile özellikle h güneş yüksekliği bulunulan yerin φ enlemi, δ yükselim (deklinasyon) ve t zaman açısı cinsinden veren
ilişkisi; δ yükselim açısının λ güneş derecesi ve ε tutulum düzlemi (ekliptik) açısı cinsinden veren (10) türü ifadeler kolaylıkla hesaplanabilir. Bu hesapları kolaylaştırmak için rubul-müceyyeblerde genellikle 23,5lik ε tutulum ve örneğin İstanbul için φ = 41lik enlem yayı kadrana önceden işlenir. Böylece bu ifadelerle ilgili çarpma ve bölme işlemlerinde kolaylık sağlanır. Rubu tahtası zaman ve yön tayininde kullanılmış sağlam, hassas ve güvenli bir gözlem, ölçü ve hesap aletidir.