Солнечные часы своими руками. Мастер-класс Экваториальные солнечные часы

Большинство людей представляют себе солнечные часы как бесконечно устаревшую древнюю методику отсчёта времени. Ведь все уже привыкли к юлианскому исчислению, равномерности расчёта времени механизмами и электроникой. Спрашивается, зачем использовать солнечные часы в век высоких технологий?

А дело всё в том, что благодаря Солнцу можно получить истинное время данной широты, а не усреднённый показатель. Ведь биоритмы всех живых существ работают по тысячелетним наработанным схемам, которым до директивного регулирования с зимними-летними переводами стрелок «и дела нет». Астрономические циклы играют здесь ключевую роль. Вращение Земли вокруг Солнца и вокруг собственной оси, лунный месяц (оборот луны вокруг оси нашей планеты) – наиболее важные из них. Когда-то человек жил в полной гармонии с природными ритмами, синхронизируя свои активности под солнечные циклы.

Купить солнечные часы вы можете в интернет-магазине newidea-shop.ru входящем в группу проектов компании НОВАЯ ИДЕЯ.

И вот появляется так называемая техносфера, перестраивающая уклад жизни людей. Мы более не любуемся великолепием звёздного неба, не считаем дни равноденствия и солнцестояния сакральными, как наши мудрые предки. И просыпаться стали по будильнику, а не по солнышку. Лишь единицы из нас приветствуют светило, в основном йоги (Сурья намаскур) и спортсмены.

Данная статья осветит некоторые базовые вопросы по тематике солнечных часов.

Что такое солнечные часы и как они работают?

Солнечные часы – это астрономический измеритель склонения и азимута Солнца. Простейшие их разновидности состоят из указателя (гномона – по-древнегречески) и циферблата. Истинное время можно вычислять путём измерения длины и движения тени, отбрасываемой гномоном на поверхность циферблата.

Зачем современным людям солнечные часы?

Привлекательность солнечных часов в технократической современности нисколько не стала ниже. Установленные в городском парке или в другом месте, они делают его более красивым и как бы величественным. Наблюдать за течением естественного времени – довольно необычно и увлекательно, многим нравиться фотографироваться на фоне часов. А что же делает из такими особенными?

Ландшафтный дизайн загородного участка приобретает совершенно особое очарование после установки солнечных часов. Они являются великолепнейшим памятным подарком для близкого человека или делового партнёра. В дизайне часов можно использовать интересную тематику: фамильные гербы, яркие запоминающиеся девизы, обращения, фирменные логотипы.

Памятные даты

После определённых расчётов вполне реально предвосхитить с высокой точностью показание времени, показываемого гномоном на циферблате. Поэтому мы можем спроектировать солнечные часы, отметив желаемую для вас дату – любую, на ваше усмотрение: Дни рождения, семейные юбилеи, дату основания фирмы и т.д.

Изготовление солнечных часов

Материалы для создания могут быть самыми различными. Перед разработкой солнечных часов следует учесть массу факторов: стилистика ландшафтного дизайна, архитектурные особенности здания, окружающую обстановку и, разумеется, предпочтения самого заказчика. Выбор делается также в зависимости от формы и размеров часов.

В парках и приусадебных зонах обычно используется сталь, камень, бетон, дерево, при создании скульптур – нержавейка, бронза, латунь. Для маленьких подарочных и «корпоративных» солнечных часов – древесина благородных пород, мрамор, латунь.

Где лучше купить и заказать солнечные часы?

В компании «Новая Идея » есть энтузиасты гномоники. Это не наука о маленьких человечках-гномах: гномоника исследует солнечные часы. Для них проектирование и изготовление солнечных часов – огромная радость эстетического и креативного достижения. Создать для вас 100% эксклюзивные солнечные часы под заказ доставит сотрудникам огромное удовольствие.

