الربع (أداة)

الربع الدائري أداة تُستخدم لقياس الزوايا حتى 90 درجة . يمكن استخدام نسخ مختلفة من هذه الأداة لحساب قراءات متنوعة، مثل خط الطول وخط العرض ووقت اليوم . اقترحها بطليموس لأول مرة كنوع أفضل من الأسطرلاب . ^{[ 1 ]} وقد أنتج علماء الفلك المسلمون في العصور الوسطى عدة أشكال مختلفة من هذه الأداة لاحقًا . كانت الأرباع الدائرية الجدارية أدوات فلكية مهمة في المراصد الأوروبية في القرن الثامن عشر ، مما رسخ استخدامها في علم الفلك الموضعي .

يشير مصطلح " الربع" ​​إلى حقيقة أن النسخ الأولى من هذه الأداة كانت مشتقة من الأسطرلابات. وقد كثّف الربع آلية عمل الأسطرلاب في مساحة تعادل ربع حجم وجه الأسطرلاب؛ أي أنه كان في الأساس ربع الأسطرلاب.

خلال العصر الريجفيدي في الهند القديمة، استُخدمت أرباع تُسمى "توريام" لقياس مدى كسوف الشمس العظيم. وُصف استخدام التوريام لمراقبة كسوف الشمس من قِبل الحكيم أتري في الماندالا الخامسة من الريجفيدا ، ^{[ 2 ] [ 3 ]} على الأرجح بين عامي 1500 و1000 قبل الميلاد تقريبًا. ^{[ 4 ]}

تعود أقدم الروايات عن الربع الدائري إلى كتاب المجسطي لبطليموس حوالي عام 150 ميلادي. وصف بطليموس "قاعدة" لقياس ارتفاع الشمس عند الظهيرة عن طريق إسقاط ظل وتد على قوس مدرج بزاوية 90 درجة. ^{[ 5 ]} كان هذا الربع الدائري مختلفًا عن النسخ اللاحقة من الأداة؛ فقد كان أكبر حجمًا ويتكون من عدة أجزاء متحركة. كان إصدار بطليموس مشتقًا من الأسطرلاب، وكان الغرض من هذا الجهاز البدائي قياس زاوية الزوال للشمس. 

طوّر علماء الفلك المسلمون في العصور الوسطى هذه الأفكار، وصنعوا أرباعًا فلكية في أنحاء الشرق الأوسط، في مراصد مثل مراغة والري وسمرقند . في البداية ، كانت هذه الأرباع كبيرة الحجم وثابتة، ويمكن تدويرها إلى أي اتجاه لتحديد كل من الارتفاع والسمت لأي جرم سماوي. ^{[ 5 ]} ومع تقدم علماء الفلك المسلمين في النظرية الفلكية ودقة الرصد ، يُنسب إليهم تطوير أربعة أنواع مختلفة من الأرباع الفلكية خلال العصور الوسطى وما بعدها. أولها ربع الجيب ، الذي اخترعه محمد بن موسى الخوارزمي في القرن التاسع الميلادي في بيت الحكمة ببغداد. ^{[ 6 ] : 128} أما الأنواع الأخرى فهي الربع العالمي، والربع الساعي، وربع الإسطرلاب.

خلال العصور الوسطى، انتشرت معرفة هذه الأدوات إلى أوروبا. وفي القرن الثالث عشر، كان لعالم الفلك اليهودي يعقوب بن ماخير بن تيبون دورٌ محوري في تطوير الربع الدائري. ^{[ 7 ]} كان يعقوب فلكيًا بارعًا، وقد ألّف العديد من المجلدات حول هذا الموضوع، بما في ذلك كتابٌ مؤثر يشرح بالتفصيل كيفية بناء واستخدام نسخة محسّنة من الربع الدائري. عُرف الربع الدائري الذي اخترعه باسم " نوفوس كوادرانس" أو الربع الدائري الجديد. ^{[ 8 ]} كان هذا الجهاز ثوريًا لأنه كان أول ربع دائري يُصنع دون أجزاء متحركة متعددة، وبالتالي كان أصغر حجمًا وأكثر سهولة في الحمل.

