بدون تردید ابوریحان بیرونی را می‌توان بزرگترین زمین شناس ایرانی در زمان‌های قدیم و حتی برجسته‌ترین دانشمند علوم زمین در تمام جهان تا پیش از رنسانس دانست.
آثار ابوریحان در ریاضیات، نجوم، گاه‌شماری و تاریخ و تقویم ملت‌ها، جغرافیا، فیزیک، گیاه‌شناسی و زمین شناسی است. اگرچه وی کتابی که فقط به رشته‌ی زمین شناسی بپردازد ننوشته است و در فهرست آثار خود که آنها را به ۱۰ دسته تقسیم نموده به هیچ یک از شاخه‌های زمین شناسی اشاره نکرده است، لیکن در کتب و نوشته‌های خود بسیار به موضوعات مختلف زمین شناسی، نجوم و مسّاحی پرداخته و دائماً در این علوم اکتشافات و دستاوردهایی داشته است.
فهرست محتوا
شرح مختصری بر زندگانی ابوریحان بیرونی
ابوریحان محمد بن احمد از اهالی خوارزم بوده و چون در بیرون از ناحیه‌ی خوارزم پا به عرصه‌ی وجود گذاشت، لقبش بیرونی گردید. امروزه او را با نام ابوریحان بیرونی (Al-Biruni) می‌شناسیم. همچنین در گذشته، وی در غرب به نام البرون (Alberon) شهرت داشته است.
چنانکه در زندگی نامه‌اش آورده‌اند، در دوران نوجوانی در خوارزم برای یک دانشمند یونانی، نمونه‌های گیاهان و دانه‌ها را گردآوری می‌کرده و از همان زمان به علوم طبیعی علاقه‌مند شده است.
بیرونی، نجوم و ریاضیات را نزد ابونصر عراقی فراگرفت و با استادان بزرگ و دانشمندان دیگر از جمله ابن سینا که در آن زمان در خوارزم می‌زیست گفت و شنود داشته است. در این زمان هر دو دانشمندان جوانی بوده‌اند. وی در سنین جوانی دعوت وزارت امیرقابوس وشمگیر را رد کرده و راه علم را برگزیده است.
مهمترین تألیفات بیرونی که در حقیقت از برجسته‌ترین آثار علمی ایران و تمدن اسلامی به شمار می‌روند و در آنها به این شاخه از علم پرداخته است عبارتند از:
آثارالباقیه، التفهیم، ماللهند، الاسطرلاب (به معنای ستاره یابی)، استیعاب وجوه الممکنه فی صنعه الاسطرلاب، قانون مسعودی، فی التطریق الی الاستعمال الفنون الاسطرلاب، تحدید النهایات الاماکن لتصحیح مسافات المساکن، سکون الارض أوحرکتها.
ابوریحان بیرونی یکی از نخستین دانشمندان جهان است که به نظریه‌ی حرکت وضعی زمین پرداخته است. دیگر دانشمندان مسلمان که به این مسأله توجه کرده‌اند عبارتند از ابوسعید احمد بن محمد بن عبدالجلیل سجزی، ابوحامد احمد بن محمد ساقانی و محمد بن جریر.
ابوریحان در چندین اثر خود به این موضوع توجه کرده و درباره‌ی آن به بحث نشسته است و این نشان می‌دهد که این دانشمند واقعاً به امکان حرکت زمین معتقد بوده است. هرچند در پایان بیرونی نظری قطعی در این باره نمی‌دهد ولی این موضوع نشان دهنده‌ی روحیه‌ی والای تجربی و اندیشه‌ی ژرف و توانایی اوست.
اکتشافات و نظریات ابوریحان بیرونی در حوزه‌ی زمین شناسی
موارد زیر، برخی از مهمترین نظریات و دستاوردهای ابوریحان بیرونی در علوم زمین هستند:
- تعیین محیط و شعاع کره‌ی زمین
- تحقیق بیرونی درباره‌ی دره‌ّی سند
- نظر بیرونی در مورد صحرای عربستان و بیابان خوارزم
- یافتن مختصات جغرافیایی نقاط
- حرکت زمین از دیدگاه بیرونی
- بیان احتمال وجود خشکی‌های دیگر در نیمکره‌ی جنوبی زمین
- تقسیمات زمین در آثار بیرونی
- جهت یابی و قبله یابی
- بنیانگذاری علم ژئودزی
در ادامه به شرح هر کدام از این نظریات پرداخته می‌شود.
تعیین محیط و شعاع کره‌ی زمین
یکی از ابتکارات و نوآوری های ابوریحان بیرونی تا زمان خویش، محاسبه‌ی دقیق محیط کره‌ی زمین بوده که بسیار نزدیک به مقداری است که امروزه به دست آمده است. روش او به نام “قاعده‌ی بیرونی” مشهور است.
