كيف يعمل عقرب الشمس؟

حاول تخيل عالم بدون الإنترنت. هذا على الأقل القليل غير مريح ، أليس كذلك؟ الآن ، قم بإزالة الأجهزة المحمولة من أي نوع من المعادلة ، إلى جانب الكاميرات الرقمية وتقنية GPS.

عندما تذهب أبعد من ذلك وتخرج ساعات المعصم وساعات الحائط من هذا المزيج ، تبدأ الأمور في الشعور بالذعر تقريبًا بسرعة. من الصعب أن نصدق اليوم أنه حتى أوائل القرن التاسع عشر ، كان مزولة كانت الطريقة الرئيسية للبشرية للحفاظ على الوقت لآلاف السنين!

هذه الأشياء كلها جاهزة للسؤال الحقيقي ، على الرغم من: ماذا لو لم تستطع معرفة الوقت؟ على الاطلاق؟ كما في ، ماذا لو كانت الحياة تفتقر إلى أي سياق لتحديد مفهوم "متى" بالكامل في أي شيء يشبه المعنى المباشر؟ (إنسان الأرض الحديث غير مجهز حتى لمواجهة هذا السؤال ؛ ربما لا يمكنك تطهير ذهنك من مفهوم الثواني والدقائق والساعات بالكامل وإمكانية التنبؤ الذي يقدمه مخطط الوقت المنظم بالكامل.)

في مرحلة ما من التطور المعرفي البشري ، طور أسلافك القدرة على ربط الظواهر الفلكية الروتينية ، أو على الأقل العادية ، بمرور الثابت. مقدار "الوقت" ، بغض النظر عن كيفية تصوره لهذه الكمية وكيفما كانت (والتي حتى اليوم تستعصي على الوصف المناسب حتى لو كانت هناك طريقة لحسابها في الرياضيات الفيزياء).

ومن الأمثلة على ذلك شروق وغروب الشمس والنجوم والقمر كل يوم ، ومراحل القمر والطريقة التي تدور بها السماء خلال مسار دقيق. والتحول المتوقع في كل مرة تكمل فيها الأرض دورانًا آخر حول محور دورانها ("يوم") أو رحلة حول الشمس (أ "عام").

في مرحلة معينة من التطور البشري أو ما قبل الإنسان ، سمح إنشاء أدوات متقنة لأسلافك بتسريع فصلهم الفعال عن القردة الأخرى. أصبحت أدمغة البشر متطورة بما يكفي لتقدير العلاقة الزمنية بين الحتميات المادية في بيئتهم والواقع البيولوجي الذي يحتاجون إليه أن تكون مدركًا ، مثل حقيقة أنه من الأسهل النوم "في الليل" (أي ، في الظلام) ولكن أيضًا حقيقة أن بعض الحيوانات المفترسة الخطرة تتجول عندما داكن.

ما هي المزولة؟ رسميا ، هو كذلك كرونومتر (أي ساعة) يستخدم الظل الناتج عن سقوط ضوء الشمس على قضيب عمودي لإظهار التوقيت المحلي. لأسباب سترى قريبًا ، قضيب يسمى a جنومون يجب أن تكون موازية لمحور دوران الأرض وأن تشير إلى موضع في السماء يتوافق مع اتجاه الشمال ، أو القطب الشمالي السماوي (CNP).

لذلك ، في أي خط عرض جغرافي ، يجب إمالة القضيب بزاوية مع الأفق (أي الأفقي) مماثلة لحجم خط العرض هذا.

على سبيل المثال ، قد يقوم شخص ما ببناء ساعة شمسية على خط عرض 40 درجة في بولدر ، كولورادو ، في الولايات المتحدة ، بتوجيه عقرب 40 درجة فوق منتصف الأفق الشمالي ، أقل بقليل من منتصف الطريق إلى النقطة التي فوقها مباشرة ( ذروة). كما تعلم ، نظرًا لوجود 360 درجة في الدائرة ، فإن نصف دائرة مثل السماء تغطي 180 درجة ؛ هذا يعني أن المسافة الزاوية من أي أفق إلى السمت تساوي نصف هذا ، أو 90 درجة.

• ملحوظة: التوجيهات الواردة في هذه المقالة موجهة إلى القراء في نصف الكرة الشمالي. يجب على الآخرين عكس الاتجاهات بين الشمال والجنوب عند ظهور المواقف التي تتطلب ذلك.

يتطلب التعامل الصحيح مع حقائق الساعة الشمسية الأساسية حفظ أسماء بعض الأجزاء غير المتحركة ، ولكن من المأمول أن تتعامل مع هذا التفكير مثل عالم الفلك وتكتسب نقدر ليس فقط الحرفية المذهلة للساعة الشمسية عالية الجودة ، ولكن أيضًا العلم الذي سمح لهذه الفئة من الأجهزة بأداء وظيفتها الفردية التي لا نهاية لها لآلاف السنين من التاريخ البشري.