تُرجمت مخطوطات تيبون العبرية إلى اللاتينية، وجرى تحسينها على يد العالم الدنماركي بيتر نايتنجيل بعد عدة سنوات. ^{[ 9 ] [ 10 ]} وبفضل هذه الترجمة، أصبح تيبون، أو بروفاتيوس جودايوس كما عُرف باللاتينية، اسمًا ذا تأثير كبير في علم الفلك. استند ربع الدائرة الجديد الذي ابتكره إلى فكرة أن الإسقاط المجسم الذي يُحدد الأسطرلاب الكروي المستوي يظل فعالًا حتى لو طُويت أجزاء الأسطرلاب في ربع دائرة واحد. ^{[ 11 ]} وكانت النتيجة جهازًا أرخص بكثير وأسهل استخدامًا وأكثر قابلية للحمل من الأسطرلاب التقليدي. كان لعمل تيبون أثرٌ واسع النطاق، إذ أثّر في كوبرنيكوس وكريستوفر كلافيوس وإيراسموس راينهولد ؛ كما ذُكرت مخطوطته في الكوميديا ​​الإلهية لدانتي . ^{[ 7 ]}

مع تقلص حجم الربع الدائري، وبالتالي سهولة حمله، سرعان ما برزت أهميته في الملاحة. أول استخدام موثق للربع الدائري في الملاحة البحرية يعود إلى عام 1461، على يد ديوغو غوميز . ^{[ 12 ]} بدأ البحارة بقياس ارتفاع نجم القطب الشمالي (بولاريس) لتحديد خط عرضهم. يُعزى هذا الاستخدام للربع الدائري عمومًا إلى البحارة العرب الذين كانوا يتاجرون على طول الساحل الشرقي لأفريقيا، وكثيرًا ما كانوا يسافرون بعيدًا عن أنظار اليابسة. وسرعان ما أصبح من الشائع قياس ارتفاع الشمس في وقت محدد، نظرًا لأن نجم القطب الشمالي لا يُرى جنوب خط الاستواء.

في عام ١٦١٨، قام عالم الرياضيات الإنجليزي إدموند غونتر بتطوير الربع الدائري باختراع عُرف باسم ربع غونتر. ^{[ ١٣ ]} كان هذا الربع الدائري صغير الحجم ثوريًا لأنه كان مُنقوشًا عليه إسقاطات المناطق المدارية، وخط الاستواء، والأفق، ودائرة البروج . وباستخدام الجداول الصحيحة، كان بالإمكان استخدام الربع الدائري لتحديد الوقت والتاريخ وطول الليل والنهار ووقت شروق الشمس وغروبها وخط الزوال. كان ربع غونتر مفيدًا للغاية، لكنه لم يخلُ من العيوب؛ إذ كانت المقاييس تنطبق فقط على خط عرض مُحدد، مما حدّ من استخدام الجهاز في البحر.

توجد عدة أنواع من الأرباع:

• الأرباع الجدارية ، تُستخدم لتحديد الوقت عن طريق قياس ارتفاعات الأجرام السماوية. ابتكر تيكو براهي أحد أكبر الأرباع الجدارية. ولتحديد الوقت، كان يضع ساعتين بجانب الربع الجداري ليتمكن من تحديد الدقائق والثواني بالنسبة للقياسات الموجودة على جانب الجهاز. ^{[ 14 ]}
• أجهزة كبيرة تعتمد على الإطار تستخدم لقياس المسافات الزاوية بين الأجرام الفلكية.
• الربع الهندسي المستخدم من قبل المساحين والملاحين .
• ربع ديفيس هو أداة مدمجة ذات إطار يستخدمها الملاحون لقياس ارتفاع جسم فلكي.

ويمكن تصنيفها أيضًا على النحو التالي: ^{[ 15 ]}

• الارتفاع – ربع دائرة بسيط مزود بخط رأسي، يستخدم لقياس ارتفاع جسم ما.
• جهاز قياس زاوية ميل المدفعي - نوع من أجهزة قياس زاوية ميل المدفعي يستخدمه المدفعي لقياس زاوية الارتفاع أو الانخفاض لسبطانة المدفع أو الهاون، وذلك للتحقق من زاوية الارتفاع الصحيحة لإطلاق النار، وللتحقق من المحاذاة الصحيحة لأجهزة التحكم في إطلاق النار المثبتة على السلاح.
• ربع دائرة غونتر – ربع دائرة يُستخدم لتحديد الوقت، وطول النهار، وموعد شروق الشمس وغروبها، والتاريخ، وخط الزوال، وذلك باستخدام مقاييس ومنحنيات الربع وجداولها ذات الصلة. اخترعه إدموند غونتر عام 1623. تميز ربع دائرة غونتر ببساطته، مما سمح باستخدامه على نطاق واسع ولفترة طويلة في القرنين السابع عشر والثامن عشر. قام غونتر بتطوير الميزات الأساسية لأرباع الدوائر الأخرى ليُنشئ أداةً عمليةً وشاملة. ^{[ 16 ]} ومن أبرز سماته إسقاطات المدارين، وخط الاستواء، ودائرة البروج، والأفق. ^{[ 13 ]}
• الإسلام – حدد الملك أربعة أنواع من الأرباع التي وضعها علماء الفلك المسلمون. ^{[ 6 ]}