Доверять сложные расчёты и изготовление солнечных часов следует профессионалам, способным проанализировать место будущей установки и не ошибиться в вычислениях. Увы, многим продавцам совершенно неинтересно вникать в суть вопроса, поэтому они предлагают лишь сувенирные и декоративные солнечные часы. Эти изделия – просто имитация добросовестно сделанных. Они служат больше как элемент оформления интерьера или загородного приусадебного участка. Следует учесть и тот факт, что солнечные часы строго привязаны к определённой местности, где и будут использоваться.

Разновидности солнечных часов

Попытки ввести классификацию солнечных часов начались ещё в Древнем Риме. Известный тогда механик и архитектор Витрувий описал около трёх десятков их видов. В плане конструкции солнечных часов они различаются, во-первых, ориентировкой, а во-вторых, формой гномона и циферблата.

Полярные часы с горизонтальным циферблатом

Самыми распространенными солнечные часы на данный момент являются часы с полярным гномоном. В часах такого типа гномон располагается параллельно оси вращения земли и ориентирован в направлении полярной звезды. Угол наклона гномона φ равен широте места расположения солнечных часов , соответственно на полюсах гномон будет располагаться вертикально, а на экваторе горизонтально. Данные солнечные часы часто еще называют парковыми. Их можно расположить на любой ровной поверхности загородного участка или парка, не затененного деревьями или другими строениями.

На сегодняшний день наиболее распространены солнечные часы с полярным гномоном (указателем). Он располагается параллельно оси вращения земли и ориентирован на Полярную звезду из созвездия Малой Медведицы, расположенную около Северного полюса. Угол наклона гномона равняется широте места расположения часов: вертикально – на полюсах, горизонтально – на экваторе. Солнечные часы этого вида также называют парковыми. Их удобно располагать на любой незатенённой ровной поверхности.

Полярные с вертикальным циферблатом

Такие часы в основном устанавливают на фасадах зданий. Сохранились великолепные памятки архитектуры со старинными солнечными часами. При сильной затенённости деревьями расположить их на фасаде – оптимальное решение. Лучше всего, когда фасад располагается строго на Юг. Если же здание отклоняется от сторон света, то следует провести дополнительные расчёты, чтобы учесть угол отклонения.

Это полярные часы с полярным гномоном-осью, расположенным на циферблате, параллельно плоскости экватора. Циферблат разделён на 24 равных части. Тень, указывающая время, движется со скоростью 15 градусов в час. При правильном расположении (угол гномона = широта местности) эти часы будут универсальными.

С учётом зимнего расположения Солнца (ниже плоскости экватора) показания времени зимой считывают в противоположную сторону, а временную шкалу противоположной стороны нумеруют против часовой стрелки.

Это полярные часы, в которых гномон и циферблат расположены параллельно оси вращения планеты. Конструкция имеет один недостаток – ограниченность диапазона показываемого времени (от 7 до 17 часов). Устраняется это за счёт изменения угла наклона циферблата (на восток или на запад), что позволяет расширить диапазон утреннего и вечернего времени. Гномоном может быть стержень и пластина, перпендикулярная плоскости циферблата. На пластину хорошо нанести какую-то фразу, рисунок или знак.

Армиллярная сфера

Подобная разновидность сочетает достоинства экваториальных и полярных солнечных часов, но при этом без их недостатков. Один и тот же циферблат круглогодично показывает время в широком диапазоне значений. Временная шкала расположена на полосе, лежащей в экваториальной плоскости, как в экваториальных часах. Армиллярные солнечные часы также могут выступать в роли календаря, демонстрируя склонение Солнца (обычно для моментов вхождения светила в определённое зодиакальное созвездие).

Солнечные вертикальные часы, аналемматические

Один из наиболее древних видов солнечных часов – это такие, в которых сам наблюдатель является гномоном. Пропорция роста человека к длине его ступней составляет приблизительно 1:6. По длине тени определяется угол расположения Солнца. При этом принимается в расчёт то, что тень отбрасывается в разных направлениях в разное время года, кроме полуденного времени, когда она падает строго на север. В роли циферблата выступает эллипс, лежащий в горизонтальной плоскости. В центре этого эллипса располагается разметка времён года. Гномон устанавливается в нужное время в нужном месте, позволяя определять истинное время. Каждый при желании имеет возможность определить время собственной тенью.

