På våren 1900, snubblade en grupp grekiska svampdykare, som blåste ur kurs av en storm i Egeiska havet, på vraket av ett gammalt romerskt skepp lastat med skatter som hade sjunkit mer än 2 000 år tidigare utanför den avlägsna grekiska ön Antikythera . När de återvände året därpå för att hämta sin dyrbara last, tvingades dykarna att avsluta sitt uppdrag när en dog av krökarna och två blev förlamade – men inte innan de lyckades få upp en spektakulär samling antikviteter till ytan.

Bland dem fanns brons- och marmorstatyer, fina smycken och glasvaror, och – mest spännande av allt – en häpnadsväckande komplex kosmologisk kalkylator:Antikythera-mekanismen.

Världens äldsta analoga dator och ett av antikens mest anmärkningsvärda vetenskapliga föremål som någonsin hittats, den mekaniska modellen av solsystemet tros dateras till mellan det tredje och första århundradet f.Kr. Nu uppdelad i 82 kända fragment finns det bevis på 30 bronsväxlar. Forskare tror dock att denna mycket sofistikerade enhet ursprungligen inkluderade minst 69 intrikat konstruerade ingripande kugghjul som gjorde det möjligt för de gamla grekerna att spåra månens faser och planeternas positioner och till och med förutsäga tidpunkten för månförmörkelser årtionden i förväg.

Men om Antikythera-mekanismen kan betraktas som en häpnadsväckande förkroppsligande av de antika grekernas imponerande grepp om astronomi, drog den mycket på lärdomen från en mycket tidigare civilisation när den använde den 19-åriga månisolära cykeln.

"Enheten exemplifierar en fantastisk prestation av syntes genom att införliva komplexa kroppar av observationell och teoretisk kunskap, mycket av den härrör i slutändan från den babyloniska traditionen och långa tidigare grekiska intressen för astronomi", säger Lucas Herchenroeder, docent i USC Dornsife, i klassiker.

De forntida babylonierna, som anses vara världens första kända astronomer, var ivriga stjärnskådare. För cirka 6 000 år sedan reste de vakttorn för att skanna natthimlen, kartlade stjärnorna och synliga planeter och registrerade sina observationer på lertavlor. Deras noggrant sammanställda data gav grunden för att skapa de första kalendrarna, som användes för att organisera odling och skörd av grödor och tidpunkten för religiösa ceremonier.

Även om deras vision av universum var baserad på mytologiska övertygelser, var babyloniernas astronomiska observationer och förutsägelser häpnadsväckande korrekta. De var de första kända personerna som förutspådde förmörkelser. De kunde spåra och förutsäga de relativa rörelserna för solen, månen, Merkurius och Venus. Och – liksom de gamla egyptierna – beräknade de framgångsrikt längden på ett år.

Hur åstadkom forntida civilisationer dessa kunskapsprestationer utan fördelen av teleskop, satelliter eller datorteknik? Det gammaldags sättet:genom noggrann observation, generationsbokföring, mönsterigenkänning och tidig matematik. Här utforskar vi vad de har rätt – och fel – om kosmos.

Världen var deras ostron

Om babyloniernas astronomiska beräkningar var anmärkningsvärt exakta med moderna mått mätt, var deras förståelse av kosmos mycket långt ifrån vår egen. Som Arthur Koestler förklarar i sin avgörande historia om västerländsk kosmologi, The Sleepwalkers, uppfattade de första forntida civilisationerna – babylonierna, egyptierna och hebréerna – sitt universum som ett ostron omgivet av vatten.

Den babyloniska himlen var en solid kupol genom vilken fukt ibland sipprade som regn, skriver Koestler, medan vattnet nedanför sprack upp till ytan i form av naturliga källor, och varje dag utförde solen, månen och stjärnorna en långsam, rituell dans över dess tak, in från öster och ut i väster.

När det gäller det forntida egyptiska universum var det mer rektangulärt och lådliknande. Till en början tänkte de på sin himmel som en ko, en fot planterad rakt i varje hörn av jorden, eller alternativt som en kvinna vilande på händer och knän. Senare liknade de det vid ett välvt metalllock. Sol- och mångudarna, trodde de, seglade längs en flod som rann på ett förhöjt galleri runt lådans innerväggar.

