Солнечные часы

Солнечные часы

Наиболее распространенным прибором для определения текущего времени, считаются солнечные часы. Они основаны на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появились такие часы не раньше осознания человеком взаимосвязи между длиной и положением тени от предметов. Солнечные часы это простейший прибор, служащий для определения времени по Солнцу. Солнечные часы состоят из стержня или пластинки, отбрасывающих тень, и циферблата, на который тень падает, указывая истинное солнечное время. В зависимости от расположения плоскости циферблата различают экваториальные, горизонтальные и вертикальные солнечные часы. В экваториальных солнечных часах указатель расположен параллельно оси вращения Земли, а плоскость циферблата параллельна плоскости небесного экватора. У этих часов есть существенный недостаток, узнать по ним время можно только в весенние и летние месяцы. С 23 сентября по 21 марта Солнце ходит по небу ниже небесного экватора, поэтому может освещать циферблат только снизу, что конечно, неудобно. В горизонтальных солнечных часах циферблат расположен параллельно плоскости горизонта, роль указателя играет дощечка в форме прямоугольного треугольника, один из острых углов которого равен широте места. Вертикальные солнечные часы располагают обычно на стенах различных строений, обращенных к югу. В таких солнечных часах деления симметричны относительно полудневного деления лишь при ориентировке циферблата перпендикулярно к меридиану.

Самые благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имеет Египет, поэтому более достоверным представляется мнение, что первые солнечные часы - гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на землю возле него, - появились именно здесь. Обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы.

Чтобы гномон всегда показывал время правильно, его надо наклонить в направление земной оси, т.е. на Полярную звезду. Абсолютно все солнечные часы в мире северным концом стержня обращены к Полярной, а южным - к созвездию Октана, где находится южный полюс неба (но нет другой Полярной звезды). Такое усовершенствование гномона предпринял грек Анаксимен Милетский, около 530 г. до н. э. построивший в спартанской столицы Лакедемоне солнечные часы.

С той поры более двух тысячелетий этот прибор оставался главным измерителем времени. Солнечные часы, сооруженные на площадях древних и средневековых городов, размеряли жизнь горожан, а в парках и садах служили забавным и поучительным украшением. В Средние века часам иногда придавали весьма неожиданный вид. Представьте, на площади стоит, опираясь на косу, костлявая старуха - смерть, а наклонно дерево косы - оно же гномон горизонтальных часов - напоминает смертным, что время неумолимо.

Обычно на циферблате отмечали только часы. В Середине века лишь астрономы для своих нужд делили часы на минуты. В повседневной жизни минуты значения не имели. А самые большие солнечные часы находятся в Дели, на территории старинной обсерватории. Гномоном служит лестница высотой 18 м, устроенная к Полярной звезде. Тень падает на дугообразную стену циферблата, разделенную сверху на часы и минуты.

Если регулярно проверять такие безупречно построенные часы по сигналам точного времени, по телевизионным часам, то можно убедиться, что четыре дня в году – 16 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря – они показывают время, совпадающее с тем, по которому мы живем. Во все другие дни года Солнце и его часы либо отстают (в середине февраля, например, на 14 мин), либо спешат (в конце ноября на 16 мин).

Если бы достаточно равномерно вращающийся земной шар так же равномерно обращался вокруг Солнца по круговой орбите, а ось Земли была перпендикулярна плоскости орбиты, тогда и. Солнце по небу, и его часы на Земле тоже шли бы равномерно. Но, во – первых, Земля движется по эллипсу и в начале года ее скорость заметно больше, чем в летние месяцы, поэтому зимние сутки чуть длиннее летних. А во – вторых, наклон Земной оси к экватору – это еще одна причина разной продолжительности суток.

До сих пор сохранился египетский обелиск высотой в 34 метра. Считается, что в царствование Августа он был перевезен из Египта в Рим и по указанию императора установлен на Марсовом поле, а руководил этой операцией математик Факундус Новус. Гномон поставили в центре специальной панели, на которой начертили циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых частей. По словам Плиния Старшего, обелиск служил для определения времени года и долготы дня. Он простоял несколько веков, но в эпоху упадка Древнего Рима был сброшен и надолго забыт. В 1463 году его опять нашли, но только в 1792 году вновь установили на площади Монтечиторио в Риме, где он стоит и поныне.