Любопытно, что если в циферблат добавить полярный гномон, то при совмещении показаний двух гномонов ориентация часов сведётся к этому смещению.

В этой разновидности различают два подвида – цилиндрические часы и гемицикл. Цилиндрические представляют собой вертикальный цилиндр-циферблат и горизонтально зафиксированный в верхней части гномон. Горизонтальный указатель-гномон зафиксирован на вращающейся подставке, поворачивающейся по оси цилиндра в положение текущего месяца. Тень ложится вертикально, указывая на временную разметку. Поскольку часы показывают время в зависимости от высоты Солнца, которая дважды в течение светового дня одинакова, то одними часами показывается и утреннее, и вечернее время.

Гемицикл работает по принципу солнечных часов с полярным гномоном, указывая истинное время и склонение светила. Циферблат разбит на равные промежутки времени. Впервые гемициклы появились в Древней Греции, где гномоника достигла высокого уровня развития.

В этой статье мы рассмотрим историю солнечных часов, первых из созданных человеком. Необходимость измерять время была продиктована потребностью древнего человека следить за сменой времен года. Время посева, сбора урожая, сезонность передвижения перелетных птиц было важно для человека.

История солнечных часов началась тогда, когда человеку стала очевидна связь между расположением и длиной солнечной тени от предметов и положением Солнца на небосводе. До наших дней сохранилось несколько древних грандиозных сооружений, позволяющих с удивительной точностью отслеживать положение Солнца, звезд и Луны на небосводе, восходы и заходы небесных объектов в каждый из дней года.

История солнечных часов

Одним из таких сооружений в Европе является Стоунхендж, служивший весьма точным календарем для прогнозирования смены времен года, нужного для ведения сельского хозяйства, и обсерваторией для предсказания солнечных и лунных затмений, необходимого, по видимому, для осуществления культовых обрядов.

Время его постройки, согласно исследованиям ученых, датируется 1850-м годом до н.э.

Огромные каменные постройки для астрономических наблюдений найдены в разных уголках мира: на территориях Древнего Вавилона, Египта, в Китае.

Самые известные из них это "Игла Клеопатры", находящаяся сейчас в Лондоне, и гигантский обелиск недалеко от Каира, построенный за 3000 лет до н.э.

История солнечных часов берет свое начало в Ассирии и Вавилоне. Вавилоняне достигли больших успехов в астрономии и математике.

Одним из инструментов, необходимых для астрономических наблюдений являлись полусферические солнечные часы, которые они приспособили и для определения ночного времени. Двенадцать известных древним астрономам созвездий, которые мы сейчас знаем как "знаки зодиака", появлялись в небе с разницей в один час.

Шар из проволоки скользил по циферблату в виде чаши. Вокруг шара был круг, представляющий эклиптику.

На нем изображались двенадцать созвездий, так чтобы угловые расстояния соответствовали реалиям.

По такому инструменту можно было определить место Солнца на проволочной сфере, если иметь знание о положении дневного светила в том или ином знаке зодиака.

Этот астрономический прибор позволял заметить разницу между солнечным и звездным временем, сравнить время пути Солнца и созвездий по эклиптике. Сравнение производилось с помощью водяных часов (клепсидры).

Таким образом, солнечные часы (гномон) Древнего Вавилона положили начало развитию самостоятельной ветви науки - гномоники, тесно связанной с астрономией и математикой.

В музеях Каира и Берлина находятся несколько древних инструментов для наблюдений за Солнцем и звездами, найденных при раскопках в Египте.

Самое раннее упоминание в египетских рукописях о солнечных часах датируется 1521 годом до н.э., хотя это вовсе не означает, что до этого времени они там не использовались.