Den tidiga grekiska kosmologin följde liknande koncept:Homers värld liknar en flytande skiva omgiven av Oceanus - den stora mytiska floden som omringade världen. Men allt eftersom tiden utvecklades, drev de enorma framstegen som gjorts av de gamla grekerna när det gäller att ta reda på hur universum är uppbyggt dem att bli drivkraften bakom utvecklingen av västerländsk astronomi och vetenskap.

Heliocentrisk kontra geocentrisk

Ansett som en av antikens största astronomer var Aristarchus från Samos (310 f.Kr. till 230 f.Kr.) ansvarig för den tidigast kända heliocentriska teorin om solsystemet, och placerade solen i centrum av det kända universum, med jorden som kretsade runt sol en gång om året och roterar runt sin axel en gång om dagen. Han beskrev solen som kosmos "centraleld" och lyckades korrekt kartlägga alla då kända planeter i ordning efter avstånd runt den.

Tyvärr för Aristarchus och utvecklingen av astronomisk kunskap, förkastade Aristoteles och de flesta av de antika grekiska tänkarna hans heliocentriska teori. Istället rådde den jordcentrerade modellen av universum som utvecklades av Claudius Ptolemaios av Alexandria år 140 e.Kr., som dominerade västerländskt tänkande i nästan 1 400 år tills det slutligen störtades på 1500-talet av renässansastronomen och polymaten Nicolaus Copernicus.

Bortsett från dess livslängd, hade Ptolemaios geocentriska modell uppriktigt sagt inte mycket att göra, eftersom den inte bara var felaktig utan också häpnadsväckande komplex. Det var faktiskt så invecklat att, efter att ha fått det förklarat för honom, rapporterades att Alfonso X, kungen av Kastilien från 1200-talet, hade anmärkt:"Om Herren den Allsmäktige hade rådfrågat mig innan jag började med skapelsen, borde jag ha rekommenderat något enklare."

Få det rätt – ibland

Medan Hipparchus av Nicaea (190 f.Kr. till 120 f.Kr.) är krediterad för att ha upptäckt och mätt jordens precession och sammanställningen av västvärldens första omfattande stjärnkatalog, gjorde Aristarchus de tidigast kända försöken att beräkningar av solens relativa storlekar och månen och deras avstånd från jorden.

Han resonerade att solen, jorden och månen skulle bilda en rätvinklig triangel när månen är i sin första eller tredje fjärdedel. Genom att använda satsen som utvecklades några århundraden tidigare av Pythagoras – den tidigaste förespråkaren för den då radikala idén att jorden var rund – beräknade Aristarchos (felaktigt, visar det sig) att avståndet från jorden till solen var mellan 18 och 20 gånger avstånd till månen. (Det faktiska förhållandet är 389:1.) Baserat på noggrann tidpunkt för månförmörkelser, uppskattade han också att månens storlek var ungefär en tredjedel av jordens. Där var han förvånansvärt exakt – månens diameter mäter 0,27 gånger jordens.

Grekerna kom till och med nära att korrekt beräkna jordens omkrets, tack vare Eratosthenes (276 f.Kr. till 195 f.Kr.), chefsbibliotekarie vid det stora biblioteket i Alexandria i Egypten. Aristarchus hade visat att solen är tillräckligt långt från jorden för att dess strålar i praktiken är parallella när de når oss. Eratosthenes använde olika längder av skuggor, gjutna av stolpar som fastnat vertikalt i marken på olika breddgrader och uppmätt vid middagstid på sommarsolståndet, för att uppskatta jordens omkrets till cirka 250 000 stadier.

"Eftersom längden på arenor varierade regionalt är den exakta längden på enheten som används av Eratosthenes osäker. Men hans uppskattning föll inom ett felintervall på ungefär 1 % till 17 % av dagens accepterade värde på 24 901 miles - fortfarande en imponerande prestation, " säger Herchenroeder.

Använda vetenskap för att övervinna vidskepelse

Denna djupa fascination av förmågan att göra astronomiska beräkningar manifesteras i Antikythera-mekanismen, konstaterar Herchenroeder.