بیرونی این روش خود را در کتاب “الاسطرلاب” چنین آورده است:
“… و برای دانستن آن، روشنِ ذهنی هست که با برهان، صحت آن اثبات می‌شود ولی عمل کردن آن به علت خردی اسطرلاب و کوچکی مقدار چیزی که بر آن بنا می‌شود دشوار است و راهکار آن آنست که بر قله‌ی کوهی مشرف بر دریا، بر دشت همواری بالا روی و غروب خورشید را رصد کنی و از این راه مقدار انحطاطی را که گفتیم بدست آوری و ارتفاع کوه را در جیب مستوای زاویه‌ی انحطاط ضرب کنی و سپس حاصل را بر جیب منکوس خود زاویه‌ی انحطاط تقسیم کنی و خارج قسمت را در بیست و دو ضرب و حاصل را بر هفت تقسیم کنی تا از این راه مقدار محیط زمین را بنا بر واحدی که بر آن ارتفاع کوه را اندازه گرفته‌ای بدست آوری…”.
این روش کاملاً صحیح است و اختلاف مقدار محاسبه شده توسط ابوریحان با اندازه‌ی کنونی به سبب دقیق نبودن وسایل کار وی بوده است. در عین حال این اختلاف، عددی جزئی است. مقداری را که بیرونی برای محیط زمین تعیین کرد ۴۶۰۰۰ کیلومتر بوده است که با مقدار کنونی حدود ۱۱۰ کیلومتر اختلاف دارد.
بیرونی همچنین شعاع زمین را نیز اندازه‌گیری کرده است. محاسبات تعیین شعاع زمین بر اساس روش بیرونی در تصویر فوق آمده است.
تحقیق بیرونی درباره‌ی دره‌ّی سند
ابوریحان بیرونی نخستین کسی است که بیان می‌کند “دره‌ی سند محتملاً بستر دریایی قدیمی بوده که به تدریج توسط رسوبات پر شده است”.
بیرونی در این باره در کتاب “ماللهند” چنین میگوید:
“… و خاک هند از این زمین‌ها است که از جنوب دریایی که ذکر آن بیاوردیم محیط بدان است و از دیگر سوی‌ها این کوه‌های برآمده و رودها نیز بدان همی ریزد. بل چون به گاه مشاهدات در آن بیندیشی و در سنگ‌های تابان موجود در آن تاجائیکه به حفره‌ها می‌رسد که به نزدیکی کوه‌ها و شدت جریان آب‌ها عظیم است و به گاه دوری و سستی جریان آب خرد و به گاه رکود و نزدیکی خشکی‌گاه‌ها و نیز دریا، سنگریزه جز این نتوانی تصور کرد که این خاک در قدیم دریا بوده است و از آورده‌های سیل‌ها خشک گردیده…”.
نظر بیرونی در مورد صحرای عربستان و بیابان خوارزم
ابوریحان بیرونی در کتاب “تحدید النهایات الاماکن لتصحیح مسافات المساکن” میگوید:
“این بیابان عربستان که می‌بینیم، نخست دریا بوده و سپس پر شده است و نشانه‌های آن هنگام کندن چاه‌ها و حوض‌ها آشکار می‌شود؛ چه در آن چینه‌هایی از خاک و ریگ و قلوه سنگ دیده می‌شود و نیز پاره‌های سفال و شیشه و استخوان بدست می‌آید که ممکن نیست کسی آنها را به عمد در زیر خاک پنهان کرده باشد.
همچنین سنگ‌هایی بیرون می‌آید که چون آنها را بشکنند صدف‌ها و حلزون‌ها و چیزهایی که گوش ماهی نامیده می‌شود به نظر می‌رسد، که یا بر حال خود باقی است یا آنکه پوسیده و از میان رفته و جای خالی آنها به شکل اصلی دیده می‌شود… و چنین سنگی را که در میانه‌اش گوش ماهی است در بیابان شنی میان جاجرم و خوارزم نیز می‌بینیم. این بیابان در گذشته همچون دریاچه‌ای بوده است چه گذرگاه جیحون یعنی نهر بلخ بر آن بوده و از کنار شهری به نام بلخان می‌گذشته و بطلمیوس در کتاب “جاوغرافیا” محل ریختن آن را در دریای “اُرقانیا” (اورکانیا – گرگان) نزدیک همین شهر نوشته است.
یافتن مختصات جغرافیایی نقاط
ابروریحان بیرونی را بایستی یکی از بزرگترین متخصصان فن مسّاحی و نقشه برداری دانست. اندازه‌ی نقشه‌های او بسیار دقیق و درخور توجه و حتی برتر از آثار مهمترین همکاران او چون کرجی و ابن عمید است.