Египетские солнечные часы того периода определяли время по длине тени от гномона.

О солнечных часах в Древней Иудеи мы знаем из Книги Пророка Исайи. Когда царь Езекия просит у Бога знамение, Бог отвечает ему через своего Пророка: " - Вот, я возвращу назад на десять ступеней солнечную тень, которая прошла по ступеням Ахазовым. И возвратилось солнце на десять ступеней по ступеням, по которым оно сходило." (Исайя 38;8)

Итак, что же представляли из себя "Ахазовы ступени"?

Исследователи Священного Писания полагают, что это не что иное, как солнечные часы, устройство которых Ахаз позаимствовал у ассирийцев и вавилонян.

Как полагают те же исследователи они представляли из себя стоящую на возвышении колонну, от нее вниз шли ступени, являющиеся делениями, по падению тени на которые определяли время. Время правления царя Ахаза 873-852 годы до н.э.

В Китае гномоном пользовались для определения времен года с VIII века до нашей эры.

В округе Гуйчжоу археологи нашли нефритовые солнечные часы, относящиеся к III-му веку до н.э. Из-за особенностей исчисления времени, история солнечных часов в Китае достаточно самобытна.

Это был диск из камня с установленным в центре гномоном.

На двух сторонах диска была шкала, возле делений которой написаны названия 12-ти китайских сдвоенных часов.

По верхней части диска измеряли время от весеннего до осеннего равноденствия, а по нижней части от осеннего до весеннего равноденствия.

Однако, история солнечных часов в Греции не так однозначна: существует мнение, что уже в X-м веке до н.э. в Грецию были привезены солнечные часы из Ассирийского или Вавилонского Царства. Несомненно лишь заимствование у вавилонян солнечных часов, что, учитывая торговые связи того времени, неудивительно.

В III-м веке до н.э. в Греции использовались полусферические солнечные часы, в которых наклон полусферы повторял наклон эклиптики на широте места где был изготовлен.

В античной Греции добились значительных успехов в астрономии и математике. Конические солнечные часы были изобретены на основе теории конических сечений Аполлония.

Суть этих часов в том, что ось вогнутого сегмента конуса находится параллельно Земной оси.

Конус направлен туда же, куда и горизонтальный гномон.

На основной, направленной на юг, стороне солнечных часов имелся циферблат, расположенный перпендикулярно конусной оси и параллельно экватору. Через разделенные на 12 равных частей дуги были проведены часовые линии.

Падающая тень пересекала эти дуги, и по точкам пересечения можно было узнать который час. Несколько конических солнечных часов сейчас хранятся в Лувре.

Плоские солнечные часы появились в результате усовершенствования конических. Такие часы с вертикальным циферблатом устанавливали на башне, чтобы по ним можно было издалека видеть который час. Так появились первые солнечные . В Афинах на Башне Ветров находятся едва ли не самые древние вертикальные солнечные часы, сохранившиеся до наших дней. Вообще, эта башня сама по себе уникальна уже тем, что является первой метеорологической станцией. На крыше был расположен флюгер, в ней самой находились водяные часы, на фасаде первые солнечные башенные часы.

В Риме первые солнечные часы появляются в 292 году до нашей эры. В результате Первой Пунической войны и уже после ее окончания римлянами были завоеваны греческие острова и часы были вывезены оттуда в качестве трофея. Впрочем из-за этого они показывали время того места, где были сделаны. Уже очень скоро солнечные часы стали неотъемлемой частью быта римлян. Их устанавливали на площадях, возле храмов и в других общественных местах.

На площади Монтечиторио в Риме и сейчас можно увидеть один из древнейших обелисков с солнечными часами. Установленный еще во времена императора Августа на Марсовом поле, он был убран с площади в эпоху упадка империи, но найден в 1463 г. и поставлен вновь в 1792 году.

Римляне стали устанавливать и использовать солнечные часы для разных бытовых нужд. Так, по ним регулировали вход в бани.