"Mekanismens fokus på att förutsäga himmelska rörelser visar medvetenhet om möjligheterna att avmystifiera kunskap om kosmos många betraktade som gudomlig till sin natur, och därmed bortom den normala omfattningen av mänsklig förståelse", säger han. "Vi har intressanta skildringar av förutsägelser av månförmörkelser, till exempel - en av de saker som detta objekt förmodligen kunde göra."

En sådan redogörelse berättar hur båda arméerna på tröskeln till slaget vid Pydna mellan Rom och Makedonien 168 f. Kr. Cicero berättar hur en romersk officer som är bekant med astronomi förklarade att en förmörkelse är en naturlig händelse, inte ett tecken på gudomlig misshag, och därmed skingra "tom vidskepelse och rädsla". Romarna fortsatte med att vinna striden – en viktig milstolpe i deras erövring av Egeiska världen.

Hitta mening i stjärnorna

Många andra forntida civilisationer utvecklade också sofistikerade system för att observera och tolka kosmos och använda denna kunskap för att förbättra sina liv.

Forntida polynesier lärde sig att använda stjärnorna för att navigera tusentals mil över Stilla havet, vilket gjorde det möjligt för dem att kolonisera avlägsna öar, inklusive Hawaiiöarna.

De forntida egyptierna följde noggrant uppgången av den ljusa stjärnan Sirius, vars årliga cykel motsvarade översvämningen av floden Nilen som de förlitade sig på för att upprätthålla sina skördar.

Forntida europeiska megalitplatser anpassade till solstånd och dagjämningar och går tillbaka till

Neolitiska samhällen sträcker sig upp längs Atlantkusten. Två av de mest kända, Stonehenge i England och Newgrange i Irland, var redan uråldriga när pyramiderna byggdes och var de största människogjorda strukturerna någonstans i världen.

Tok Thompson, professor (undervisning) i antropologi vid USC Dornsife, håller inte med om spekulationerna om att megalitplatser som Stonehenge var gigantiska observatorier, byggda så att forntida civilisationer kunde räkna ut planeternas, solens och månens rörelser och cykler.

"Dessa monument var rituella verk, som monumentaliserade vad de redan visste", säger han.

De hjälpte också samhällen att hålla koll på tiden.

"Innan det fanns utbredda kalendrar för att koppla samman människor, hur håller man ihop en civilisation?" frågar Thompson. "Att ha stora festivalsammankomster på dessa ritualistiskt viktiga platser som var förankrade i kosmos, vilket förmodligen gav dem helig mening, var ett sätt att göra detta. Det gjorde det möjligt för människor att minnes sin kultur och – viktigast av allt – gav dem en plats i kosmos .

"Varför är jag här? Vad händer när jag dör?" Vårt fokus på stjärnorna har samhälleliga konsekvenser, men jag tror att det också har personliga konsekvenser. Det handlar om att ge våra liv mening."

Venusdetektiverna

Förmodligen den mest kända av de klassiska civilisationerna i Mesoamerika, Maya utvecklade en sofistikerad kalender baserad på deras astronomiska observationer.

"Urbefolkningar över hela Amerika var otroliga observatörer av deras universum. De hade en mycket skarp förståelse av naturliga processer och världen, tidens rörelser, stjärnor och kalendriker", säger Eric Heller, lektor i antropologi vid USC Dornsife och expert om Mayas kosmologi och ideologi.

Maya kan ha sitt ursprung på Stillahavskusten i vad som idag är södra Mexiko och Guatemala, samt Yucatán, omkring 2600 f.Kr. och blev framträdande mellan 200 f.Kr. och 900 e.Kr.. Mayakosmos bestod av tre distinkta världar, förklarar Heller.

Under deras fötter låg den undre världen, Xibalba, en mörk och vattnig plats. Ovanför dem fanns de 13 nivåerna i den övre världen, himlakropparnas rike – gudar och avlidna förfäder som ansvarar för universums funktion.

Däremellan var det terrestra riket uppdelat i fyra hörn, ungefär motsvarande våra kardinalriktningar och markerade av solens rörelse över horisonten under hela året, från solståndet till dagjämningen och tillbaka igen.