1. استُخدم الربع الجيبي (بالعربية: الربع المجيب) - المعروف أيضًا بالربع الجيبي - لحل مسائل حساب المثلثات وإجراء الرصد الفلكي. طُوّر هذا الربع على يد الخوارزمي في بغداد خلال القرن التاسع الميلادي، وظلّ شائع الاستخدام حتى القرن التاسع عشر. يتميز الربع الجيبي بشبكة تشبه ورق الرسم البياني على أحد جانبيه، مُقسّمة إلى ستين فاصلًا متساويًا على كل محور، ومُحاطة بقوس مُدرّج بزاوية 90 درجة. كان يُربط خيط برأس الربع الجيبي، مع خرزة للحساب، وخيط رأسي. كما كان يُرسم أحيانًا على ظهر الأسطرلابات.
2. الربع العالمي (الشكازي) - يُستخدم لحل المسائل الفلكية لأي خط عرض: تحتوي هذه الأرباع على مجموعة واحدة أو مجموعتين من شبكات الشكازي، وقد طُوّرت في القرن الرابع عشر في سوريا. كما تُطبع صورة الربع العالمي على ظهر بعض الأسطرلابات ، مثل الأسطرلاب الذي ابتكره ابن السراج.
3. الربع الساعي - يُستخدم لتحديد الوقت بالنسبة للشمس: يُمكن استخدام الربع الساعي لتحديد الوقت إما بساعات متساوية أو غير متساوية (طول النهار مقسومًا على 12 ساعة). صُممت مجموعات مختلفة من العلامات لكل من الساعات المتساوية وغير المتساوية. لقياس الوقت بساعات متساوية، كان الربع الساعي يُستخدم فقط عند خط عرض محدد، بينما يُمكن استخدام ربع الساعات غير المتساوية في أي مكان بناءً على صيغة تقريبية. كان يجب محاذاة أحد أطراف الربع مع الشمس، وبمجرد المحاذاة، تُشير حبة على خيط الشاقول المُثبت في مركز الربع إلى وقت اليوم. عُرضت نسخة بريطانية مؤرخة عام 1311 في مزاد كريستيز في ديسمبر 2023، مع ادعاء أنها "أقدم أداة علمية إنجليزية مؤرخة" دون ذكر أي مصدر. ^{[ 17 ]} يوجد مثال آخر مؤرخ عام 1396، من مصادر أوروبية ( ريتشارد الثاني ملك إنجلترا). ^{[ 18 ]} عُثر على أقدم ربع دائرة ساعيّة خلال حفريات عام 2013 في مدينة زوتفن الهانزية (هولندا)، ويعود تاريخها إلى حوالي عام 1300، وهي موجودة في متحف ستيديليك المحلي في زوتفن. ^{[ 19 ] [ 20 ]}
4. ربع الدائرة الأسطرلابية/ المُقَرِّنة – ربع دائرة مُطوَّرة من الأسطرلاب: كان هذا الربع مُعلَّمًا بنصف لوحة الأسطرلاب النموذجية، نظرًا لتناظر لوحات الأسطرلاب. وكان يُحرَّك خيطٌ مُتصلٌ من مركز الربع بخرزةٍ في الطرف الآخر لتمثيل موقع جرم سماوي (الشمس أو نجم). وكانت مواقع دائرة البروج والنجوم مُعلَّمة على الربع لهذا الغرض. لا يُعرف مكان وزمان اختراع ربع الدائرة الأسطرلابية، وأرباع الدوائر الأسطرلابية الموجودة إما من أصل عثماني أو مملوكي، بينما تم اكتشاف رسائل مصرية من القرن الثاني عشر ورسائل سورية من القرن الرابع عشر حول ربع الدائرة الأسطرلابية. وقد أثبتت هذه الأرباع شعبيتها الكبيرة كبديل للأسطرلاب.

الربع الهندسي عبارة عن لوحة ربع دائرية مصنوعة عادةً من الخشب أو النحاس. قد تُطبع العلامات على سطحها على ورق وتُلصق بالخشب، أو تُطلى مباشرةً على السطح. أما الآلات النحاسية، فكانت علاماتها تُنقش مباشرةً على النحاس.

بالنسبة للملاحة البحرية، عُثر على أقدم الأمثلة حوالي عام 1460. لم تكن هذه الأدوات مُدرّجة بالدرجات، بل كانت تحمل خطوط العرض لأكثر الوجهات شيوعًا مكتوبة مباشرةً على طرفها . عند استخدامها، كان الملاح يُبحر شمالًا أو جنوبًا حتى يُشير الربع الدائري إلى أنه عند خط عرض الوجهة، ثم يستدير في اتجاه الوجهة ويُبحر إليها مُحافظًا على مسار خط عرض ثابت. بعد عام 1480، صُنعت المزيد من هذه الأدوات بأجزاء مُدرّجة بالدرجات. ^{[ 21 ]}

على طول أحد الحواف كان هناك شيئان يشكلان أداة توجيه . تم تعليق خيط رأسي بواسطة خط من مركز القوس في الأعلى.

