Водяные часы применялись главным образом ночью в закрытых помещениях храмов, где нельзя было вести наблюдения звезд. Они имели различную форму (перевернутый усеченный конус, призматическую, цилиндрическую и др.) и измеряли объем вытекшей или втекающей воды. Инструменты первого типа перед началом измерений наполняли водой до предельного уровня, второго типа, напротив, полностью освобождали от воды. Отсчет времени производили по градуированным шкалам, нанесенным на внутреннюю поверхность часов. Клепсидра из Карнака имела 12 подобных шкал неодинаковой длины по одной на каждый месяц года (рис. 7). Они были разделены на 11 интервалов, позволяющих измерять время от конца 1-го часа до конца 12-го часа ночи. Исходной точкой для измерения, по-видимому, служил восход или кульминация определенной звезды, после чего отсчет часов производился независимо от звездных наблюдений. В других образцах клепсидр также имеется 12 шкал, разделенных, однако, на 12 интервалов для измерения 12 ночных часов. Принятое в них отношение наибольшей шкалы к наименьшей, т. е. фактически продолжительности наибольшей и наименьшей ночи, составляет 14 : 12. Длины промежуточных шкал изменяются по линейному закону между предельными значениями в дни солнцестояний. В ряде клепсидр распределение шкал по месяцам неравномерно. Это объясняется тем, что продолжительность ночи меняется незначительно вблизи дней солнцестояний, что позволяет для группы из трех месяцев использовать только одну шкалу. В этом случае 8 шкал из 12 группируются вокруг месяцев, на которые приходятся дни равноденствий (Pogo, 1936).
Водяные часы обеспечивают равномерное капание только в том случае, если диаметр сосуда, из которого вытекает вода, меняется с высотой параболически. Этот факт, конечно, не был известен изготовителям клепсидр, но они, возможно, понимали, что скорость капания зависит от уровня воды в сосуде. Расширяющаяся кверху форма карнакской клепсидры (и ряда других), возможно, представляет вариант решения этой проблемы. Сосуды цилиндрической и призматической формы дают большую погрешность относительно равномерной шкалы счета времени.
Со временем шкалы клепсидр устаревали, поскольку зафиксированное на них отношение «длина ночи — месяц» переставало удовлетворять действительности. При изготовлении новых клепсидр мастера копировали древние образцы, но указанное отношение изменяли в соответствие с данными своего времени (Borchardt, 1920. — Р. 10—26; Pogo, 1936; Sloley, 1924).
Солнечные часы. Клепсидры оказали влияние на развитие солнечных, или теневых, часов, применявшихся днем. Самый древний экземпляр солнечных часов, найденный в Египте, датируется эпохой Тутмоса III (XV в. до н. э.). Среди космологических текстов в кенотафе Сети I сохранилось, кроме того, описание конструкции, которая восходит, по-видимому, к более ранней стадии развития (EAT, I, с. 116—118; Parker, 1978, с. 713—714). Эти часы (рис. 8) состоят из горизонтального основания, на котором с краю и перпендикулярно к нему установлена горизонтальная же пластина, отбрасывающая тень на основание. В первой половине дня часы устанавливаются пластиной на восток, во второй — на запад. Горизонтальное основание разделено рисками на четыре неравные части, что позволяет в течение дня измерять 8 часовых интервалов. Часы Тутмоса III, в общем, того же типа, но они имеют на горизонтальном основании 5 делений для измерения 6 временных интервалов, т. е. 12 дневных часов. Часы с горизонтальной шкалой позволяют производить измерения до тех пор, пока тень от пластины находится в пределах шкалы. Вне этого промежутка имеется еще два интервала (утренний и вечерний) неопределенной длины, которые в тексте кенотафа Сети I, посвященном описанию теневых часов, оцениваются каждый по два часа, а в часах Тутмоса III, видимо, просто игнорируются. Этот недостаток устранен в конструкциях более позднего времени, где шкале, по которой производится отсчет времени, придан наклон.