ستتعرض لجميع أنواع المصطلحات الجديدة المثيرة للاهتمام أثناء قراءتك لهذه المقالة ، وستكون مستعدًا أيضًا لبناء مزولة خاصة بك - سواء كانت متواضعة أو مفصلة - بحلول الوقت الذي تمر فيه. لكن أهم شيء بالنسبة لك لمحاولة تركيز تفكيرك عليه هنا هو العلاقات بين مسير الشمس، ال خط الاستواء السماوي، و ال أقطاب سماوية.

كما ترى ، عند التعرف على الساعات الشمسية ، فأنت لا تتعلم حقًا كيفية صنع أداة جذابة ، وإن كانت رائعة ، لم تعد هناك حاجة إليها بفضل القفزات الهائلة والمستمرة في التكنولوجيا البشرية. أنت تميل كثيرًا إلى إطار عمل علم الفلك - كيف يتم تحديد موقع الأشياء وتسميتها ، وكيف تم دمج الدورات السماوية التي تراها وتأخذها كأمر مسلم به في أقدم الساعات الشمسية من 1500 قبل الميلاد أو وبالتالي.

أدرك المبدعون الأصليون للساعة الشمسية العلاقة بين الهندسة البسيطة والسلوك ، أو على وجه التحديد واضح سلوك الأشياء في السماء. التمييز مهم ، لأنه لأغراض الساعة الشمسية ، يتم التعامل مع الأرض على أنها ثابتة ، مع أشياء أخرى "ترتفع" و "الإعداد" و "عبور السماء" - الأوصاف التي لا معنى لها إلا من النقطة المرجعية لمراقب الأرض ، والتي تفسر سبب القدماء فعلت أعتقد بشكل مفهوم أن كل شيء في الكون يدور حرفياً حول الأرض.

أسهل طريقة لتخيل النظام المستخدم لرسم خريطة للأشياء في السماء هي أخذ النظام المستخدم هنا على الأرض (خطوط الطول والعرض) و تصور الخطوط الخيالية التي يتم إسقاطها على كرة تخيلية (في الواقع نصف كرة ، حيث يمكنك رؤية نصفه فقط) في سماء. يتقاطع هذا المستوى الذي يتم رسمه عبر منتصف الأرض عبر خط الاستواء الكرة السماوية في دائرة ، والتي تقدم كخط يسمى خط الاستواء السماوي.

في هذه الأثناء ، يتكون خط دائري آخر في السماء من امتداد مستوى ثورة الأرض حول الشمس. هذا الخط التخيلي يسمى مسير الشمس، ويمثل المسار الظاهري للشمس بزاوية 360 درجة خلال كل عام فيما يتعلق بنجوم الخلفية البعيدة. هذه النجوم يظهر بلا حراك مقارنة بالشمس والكواكب ، لأن إحدى الطرق التي نقيس بها حركة الأخير هي التعامل مع الأول كإطار مرجعي "ثابت".

• أثناء رحلة السيارة ، يبدو أن الأشياء البعيدة مثل السحب والجبال البعيدة تتحرك معك ، حتى مثلك ضع بسرعة مسافة أفقية بينك وبين الأشجار والأبقار والأشياء الأخرى الأقرب بكثير من الطريق. هذا صحيح على الرغم من أن تلك الجبال ، مثل النجوم البعيدة ، تتغير في الواقع فيما يتعلق بموقعك ؛ إنهم يفعلون الكثير ، ببطء أكثر.

نظرًا لأن محور دوران الأرض يميل بمقدار 23.4 درجة من مستوى دورانه حول الشمس ، فإن خط الاستواء وخط الاستواء السماوي يتم تعويضهما (إمالتهما) بهذا المقدار. لكنهما يلتقيان عند نقطتين ، مثل حلقات الهولا هوب المتقاطعة من نفس الحجم. تتبع الشمس خط الاستواء السماوي في هذين اليومين في كل مكان على وجه الأرض الإعتدال الربيعي (الانتقال من الشتاء إلى الربيع في نصف الكرة الشمالي) والانتقال من الصيف إلى الخريف (الإعتدال الخريفي).

• إن الدوران اليومي للأرض وحقيقة أنه لا توجد نجوم مرئية عندما تكون الشمس نفسها تجعل من الصعب على الوافد الجديد تصور مسار الشمس. تأكد من الرجوع إلى الرسوم البيانية بشكل متكرر كما تقرأ عن الساعات الشمسية!

على الأرض ، خطوط العرض موازية لبعضها البعض على طول الطريق من خط الاستواء إلى كلا القطبين. تسمى الخطوط الموجودة في السماء المقابلة لخطوط العرض بخطوط الانحراف، وإنشاء موقع الأبعاد بين الشمال والجنوب.