لقياس ارتفاع نجم، كان الراصد ينظر إليه من خلال المنظار ويمسك بالربع الدائري بحيث يكون مستوى الجهاز عموديًا. وكان يُترك خيط الشاقول معلقًا عموديًا، ويشير الخط إلى القراءة على تدريجات ​​القوس . وكان من الشائع أن يقوم شخص ثانٍ بأخذ القراءة بينما يركز الأول على المراقبة وإمساك الجهاز في الوضع الصحيح.

كانت دقة الجهاز محدودة بحجمه وبتأثير الرياح أو حركة الراصد على خيط الشاقول. بالنسبة للملاحين على سطح سفينة متحركة، قد يكون من الصعب التغلب على هذه القيود.

رصد الشمس

لتجنب التحديق في الشمس لقياس ارتفاعها، كان بإمكان الملاحين حمل الجهاز أمامهم مع توجيه الشمس إلى جانبهم. وبجعل ريشة التوجيه المواجهة للشمس تُلقي بظلها على ريشة التوجيه السفلية، كان من الممكن محاذاة الجهاز مع الشمس. وكان لا بد من توخي الحذر لضمان تحديد ارتفاع مركز الشمس، ويمكن القيام بذلك عن طريق حساب متوسط ​​ارتفاعات الظل العلوي والسفلي في منطقة الظل.

استُخدمت الأرباع الكبيرة الحجم في القياسات الفلكية، ولا سيما لتحديد ارتفاع الأجرام السماوية . ويمكن أن تكون هذه الأرباع مثبتة بشكل دائم، مثل الأرباع الجدارية . أما الأرباع الأصغر حجماً، فيمكن نقلها. ومثل السدسيات الفلكية المماثلة ، يمكن استخدامها في مستوى رأسي أو تعديلها لتناسب أي مستوى.

عند وضعها على قاعدة أو حامل آخر، يمكن استخدامها لقياس المسافة الزاوية بين أي جسمين سماويين.

إن تفاصيل بنائها واستخدامها هي نفسها بشكل أساسي تلك الخاصة بالسدسات الفلكية ؛ راجع تلك المقالة لمزيد من التفاصيل.

البحرية: يُستخدم جهاز قياس زاوية الارتفاع لمدافع السفن، حيث يُوضع على محور كل مدفع لتقدير المدى بعد التلقيم. تُؤخذ القراءة عند أعلى ميل للسفينة، ثم يُعدّل المدفع ويُفحص مرة أخرى عند أعلى ميل، ثم ينتقل إلى المدفع التالي، حتى تصبح جميع المدافع جاهزة للإطلاق. يُبلّغ مدفعي السفينة، الذي بدوره يُبلّغ القبطان... يُمكنكم إطلاق النار عند الجاهزية... عند أعلى ميل تالٍ، يُطلق المدفع.

في التطبيقات الحديثة، يُثبَّت ربع الدائرة على حلقة المحور أو على مدفع بحري كبير لمحاذاته مع نقاط مرجعية ملحومة على سطح السفينة. يُجرى ذلك للتأكد من أن إطلاق المدفع لم يُشوِّه سطح السفينة. كما يُفحص سطح مستوٍ على قاعدة المدفع أو البرج مقابل النقاط المرجعية، للتأكد من عدم تغير المحامل الكبيرة أو مساراتها، وذلك لمعايرة المدفع.

خلال العصور الوسطى، كان صانعو الأدوات يضيفون في كثير من الأحيان لمسات شخصية لإبهار الشخص الذي صُممت له الأداة. وفي المساحات الكبيرة غير المستخدمة على الأداة، كان يُضاف رمز أو شارة للدلالة على ملكية شخص مهم لها أو على ولاء مالكها. ^{[ 22 ]}

• ربع ديفيس
• قائمة الأدوات الفلكية
• أداة جدارية

• موريس دوماس، الأدوات العلمية في القرنين السابع عشر والثامن عشر وصانعوها ، دار بورتمان للنشر، لندن 1989، رقم ISBN 978-0-7134-0727-3

• مقال عن مربع غونتر (ملف PDF)
• محاكاة ربع غونتر (تتطلب جافا)
• ربع دائرة عاملة على شكل عملة معدنية
• ربع ساعة ساعيّة متساوية من عصر ريتشارد الثاني (1396) (صور):
  • في الخلف، مع طاولات
  • من الأمام، مع زوايا المراقبة