Как работи слънчевият часовник?

Опитайте се да си представите свят без Интернет. Това е поне a малко неудобно, нали? Сега премахнете мобилните устройства от всякакъв вид от уравнението, заедно с цифровите камери и GPS технологията.

Когато отидете още по-далеч и извадите ръчните часовници и стенните часовници от сместа, нещата започват да се чувстват почти панически прибързани. Днес е трудно да се повярва, че до началото на 1800 г., слънчев часовник е бил основният начин на човечеството да запази времето в продължение на хиляди години!

Тези неща обаче са подготовка за истинския въпрос: Ами ако не можете да разберете времето? Изобщо? Както в случая, какво, ако животът няма никакъв контекст, за да фиксира цялото понятие „кога“ във нещо, наподобяващо непосредствения смисъл? (Съвременен землянин не е добре подготвен дори да се изправи срещу този въпрос; вероятно не е възможно да изчистите съзнанието си от цялата концепция за секунди, минути и часове и от предвидимостта, която предлага цялата схема на структурираното време.)

В някакъв момент от човешката когнитивна еволюция вашите предци са развили способността да свързват рутинни или поне редовни астрономически явления с преминаването на фиксирани количества "време", каквото и каквото и да са замислили за това количество (което дори днес се изплъзва от правилното описание, дори ако има начин да се отчете по математика и физика).

Примери за това са изгрева и залеза на слънцето, звездите и луната всеки ден, фазите на луната и начина, по който небето циклира през точен и предсказуема трансформация всеки път, когато Земята завърши още едно завъртане около оста си на въртене ("ден") или пътуване около слънцето ( "година").

На даден етап от човешката или дочовешката еволюция, създаването на сложни инструменти позволи на вашите предци да ускорят ефективното им отделяне от други маймуни. Мозъците на хоминидите станаха достатъчно усъвършенствани, за да оценят временната връзка между физическите неизбежности в тяхната среда и биологичните реалности, от които се нуждаеха за да бъдете наясно, като факта, че е по-лесно да спите "през ​​нощта" (т.е. в тъмнина), но също така и факта, че някои опасни хищници продължават да се разхождат, когато е тъмно.

Какво е слънчев часовник? Формално е така хронометър (т.е. часовник), който използва сянката, получена от слънчева светлина, падаща върху вертикален прът, за да покаже местното време. По причини, които скоро ще видите, пръчката, наречена a гномон, трябва да бъде разположен успоредно на оста на въртене на Земята и да сочи към позиция в небето, която съответства на право на север, или небесен северен полюс (CNP).

Следователно при всяка дадена географска ширина пръчката трябва да бъде наклонена под ъгъл спрямо хоризонта (т.е. хоризонтала), който е идентичен с големината на тази географска ширина.

Например, някой, който строи слънчев часовник на 40 ° географска ширина в Боулдър, Колорадо, САЩ, би насочил гномон на 40 градуса над средата на северния хоризонт, малко под половината от точката директно над главата ( зенит). Както може би знаете, тъй като в кръг има 360 градуса, полукръг като небето покрива 180 градуса; това означава, че ъгловото разстояние от всеки хоризонт до зенита е половината от това, или 90 градуса.

• Забележка: Указанията в тази статия са насочени към читателите в Северното полукълбо. Други трябва да обърнат посоките север-юг, когато възникнат ситуации, изискващи това.

Наличието на правилна справка с основните слънчеви часовници изисква запаметяване на имената на няколко неподвижни части, но се надяваме, че ще подходите към това мислене като астроном и ще спечелите оценяваме не само за невероятно майсторство на висококачествен слънчев часовник, но и за науката, която позволява на този клас устройства да изпълняват своята единствена, безкрайна работа в продължение на хиляди години човешката история.

Ще бъдете изложени на всякакви интересни нови термини, докато четете тази статия, и дори ще сте готови да изградите свой собствен слънчев часовник - бил той скромен или сложен - до времето, през което сте преминали. Но най-важното за вас, за да се опитате да съсредоточите мисленето си тук, е връзките между еклиптичен, небесен екватор, и небесни полюси.

Виждате ли, че когато научавате за слънчеви часовници, всъщност не се научавате как да направите старомоден, макар и завладяващ инструмент, който вече не е необходим благодарение на колосални и продължаващи скокове в човешките технологии. Много се опирате на самата рамка на астрономията - как и как са разположени и етикетирани обектите небесните цикли, които виждате и приемате за даденост, са били интегрирани дори в най-ранните слънчеви часовници от 1500 г. пр. н. е. или така.

Оригиналните създатели на слънчевия часовник разпознават връзката между проста геометрия и поведението, или по-конкретно очевидно поведение на обекти в небето. Разграничението е важно, тъй като за целите на слънчевия часовник Земята се третира като фиксирана, с други неща "издигане" и "настройка" и „пресичане на небето“ - описания, които имат смисъл само от референтната точка на наблюдател на Земята и които обясняват защо древните Направих разбираемо мисля, че всичко в космоса буквално се върти около Земята.

Най-лесният начин да си представите системата, използвана за картографиране на обекти в небето, е да вземете използваната тук на Земята (географска ширина и дължина) и представете си въображаемите линии, които се проектират върху въображаема сфера (всъщност полукълбо, тъй като можете да видите само половината от нея) в небе. Самолет, изтеглен през средата на Земята през екватора му, пресича това небесна сфера в кръг, който се представя като линия, наречена небесен екватор.