В Египте помимо обелисков были созданы и другие конструкции солнечных часов, время в которых определялось длиной, а не направлением тени. Измерение времени длиной тени кое-где сохранилось до позднего Средневековья. Врач и географ Паоло Тосканелли построил в 1468-1482 годах на костеле св. Марии де Фиоре во Флоренции гномом высотой 84.5 метра, с помощью которого удавалось измерять с полусекундной точностью местный полдень. Египтяне знали, что тень, отбрасываемая гномоном, различна в зависимости от времени года, но разница не учитывалась. Абсолютно точное время здешние гномоны показывали лишь дважды в год: в дни весеннего и осеннего равноденствия. Чтобы улучшить точность, стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

Создание солнечных, водяных, песочных часов способствовало развитию точной механики, а она, в свою очередь, была связующим звеном между приборостроением и опытной наукой. Византия среди всех стран достигла высокого уровня развития техники. Арабы учились у византийцев многому, в том числе и конструированию и изготовлению различных видов солнечных часов. А в самой Византии были весьма распространены солнечные настенные вертикальные часы. Они имелись на стенах церквей и общественных зданий и были примерно такого же типа, как на стенах Башни ветров в Афинах и на стене византийской церкви, построенной на месте языческого храма Грация. На циферблате для обозначения часов впервые появляются числа.

При господстве аграрного строя и ремесленной техники в Древнем мире и в Средние века не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди определяли время по естественному освещению Солнца, длинные летние дни и короткие зимние, одинаково делили на 12 часов, а потому летние и зимние часы были разными.

Прогресс, которым ознаменовалась наука в эпоху Возрождения, отразился и на конструкции солнечных часов. Сравнительно быстро, примерно за 130 лет, прежние несовершенные часы превратились в весьма точные для своего времени хронометрические приборы, которыми можно было измерять время в любом месте Земного шара. Для правильной установки часов стали использовать компас.

Один из первых создателей солнечных часов с корректирующим компасом – был астроном и математик Региомонтан, работавший в середине 15 века в Нюрнберге. Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что их стало возможно использовать повсеместно, и появились портативные, карманные или дорожные модели часов.

Имеется описание деревянных восьмигранных палок длиной 160 см, с металлическим острием и с вырезанными часовыми шкалами. Это солнечные часы (ашадах), которыми пользовались в Средние века индийские паломники. В ручке такой палки просверливали обычно четыре сквозные отверстия, в которые над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование «ашадах» эти часы получили по тому сезону (июнь - июль), в котором совершались паломничества.

Примерно в это же время появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат обычно состоял из мозаичной филенки, залитой свинцом. Стрелка отбрасывала тень на циферблат, устроенный так, чтобы конец тени указывал не только часы, но и положение Солнца в зодиаке. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.

Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома. Первым такие часы описал Й. Б. Бенедиктус в книге, изданной в Турине в 1574 году. По некоторым сведениям, конструированием зеркальных часов занимался и Николай Коперник, чему можно поверить, ибо до сих пор сохранился циферблат зеркальных часов на замке в Ольштыне предположительно его работы.

Но люди изыскивали, и примитивные способы измерения времени с помощью Солнца; иногда единственным «инструментом» для этого была человеческая рука. Первые сообщения о таких «часах» относятся к началу 16 века. Левую руку поворачивали ладонью вверх, и ее направленный вверх большой палец выполнял функцию теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в 19 веке.

Проще всего самому соорудить экваториальные солнечные часы. Они называются так потому, что плоскость их циферблата параллельна плоскости небесного экватора. На квадратном куске фанеры, размером 25,5см на 25,5см мы начертили круглый циферблат часов. Разделили его на 24 ч, деление каждого часа должно быть равным 15°. Затем расставили метки времени. Точно в центре циферблата и строго перпендикулярно ему укрепили деревянный стержень длиной чуть больше радиуса окружности циферблата. Тень от стержня заменит часовую стрелку и будет показывать время. Подставка, на которой укрепили циферблат, наклонена к северу в соответствии с географической широтой местности, где мы устанавливаем часы.

Затем мы выставили время. Для этого мы установили циферблат так, чтобы стержень был направлен точно на север – на Полярную звезду. В полдень, когда тень стала наиболее короткой, проверили время по обычным часам. Циферблат солнечных часов повернули так, чтобы тень стержня показывала на них то же время. В таком положении на циферблате в направлении тени провели полуденную линию север – юг, а перпендикулярно ей – линию восток – запад. Часы идут без завода и смены батарейки. По экваториальным часам можно узнать время только в весенние и летние месяцы. С 23 сентября по 21 марта Солнце ходит по небу ниже небесного экватора, поэтому может освещать циферблат только снизу, что, конечно, неудобно. Если вы хотите установить часы на долгое время, то можно сразу под открытым небом соорудить наклонный циферблат: под нужным углом гладко отпилить пень или на верхушку столбика прибить дощечку.