Появились часы на частных виллах и переносные солнечные часы, которые можно было брать с собой в дорогу. Они учитывали разницу во времени в крупных городах - Риме, Александрии и других. Существовали также солнечные часы для всех широт, из которых до наших дней сохранилось два экземпляра.

Римляне мало привнесли в развитие гномоники, они пользовались тем, что делали греческие мастера.

В начале Средних веков в Европе пользовались лишь солнечными и водяными часами.

Приблизительно в XIII в. там входят в употребление песочные часы,

которые, являясь альтернативой водяным, получают значительное распространение уже к началу XIV века.

В Византии, в Средневековье были популярны вертикальные солнечные часы. Их размещали на фасадах монастырей, башен, общественных зданий и храмов. На циферблатах впервые указывают числа. В связи с популярностью походных часов появляется профессия часовщика. Совершенствуется астролябия Гиппарха. В это же время арабские мастера учатся у византийцев изготавливать солнечные и водяные часы. Развитие гномоники в Индии и на мусульманском Ближнем Востоке в средневековье дает начало изучению тригонометрии, геометрии и математике. Индусы активно используют в расчетах теорему Пифагора и другие знания, заимствованные у эллинов.

К развитию тригонометрии у арабов привело появление переводов трудов Птоломея и индийских "сиддхант".

После завоевания турками Константинополя, на всех мечетях, в которые нередко переделывали Православные Храмы, устанавливали солнечные часы. По ним определяли время молитв, а на циферблате наносилась линия, указывающая направление на Мекку.

В Багдаде и Дамаске были построены обсерватории.

Переняв у византийцев искусство создания астролябий и угломерных инструментов, водяных и солнечных часов мусульманские ученые достигли больших успехов в их совершенствовании.

В Европе одним из первых людей, проявивших интерес к гномонике, был папа Сильверст II. Прочитав книги Боэция по геометрии и астрономии, где были описаны основные виды часов того времени, он написал трактат по геометрии, где озвучил основные правила для сооружения солнечных часов. Благодаря ему Европа узнала про устройство и применение астролябии. Это был X век нашей эры.

В XII - XIII веках арабские астрономические таблицы и трактаты перевели на латинский язык. Гномоника продолжила свое развитие уже в Европе.

Перевод греческих текстов в XIV веке способствовал новому интересу к науке и к гномонике, как ее частному направлению. В конце XIV в. Европа перешла на новый счет времени, основанный на равных дневных и ночных часах. И это был очень важный шаг для всей истории часов . Нужно было модернизировать солнечные часы к этому счету времени.

В XVI веке солнечные часы устанавливают на фасадах общественных зданий и Соборов, башнях и стенах. Они уже адаптированы для измерения равных часов. Набирают популярность переносные солнечные часы, в том числе совмещенные в исполнении с компасом. В XVI -XVIII веках они еще достаточно популярны, но по мере удешевления и совершенствования механических часов , применение их начинает постепенно падать. Как мы видим, история солнечных часов включает в себя различные временные периоды развития гномоники: от Древнего мира, через эпоху античности и средневековье до XIV века, когда набирающие популярность механические часы стали постепенно вытеснять солнечные.

Однако в наше время стало модным украшать солнечными часами парки, бульвары и скверы городов.

Солнечные часы Севастополя.

Так, например в 2008-м году, к 225-летию города, на Приморском бульваре Севастополя, вблизи Памятника затонувшим кораблям были устроены солнечные часы, которые несомненно стали украшением города. Они привлекают внимание многочисленных туристов и горожан. Циферблат выложен разноцветной плиткой, а тень небольшого гномона довольно точно показывает время.

В солнечный день любой столб отбрасывает тень. Чтобы узнать сколько времени, люди мерили тень шагами. Утром она была длиннее, в полдень становилась совсем коротенькой, а к вечеру опять удлинялась. Столб, которым пользовались как часами, назывался гномоном.

Гномон - солнечные часы, были первыми часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. У многих народов эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца.