اعدادی را که وی برای طول و عرض جغرافیایی برخی نقاط به دست آورده از لحاظ دقت، فوق العاده است. در جدول فوق به چند مورد از مختصات‌های جغرافایی به دست آمده توسط این دانشمند بزرگ اشاره شده است.
حرکت زمین از دیدگاه بیرونی
بیرونی را باید یکی از نخستین دانشمندانی دانست که به مسئله‌ی حرکت زمین و عدم سکون آن، به صورت علمی و محققانه توجه کرده است. استاد اعظم در چندین کتاب خود به این موضوع اشاره کرده و این خود نشان دهنده‌ی اهمیت این مسئله در در نزد اوست.
بیرونی در کتاب “تحدید النهایات الاماکن لتصحیح مسافات المساکن” می‌نویسد:
“… پیش از این از حال زمین و جابه‌جا شدن پاره‌هایی بر سطح آن و در نتیجه‌ی آن جابه‌جا شدن پاره‌های میانی به سبب آن و لزوم حرکت کلی زمین بر این جهت سخن گفتیم که اثر تغییر پیدا کردن فاصله‌ها از مرکز کلی، طبیعت و آب و هوای نواحی تغییر می‌پذیرد.
اکنون می‌گوییم این حرکت هرچند اتفاقی و بی قاعده و در زمان اندک، اندک باشد، ممکن است بر امتداد قطرهای کلی به تدریج صورت پذیرد یا بر مرکز اتفاق افتد یا ترکیبی از هر دو حرکت باشد و سوی آن به طرف هریک از جهات چهارگانه یا میانه‌ی آنها باشد.
همچنین ممکن است این حرکت ناگهانی با پیدایش سبب آن که انتقال یکباره‌ی سنگینی‌ها از جایی به جای دیگر است صورت پذیرد و این حرکت ممکن است در مبادی علم هیئت همچون میل خورشید، خلل وارد کند؛ هرچند مقدار آن بر آسمان به اندازه بماند و برای پی بردن به این خلل باید دو ارتفاع خورشید را در دو انقلاب اندازه بگیرند. چه اگر در نتیجه‌ی این حرکت کاهش یا افزایشی در ارتفاع پیدا شود و آن حرکت در میان دو انقلاب رصد شده اتفاق افتد میل کلی را افزایش می‌دهد یا از آن می‌کاهد. ولی رصدهای مکرر نشان داده است که چنین خللی پیش نمی‌آید…” (در حقیقت چنین خللی پیش می‌آید، ولی علم بشر در زمان بیرونی بسیار پایین‌تر از سطح امروزی بوده و ایشان بدین مورد پی نبرده است).
بیرونی هیچگاه در آثار خود حرکت وضعی زمین را رد نکرده است، ولی در این مورد همواره مردد بوده است. بزرگترین عاملی که در آن زمان موجب میشده تا ابوریحان حرکت وضعی زمین را به طور قطعی نپذیرد این استدلال بوده که اگر زمین در حال حرکت بود با توجه به بزرگی زمین، پس اجسام موجود در روی زمین می‌بایست به هوا پرتاب شوند.
این دانشمند بزرگ همچنین در تحقیق ماللهند میگوید:
“… به علاوه حرکت زمین، به هیچ وجه ارزش نجوم را از بین نمی‌برد چون تمام پدیده‌های نجومی را می‌توان طبق هر دو نظریه بیان کرد. لکن دلایل دیگری وجود دارد که این نظریه را امکان پذیر می‌سازد…”.
بیان احتمال وجود خشکی‌های دیگر در نیمکره‌ی جنوبی زمین
در گذشته تصور می‌شد که زمین فقط دارای یک ربع مسکون در نیمکره‌ی شمالی و مشتمل بر ۷ اقلیم و ۷ دریاست و نیمکره‌ی جنوبی کاملاً پوشیده از آب است (آمریکا، استرالیا و قطب جنوب بعد از رنسانس و در نتیجه تحقیقات دریانوردان اروپایی کشف گردید).
ابوریحان بیرونی اولین کسی بود که احتمال وجود خشکی‌های دیگری را در نیمکره‌ی جنوبی و به غیر از ربع مسکون مطرح نمود. این موضوع را وی در چندین کتاب خود آورده است. ایشان این موضوع را در تحقیق ماللهند در قسمت “در صورت آسمان و زمین به نزد اختران شماران آنان هندی” به صراحت وجود خشکی‌های دیگری را در نیمکره‌ی غیر معمور زمین که همان نیمکره‌ی جنوبی است بیان می‌کند.