Междувременно друга кръгова линия в небето се формира от удължаването на равнината на земната революция около слънцето. Тази въображаема линия се нарича еклиптичен, и представлява очевидния 360-градусов път на слънцето през всяка година по отношение на далечните фонови звезди. Тези звезди се появи неподвижен в сравнение със слънцето и планетите, защото един от начините да измерваме движението на последните е третирането на първите като „фиксирана“ референтна рамка.

• По време на пътуване с кола, далечни неща като облаци и далечни планини изглежда се движат с вас, дори като вас бързо поставете хоризонтално разстояние между себе си и дърветата, кравите и други предмети, които са далеч по-близо до пътно платно. Това е вярно, въпреки че тези планини, като далечни звезди, всъщност се променят по отношение на вашата собствена позиция; те правят толкова много, много по-бавно.

Тъй като оста на въртене на Земята е наклонена с 23,4 ° от нейната равнина на въртене около слънцето, еклиптиката и небесният екватор се компенсират (накланят) с тази сума. Но те се срещат в две точки, като пресичащи се хула обръчи със същия размер. Слънцето следва небесния екватор през тези два дни навсякъде по Земята, на пролетно равноденствие (преход от зима към пролет в Северното полукълбо) и преход от лято към есен (есенно равноденствие).

• Ежедневното въртене на Земята и фактът, че не се виждат звезди, когато е самото слънце, затруднява визуализацията на еклиптиката за новодошлия. Не забравяйте да се консултирате често със схеми, докато четете за слънчеви часовници!

На Земята линиите на географска ширина са успоредни една на друга по целия път от екватора до двата полюса. Линиите в небето, съответстващи на географските ширини, се наричат ​​линии на деклинация, и установете северно-южно измерно местоположение.

Линиите на дължина, от друга страна, се наричат ​​още меридиани на Земята. Те могат да си представим, че излъчват навън от двете точки, образувани от небесните полюси, и се срещат отново на противоположния полюс, въпреки че никой зрител на Земята не може да види и двата полюса наведнъж. Линията, преминаваща от директно на север на хоризонта през зенита и към право на юг на отсрещния хоризонт, е известна като "" меридианът в небесния линго.

• Тъй като меридианът разделя небесната сфера на източната и западната половина, той играе критична роля в дизайна и позиционирането на слънчевите часовници.

Когато се идентифицира позицията изток-запад в небето на небесен обект, тази част от координатата е известна като дясно издигане.

Със сигурност сте забелязали, че когато слънцето е близо до хоризонта (рано сутрин или късно следобед), сенките са по-дълги, отколкото когато слънцето е по-точно над вас. И все пак слънцето пресича небето с една и съща скорост през цялото време, дори ако сенките променят размера и формата си с различна скорост.

Тази прищявка на геометрията вдъхновява първите слънчеви часовници, тъй като техните изобретатели осъзнават, че "времето" може да бъде разделено надеждно не само на дни, но части от деня. Подобрената лекота на планиране на житейски дейности при такава система е очевидна.

Смята се, че най-ранните слънчеви часовници датират от Египет, около 1500 г. пр. Н. Е. Някои от тях всъщност бяха с джобни размери и можеха да се носят наоколо, тъй като гномон (На гръцки „полюс“) всъщност може да бъде дупка вместо пръчка. Те са станали полезни за отчитане на времето дори до минута, когато механичните часовници са станали обичайни и надеждни и са били използвани през 1800 г. за проверка на точността на „истинските“ часовници.

The гномон вече беше споменато. Той трябва да има две характеристики: Той трябва да сочи към небесния полюс и да бъде наклонен под ъгъл спрямо хоризонта, точно равен на географската ширина на наблюдателя. Често се прави във формата на перка.

The табелка за набиране е повърхността, върху която се проектира слънчевата сянка. Той може да бъде цилиндричен или плосък и да бъде маркиран на всички отдели, които производителят му избере, стига те да се подравнят с точно време.

Часови редове се намират по разбираеми причини на почти всички слънчеви часовници и отбелязват точните (макар и произволно избрани, в известен смисъл) точки във времето.

The възли е прорез в гномона, който позволява определянето на точно, рязко положение по линията на сянката, което иначе може да е размито.

Слънчевите часовници могат да бъдат разделени на два основни типа, височинни циферблати и насочени циферблати.

An височинен циферблат позволява определяне на времето, като се използва разстоянието на слънцето над хоризонта. Във всички случаи те трябва да са ориентирани към посока на компаса, докато в други самото слънце е отправна точка. Избраните видове включват плоски циферблати, цилиндърни циферблати, скайп циферблати и пръстеновидни циферблати.

A насочен циферблат разчита на азимут (посока на компаса) и на ъгъла на слънцето, когато се приближава до меридиана по обяд. Подтиповете включват хоризонтални, полярни вертикални, азимутални и равноденствени циферблати.

Във всички случаи можете да си представите слънцето да изгрява и да хвърля широка сянка от едната страна, която постепенно се стеснява до a линия при наближаване на обяд и след това повтаря "филма" в обратна посока от другата страна на циферблата до залез слънце настъпва.

Предложенията за създаване на собствен слънчев часовник са лесни за намиране и едно за започване е включено в Ресурсите. Не забравяйте, че не най-важни са точните материали или това колко украсено изглежда творението; това е, че разбирате физиката и можете да ги обясните на всеки с разумен разум да ви попита за вашата упорита работа.

О, и последен съвет: Не избирайте дъждовен ден за демонстрацията си - това ще направи упражнението много по-„озаряващо“ за всички присъстващи!