Индийские нищенствующие монахи - факиры превратили в часы обыкновенную дорожную палку – посох. Посох этот был восьмигранный. Наверху в каждой грани высверлено отверстие, в которое вставлялась маленькая палочка. Чтобы узнать, который час, факир поднимает свой посох, держа его за шнурок. Тень, падающая от палочки на грань отвесно висящего посоха, показывала время. На грани посоха вырезаны черточки, обозначающие часы. Но зачем нужно столько граней? Казалось бы, достаточно и одной, но дело в том, что в разное время года видимый путь солнца различен. Поэтому и тень, которая во всем зависит от солнца, ведет себя летом и зимой неодинаково. Летом солнце поднимается на небе выше, чем зимой; оттого тень в летний полдень короче, чем в зимний. Вот почему посох сделан многогранным. Каждая грань размечена для одного какого-нибудь времени года и не годится для другого.

Представьте себе древний город Вавилон около 3,5 тысяч лет тому назад Каждый день от восхода до заката Солнца наверху старинной башни, где была обитель верховного божества Эилиля, находился дежурный жрец и наблюдал за движением солнечной тени от вершины столба.

Стоило тени коснуться очередной линии, как он подносил ко рту рог и громко оповещал: «Знайте, свободные и рабы, миновал еще один час после восхода Солнца!»

Из Вавилона солнечные часы разбрелись по миру. Раньше по главной площади древнегреческого города Афины бегали люди-часы и сообщали желающим, который час. Они узнавали время по единственным в городе солнечным часам и за мелкую монету сообщали время. Вавилоняне научили древних греков делить время на равные промежутки - часы. Они же научили греков строить новые солнечные часы - первые часы с циферблатом.

В солнечных часах небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоскости (кадран), разграфленной линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона.

Исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э.

Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.

Известны более ранние сведения о солнечных часах в Древнем Египте, например, изображение солнечных часов и способа пользования ими на гробнице Сети около 1300 г. до н.э

Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III – первой половине XV в. до н.э. Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

В Средние века солнечные часы могли выглядеть неожиданно. На площади, опираясь на косу стояла скульптура старухи-смерти, а древко ее косы являлось гномоном горизонтальных часов.

Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Кроме горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.

Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома.

Солнечные часы встречались не только в виде часов, расположенных на открытом воздухе – на земле. колоннах и т.п., но и в виде небольших настольных часов.

Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат этих часов, встречающихся довольно часто в Германии и в Англии, обычно состоит из мозаичной филенки, залитой свинцом. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.

Существовали и переносные солнечные часы, но они показывали правильное время, если были верно установлены, т.е.сориентированы.

К первым создателям солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном Региомонтан, работавший в середине XV в. в Нюрнберге. Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что солнечные часы стало возможным использовать повсеместно и появились их портативные, карманные или дорожные модели.

В 15-16 вв. пользовались карманными солнечными часами. Когда крышку коробочки поднимали, между ней и донцем натягивался шнурок - гномон. На донце - горизонтальный циферблат, а на крышке - вертикальный. Встроенный компас позволял развернуть гномон к северу, а миниатюрный отвес - держать коробочку горизонтально. Тень гномона показывала время сразу на оба циферблата. Специальная бусинка, закрепленная на гномоне, своей тенью отмечала дату года.

В минувшую войну во влажных и жарких дебрях Африки где воевали солдаты, современные механические часы безнадежно ломались. А простые маленькие солнечные часы из пластмассы не боялись ни влаги, ни жары, ни пыли. Для задания правильного положения карманные солнечные часы должны иметь встроенный магнитный компас или сами поворачиваться на север.

Самые большие солнечные часы «Самрат Янгра» имеют длину гномона 27 м и высоту 36 м. Они построены в 1724 г. в Джайпуре, Индия.

Самый современный вариант!

В США запатентованы цифровые солнечные часы, не имеющие подвижных деталей. В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут.