تقسیمات زمین در آثار بیرونی
ابوریحان بیرونی در التفهیم چنین آورده است:
“سطح معدالنهار مر زمین را بدو نیم کند وز آن بریدن او دایره می‌باشد بر زمین نام او خط الاستوا است و یکی نیمه‌ی زمین به شمال بود و دیگر بجنوب.
اگر دایره‌ی بزرگ بر روی زمین بر هم گیری، چنانک بر قطب خط الاستوا بگذرد این دایره هر یکی را از آن دو نیمه‌ی زمین به دو نیم کند و جمله‌ی زمین چهار تکه شود، دو از آن شمالی و دو جنوبی و آبادانی زمین آنکسان که بدانستند باشتیاق نفس، چنان یافتند که از یکی ربع از دو ربع شمالی نفزود، پس او را ربع معمور و ربع مسکون نام کردند” (بیرونی خود به این سخن اعتقاد نداشته است).
وی همچنین بارها در نوشته‌های خود به تأثیر اختلاف طول و عرض جغرافیایی شهرها بر وضع آب و هوایی آنها پرداخته است. از جمله:
“چه چیز دیگرگونه شود به دو شهر که عرضشان یکی بود و طول بخلاف؛ هیچ چیز دیگرگونه نشود اندر این دو شهر جز وقت‌ها. آن شهر که شرقی است و این آن بود که طولش بزرگتر بود… اندر آن دو شهر طبع هوا یکی باشد اگر چیزی دیگر نیوفتد یکی را از جهت نهاد دریا یا کوه یا ریگ با بلندی یا مغاکی و اگر از این هیچ نبود، ناچاره طبع یکی بود”.
بیرونی همچنین بارها به تأثیر عوامل توپوگرافیک بر وضع آب و هوایی مناطق مختلف اشاره کرده است.
جهت یابی و قبله یابی
در جهت یابی روشی هست که به روش ابوریحان بیرونی مشهور است و این روش چنین است:
یک میله‌ی عمودی را به عنوان شاخص در نظر گرفته و طول سایه‌ی آن را معلوم می‌کنیم. زمان اینکار باید پیش از ظهر باشد، سپس به مرکزیت پای شاخص و به شعاع طول سایه، نیم‌دایره‌ای رسم می‌کنیم. هنگامیکه در بعد از ظهر سایه بلندتر شد و به نیم‌دایره رسید، محل تقاطع را علامت می‌زنیم. سپس وتر نیم‌دایره را رسم می‌کنیم تا مثلثی متساوی الساقین ایجاد شود و سپس عمود منصف وتر را رسم می‌کنیم، که همین خط راستای شمال و جنوب را نشان می‌دهد که جهت شمال جهت سایه است.
خطی که عمود بر این راستا و به همان مرکزیت پای سایه رسم شود شرق-غرب را نشان می‌دهد. هنگامیکه سایه‌ی شخص به کمترین میزان خود برسد، خورشید در نقطه‌ی اوج خود خواهد بود و ظهر خورشیدی همان موقع است.
بیرونی در مورد قبله یابی و روش‌های آن نیز در کتاب “تحدید النهایات الاماکن لتصحیح مسافات المساکن” پرداخته است. وی در کتاب مذکور از چند روش یاد کرده که از طریق مثلثات کروی در جهت یافتن قبله اقدام می‌شود.
ابوریحان بیرونی، بنیانگذار علم ژئودزی
بیرونی را باید یکی از پیشگامان علم ژئودزی یا زمین پیمایی و علم مسّاحی زمین و در حقیقت بنیانگذار این علم دانست. آثاری که او در این زمینه و نیز موضوعات نقشه برداری و جغرافیای ریاضی نگاشته است عبارتند از تحقیقات و پژوهش‌های او در تهیه‌ی نقشه‌هایی از برخی مناطق، تصحیح‌نامه‌هایی که او بر برخی تألیفات دیگران نوشته است، روش‌های نوین او در تعیین قبله و جهت یابی، تحقیقات او در اندازه‌گیری‌های زمینی (محیط و شعاع زمین، ارتفاع کوه، طول قوس یک درجه و غیره)، و پژوهش‌های دیگر.
علاوه بر این، بایستی از ساخت کره‌ی جغرافیایی توسط ابوریحان بیرونی یاد کنیم. بیرونی خود میگوید که “نیمکره‌ای به قطر ده ذراع ساخته که بر روی آن طول‌ها و عرض‌ها را از روی مسافات بیرون آورده است”.
روش وی در تسطیح کره و ترسیم نقشه‌های جغرافیایی قابل توجه است و همچنین درباره‌ی روش ترسیم بر صفحات اسطرلاب (استریوگرافیک) اثری به نام “تسهیل التصحیح الاسطرلابی و العمل بمرکباته من الشمالی و الجنوبی” به رشته‌ی تحریر در آورده است.