Различные варианты конструкций теневых часов, распространенных в Египте, дают иероглифические изображения эллинистического времени. Среди них находим часы с горизонтальной шкалой (рис. 9 А, В и С), а также с наклонной и плавно изогнутой шкалами (рис. 9, D, Е, F и G). Обязательный элемент теневых часов — отвес, необходимый для обеспечения горизонтальности основания. Обнаруженные в результате археологических раскопок в Египте фрагменты часов и их уменьшенные копии в целом соответствуют изображениям иероглифов. К Позднему периоду восходит объединенная модель трех типов теневых часов, включающая часы с горизонтальной шкалой, с плоской наклонной шкалой и с лестничной шкалой, представляющей разновидность шкалы с наклоном, где ступени исполняли роль часовых отметок (Borchardt, 1920, с. 37—43; Sloley, 1931). Сохранились также фрагменты теневых часов с вертикальной шкалой в форме полукруга, разделенного на 12 равных секторов. Самый ранний известный образец датируется временем царя Мернептаха (XIII в. до н. э.), другие — эллинистическим временем. Промежутки времени отсчитываются на них по движению тени гномона, установленного перпендикулярно к шкале в ее геометрическом центре (Стучевский, 1974; Borchardt, 1920, с. 47— 50; Sloley, 1931, с. 173).
Шкалы теневых часов с наклоном строились по тому же принципу, что и шкалы клепсидр (рис. 10). Каждый месяц имел свою шкалу, длина которой была пропорциональна продолжительности дня в этот месяц. На наклонную поверхность наносили обычно только 7 шкал, поскольку каждая могла использоваться на протяжении года дважды. Шкалы делили на одно и то же фиксированное число интервалов, продолжительность которых менялась в течение года. Подразделение шкал на интервалы, соответствующее равным промежуткам времени, производилось, по-видимому, при помощи водяных часов. Шкалы теневых часов, как и клепсидр, со временем устаревали. Сохранившиеся шкалы позволяют приближенно датировать время создания часов (Лурье, 1947; Borchardt, 1920; Sloley, 1936).
Уменьшенные копии водяных и солнечных часов использовались в египетских храмах для вотивных (т. е. приносимых по обету) жертвоприношений. Так, на одном изображении в храме в Луксоре царь Аменхотеп III преподносит богине истины Маат предмет, напоминающий модель водяных часов. Существует параллель этому изображению эллинистического времени в храме в Дендере. По-видимому, здесь мы имеем дело с древней религиозной традицией, детали которой, однако, неясны (Шолпо, 1939; Pogo, 1936, с. 418—422).
Введение 24-часового деления суток.
Установление 24-часового деления суток складывалось под влиянием двух, первоначально не связанных между собой традиций, — определения времени ночью по восходам и кульминациям звезд и при помощи водяных часов и определения времени днем теневыми часами. Объединение этих традиций было достигнуто благодаря водяным часам, которые давали достаточно равномерную и независимую от астрономических явлений шкалу времени, и сопровождалось определенным ростом уровня математической мысли.
Наиболее раннее упоминание о «часах» содержится в одном из текстов пирамиды Униса, последнего царя V династии (XXV в. до н. э.), в котором говорится, что он (т. е. царь) «проясняет ночь и упорядочивает часы» (Faulkner, 1969, с. 101, § 515; Parker, 1978, с, 711). Впервые деление ночи на 12 частей встречается в диагональных календарях времен IX—XII династий. Оно возникло при участии трех моментов: а) календарной системы, в которой год подразделялся на 36 10-дневных недель; б) особого представления о ночи как промежутке полной темноты; в) традиции измерять время ночью по моментам восхода особых звезд, связанных с декадами схематического календаря.
Самое раннее свидетельство о подразделении дня на часы содержится в описании теневых часов из кенотафа Сети I и восходит, по-видимому, к середине II тыс. до н. э. Продолжительность «дня» (т. е. промежутка от рассвета до наступления полной темноты) в этом тексте оценивается величиной 8 + 2 + 2 = 12 часов. Для подобного деления, по-видимому, не существовало других оснований, кроме желания установить симметричное деление для ночи и для дня. Таким образом, текст кенотафа Сети I представляет самый ранний пример деления суток на 24 части. Полученные при этом «часы», однако, имеют неодинаковую продолжительность, меняются сезонно и не связаны с наблюдением восходов и заходов Солнца.