Medan Maya, liksom många forntida folk, levde sina liv i enlighet med universums cykler och rytmer, lade de också stor vikt vid korrelationen mellan tid och rum, och trodde att syftet med mänskligheten var att räkna skapelsedagarna och upprätthålla de heliga kalendrarna för tidscyklerna.

Det mest framstående beviset för detta är Dresden Codex från 1000- eller 1100-talet. Dess sidor öppnar sig i dragspelsstil för att sträcka sig 12 fot och är tätt packade med Maya-hieroglyfer som registrerar korrekta astronomiska tabeller som tros vara baserade på tusentals år av observationskunskap.

"Maya spårade Venus, som har en otroligt komplex rörelse över horisonten, över generationer så att de kunde förutsäga när den skulle dyka upp på himlen eftersom de ansåg att det var ett farligt omen som kunde förebåda krig, sjukdom eller död", säger Heller.

Codexen innehåller också anmärkningsvärt exakta tabeller som gör det möjligt att förutsäga solförmörkelser över jorden inom ett tredagarsfönster och på obestämd tid in i framtiden. 1991 använde två noterade Maya-forskare, Harvey och Victoria Bricker, Dresden Codex för att förutsäga en solförmörkelse fram till dagen – åtminstone 800 år efter att tabellerna sammanställdes.

En animistisk syn

De flesta amerikanska ursprungsbefolkningens kulturer förstod sin värld ur animismens perspektiv, och Maya var inget undantag. När de tittade upp såg de en värld av stjärnor, planeter och moln som levde och rörde sig genom himlen och var manifestationer av deras förfäder, som de trodde spelade en viktig roll i deras universums funktion.

"Dessa civilisationer kände ett samband mellan stjärnor, solen och månen, molnen på himlen", säger Heller. "Allt de såg omkring sig, till och med de saker de rörde vid och använde varje dag, kände de släktskap med på någon nivå - något som ofta förlorats i vår moderna värld efter upplysningen."

Heller erkänner att Mayas unika sätt att känna till och representera världen verkar konstigt för oss. Men i själva verket, hävdar han, när vi gräver djupt för att packa upp och förstå dessa metaforiska representationer av naturliga processer och själva kosmos, finner vi en enorm mängd kunskap.

"Det uttrycks i radikalt annorlunda ontologi men i själva verket är det produkten av djup observationskunskap - den typen av saker som vi kan tänka oss som ganska vetenskapliga på ett sätt," säger han.

Ett exempel är den urgamla mesoamerikanska metaforen för jorden:en krokodil som flyter på en vattnig underjord vars andetag, som flödade in och ut ur grottmynningar, gav regn.

"Vid första anblicken tror jag att många skulle säga:"Tja, jorden är inte en krokodil; det här är inte vettigt", säger Heller. "Men i själva verket finns det en enorm mängd vatten under Mesoamerika. Och jordkrokodilens utandningar som ger regn beskriver i huvudsak förändringar i barometertrycket och ankomsten av regnframkallande vädersystem."

Mäter upp

Så, hur mäter sig Mayas kunskap om universum med vår egen?

"Maya fick oerhört mycket rätt om vad som fanns runt dem," säger Heller. "De förstod hur deras universum fungerade, och de hade en oerhört effektiv uppsättning metaforer för att uttrycka hur världsprocesserna fungerar som på många sätt dikterade deras livs framgångar och misslyckanden."

Cavan Concannon, docent i religion, håller med och noterar att forntida folk utvecklade sätt att navigera sin plats i universum med vad de hade tillgängligt för dem.

"Jag tror att de på något sätt också skrev in sig själva i berättelsen om kosmos. En del av att veta din plats är också att veta vem du är och varför du är i ett universum som det är", säger Concannon.

"Och så, jag är inte säker på att det är en fråga om huruvida de har fattat rätt eller fel. Samtida vetenskap är i sig en ständigt utvecklande konversation och någon gång kommer allt som vi trodde att vi visste om universum att förändras. . De gamla tog sig igenom universum på ett sätt som var meningsfullt för dem och levde sina liv i det sammanhanget. Jag tror att vi fortfarande gör det."