На дороге, ведущей из Петербурга в Москву, до сих пор стоят кое-где каменные верстовые столбы, поставленные еще при Екатерине II. На столбе с одной стороны надпись: «от Санкт-Петербурха 22 версты», а с другой - плита с железной треугольной пластинкой посередине и римскими цифрами вокруг. Римские цифры обозначают часы. А стрелки заменяет тень от пластинки. Тень движется, как стрелка часов, и показывает время.

Солнечные часы живы до сих пор, хотя и имеют большой недостаток: ночьюи в пасмурную погоду они бесполезны.

Инструкция

Столб, которым пользовались как часами, назывался гномоном. Солнечные часы - прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением солнца на небе. Одни из первых солнечных часов, найденных в захоронении Наут (Ирландия), датируются 5000 годом до нашей эры. Обелиски Древнего Египта и Вавилона использовались для определения времени дня по длине тени.

Совершенствованием солнечных часов занимались величайшие философы и математики Древней Греции - Анаксимандр, Анаксимен, Евдокс, Аристарх. У древних народов не было деления суток на 24 равные части. На 12 часов они делили световой день, от рассвета до захода солнца, поэтому в разное время года длина часа была разной. В древних солнечных часах - скафисе - время определялось по длине тени, отбрасываемой гномоном на поверхность сферической выемки, размеченной сложными кривыми. С введением равных часов дня и ночи время стали определять не по длине тени, а по ее направлению.

Простейшие солнечные часы показывают солнечное время, то есть, не учитывают деление Земли на часовые пояса. Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии солнца. В солнечный день любой столб отбрасывает тень. Чтобы узнать, сколько времени, люди мерили тень шагами. Утром она была длиннее, в полдень становилась совсем коротенькой, а к вечеру опять удлинялась. У многих народов эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца.

Во внутреннем дворике Музея древностей Керченского историко-культурного заповедника выставлена действующая модель солнечных часов. Теперь любой желающий может увидеть, как измеряли время древние греки, жившие на территории Керчи сотни лет назад. Это действующая модель, оригинал хранится в экспозиции, посетители музея могут его увидеть. Копия часов установлена с учетом всех местных особенностей и действительно отсчитывает время в солнечный день.

Различают солнечные часы горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг). Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы. Кроме часов из драгоценных и обычных металлов, камня, дерева и бумаги, люди изыскивали и примитивные способы измерения времени по тени, когда единственным пособием для этого была человеческая рука с пятью пальцами.

Простейшим способом измерения времени с помощью так называемых солнечных часов было то, что левую руку поворачивали ладонью вверх и ее направленный вверх большой палец выполнял роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени сохранялся среди сельского населения весьма долгое время. В качестве теневого указателя достаточно было короткой веточки длиной с мизинец, которую держали перпендикулярно между мизинцем и безымянным пальцем.

Солнечные часы представляют собой плоскость с закрепленным на ней гномоном. В зависимости от расположения плоскости часы делятся на экваториальные, горизонтальные и вертикальные. Можно изготовить и более сложные виды солнечных часов, однако мы не будем рассматривать их в этой книге, ведь наша цель - объяснить базовые астрономические понятия и математические законы, необходимые для создания этого прибора.

Принцип действия солнечных часов основан на видимом движении Солнца, которое мы наблюдаем с Земли. Так как Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, нам кажется, что Солнце каждый день встает на востоке и садится на западе. Так как мы видим, что Солнце движется относительно оси вращения Земли, гномон солнечных часов должен быть направлен вдоль этой оси независимо от того, где мы их установим. Таким образом, важно знать координаты места, где будут установлены наши часы, в частности широту (знать долготу нужно будет только для того, чтобы определять время по солнечным часам, но об этом мы расскажем чуть позже).

Чтобы гномон был направлен вдоль оси вращения Земли, нужно, чтобы он указывал на Полярную звезду, или на Северный полюс мира (если мы находимся в Северном полушарии), либо на Южный полюс мира (если мы находимся в Южном полушарии). В любом случае угол между гномоном и плоскостью горизонта должен равняться широте места, где установлены часы.