خطوط الطول ، من ناحية أخرى ، تسمى أيضًا خطوط الطول على الأرض. يمكن تخيلها على أنها تشع للخارج من النقطتين اللتين شكلتهما الأقطاب السماوية وتلتقي مرة أخرى في القطب المقابل ، على الرغم من أنه لا يمكن لأي عارض للأرض رؤية كلا القطبين في وقت واحد. يُعرف الخط المار من الشمال مباشرة في الأفق عبر الذروة وباتجاه الجنوب في الأفق المقابل باسم "خط الزوال" في اللغة السماوية.

• نظرًا لأن خط الزوال يفصل الكرة السماوية إلى نصفين شرقي وغربي ، فإنه يلعب دورًا مهمًا في تصميم الساعة الشمسية وتحديد المواقع.

عند تحديد الموقع بين الشرق والغرب في سماء جسم سماوي ، يُعرف هذا الجزء من الإحداثي باسم الصعود الصحيح.

لقد لاحظت بالتأكيد أنه عندما تكون الشمس قريبة من الأفق (في الصباح الباكر أو في وقت متأخر بعد الظهر) ، تكون الظلال أطول مما هي عليه عندما تكون الشمس فوقك مباشرة. ومع ذلك ، فإن الشمس تعبر السماء بنفس السرعة طوال الوقت ، حتى لو تغيرت الظلال في الحجم والشكل بسرعات مختلفة.

ألهمت هذه النزوة الهندسية الساعات الشمسية الأولى ، حيث أدرك مخترعوها أن "الوقت" يمكن تقسيمه بشكل موثوق ليس فقط إلى أيام ولكن إلى أجزاء من اليوم. من الواضح أن تحسين سهولة جدولة أنشطة الحياة في ظل مثل هذا النظام.

يُعتقد أن أقدم الساعات الشمسية يعود تاريخها إلى مصر ، حوالي 1500 قبل الميلاد. كانت بعض هذه في الواقع بحجم الجيب ويمكن حملها ، لأن عقرب (كلمة يونانية تعني "القطب") يمكن أن تكون في الواقع ثقبًا بدلاً من قضيب. لقد أصبحت مفيدة في ضبط الوقت حتى مع حلول الوقت الذي أصبحت فيه الساعات الميكانيكية شائعة وموثوقة ، واستخدمت جيدًا في القرن التاسع عشر للتحقق من دقة الساعات "الحقيقية".

ال عقرب سبق ذكره. يجب أن يكون له خاصيتان: يجب أن يشير إلى القطب السماوي ويجب أن يميل بزاوية على الأفق مساوية تمامًا لخط عرض الراصد. غالبًا ما يتم صنعه على شكل زعنفة.

ال لوحة الاتصال الهاتفي هو السطح الذي يُسقط عليه ظل الشمس. يمكن أن يكون أسطوانيًا أو مسطحًا ، ويمكن تمييزه حسب التقسيمات التي يختارها صانعها طالما أنها تتوافق مع الوقت الدقيق.

خطوط الساعة تم العثور عليها لأسباب بديهية في جميع الساعات الشمسية تقريبًا ، وتمييز نقاط زمنية دقيقة (على الرغم من اختيارها عشوائيًا ، بمعنى ما).

ال عقدة هي درجة في العقرب تسمح بتحديد موضع دقيق ودقيق على طول خط الظل ، والذي قد يكون غامضًا بخلاف ذلك.

يمكن تقسيم الساعات الشمسية إلى نوعين أساسيين ، بطلب الارتفاع و بطلب الاتجاه.

ان الاتصال الهاتفي الارتفاع يسمح بتحديد الوقت باستخدام مسافة الشمس فوق الأفق. في جميع الحالات ، يجب أن تكون هذه موجهة نحو اتجاه البوصلة ، بينما في حالات أخرى ، تكون الشمس نفسها نقطة مرجعية. تشمل الأنواع المختارة أقراص الطائرة ، وأقراص الأسطوانة ، والأقراص المنبثقة ، والأقراص الحلقية.

أ الاتصال الهاتفي الاتجاه يعتمد على السمت (اتجاه البوصلة) وعلى زاوية الشمس لأنها تقترب من خط الزوال عند الظهيرة. تشمل الأنواع الفرعية الأقراص الأفقية والقطبية الرأسية والسمتية والمتوازنة.

في جميع الحالات ، يمكنك تخيل شروق الشمس وإلقاء ظل عريض من جانب يضيق تدريجياً إلى a مع اقتراب الظهر ثم يكرر "الفيلم" في الاتجاه المعاكس على الجانب الآخر من لوحة الاتصال حتى غروب الشمس يحدث.

من السهل العثور على اقتراحات لعمل ساعة شمسية خاصة بك ، وواحدة لتبدأ مدرجة في الموارد. تذكر ، ليست المواد الدقيقة أو كيفية زخرفة الخلق هو الأكثر أهمية ؛ هو أنك تفهم الفيزياء ويمكن أن تشرحها لأي شخص يتمتع بحس جيد ليسألك عن عملك الشاق.

أوه ، ونصيحة أخيرة: لا تختر يومًا ممطرًا لمظهرك - فهذا سيجعل التمرين أكثر "إضاءة" لجميع الحاضرين!