Как показано на рисунке, угловая высота полюса мира над плоскостью горизонта равна широте точки наблюдений, то есть углу между земным экватором и точкой наблюдений, отложенному на меридиане места. Широта определяется углом между плоскостью земного экватора и отвесом или, что аналогично, угловой высотой полюса, или оси вращения Земли, относительно плоскости горизонта. Эти углы равны, так как их стороны соответственно перпендикулярны.

Экваториальные солнечные часы

В зависимости от расположения циферблата существуют различные виды таких часов. Начнем с самого простого случая - солнечных часов, циферблат которых параллелен экватору. В дни осеннего и весеннего равноденствия Солнце движется по небесному экватору, а в другие дни - параллельно ему и в конце концов достигает Северного тропика (с отклонением +23,5°) или Южного тропика (с отклонением -23,5°). Для изготовления простейших солнечных часов достаточно расположить плоскость параллельно плоскости небесного экватора и закрепить на ней гномон, направленный вдоль оси вращения Земли, как показано на следующем рисунке. Таким образом, угол наклона гномона относительно горизонтали будет равен широте места, где установлены часы. Гномон необходимо направить в сторону полюса мира, то есть вдоль линии север - юг. Для этого можно воспользоваться компасом и учесть небольшое отклонение, вызванное тем, что Северный географический полюс и Северный магнитный полюс не совпадают. Впрочем, этой ошибкой можно пренебречь.

Плоскость экватора будет располагаться перпендикулярно оси вращения Земли и, следовательно, перпендикулярно прямой север - юг, лежащей в плоскости горизонта. Линия на циферблате, соединяющая точку пересечения гномона с плоскостью часов и точку пересечения плоскости часов с линией север - юг, на которой расположены часы, будет указывать полдень. Очевидно, что Солнце будет проходить над линией север - юг точно в полдень. Остальные часы размечаются под равными углами 13°, так как Солнце совершает полный оборот в 360° за 24 часа (360/24 = 15°).

Эти солнечные часы, несомненно, изготовить проще всего, однако они обладают любопытной особенностью: весной и летом они указывают время в верхней части плоскости, осенью и зимой - в нижней части плоскости. Следовательно, циферблат нужно разметить с двух сторон, как показано на рисунке. Это самые простые, но не самые популярные часы: чаще всего циферблат солнечных часов располагается горизонтально или вертикально. Горизонтальные и вертикальные часы можно изготовить на основе экваториальных, построив простую проекцию и применив основные тригонометрические функции.

Горизонтальные солнечные часы

Плоскость этих часов расположена строго горизонтально. Гномон образует с линией север - юг угол, равный широте точки, в которой установлены часы, и направлен в сторону полюса мира. Прямая север - юг будет указывать 12 часов. Расположение остальных линий на циферблате определяется по следующему выражению

где ? - угол между линией, указывающей 12 часов, и искомой часовой линией,

Н = 15°, 30°, 43°…, соответственно, согласно следующей иллюстрации.

Вертикальные солнечные часы Спроецировав часовые линии экваториальных солнечных часов на вертикальную плоскость, направленную вдоль линии запад - восток, получим линии циферблата новых часов. Нужно всего лишь учесть, что tg ? = СА/АО, tg H = СА/АВ, sin (90° - ф) = АВ/АО, откуда следует, что tg ? = tg Н соs ф. При Н = 15° ? будет углом, под которым расположена часовая линия, указывающая 11 и 13 часов. При Н = 30° угол? укажет расположение часовой линии 10 и 14 часов и так далее до линии 6 и 18 часов.

Однако стены большинства домов не направлены вдоль линии запад - восток, а образуют с этой линией некоторый угол, который можно точно измерить. В этом случае разметка циферблата заметно усложняется. Необходимые для этого тригонометрические расчеты приведены в приложении.

<<< Назад

Вперед >>>