Hvordan fungerer et solur?

Prøv at forestille dig en verden uden internettet. Det er i det mindste en lille ubehageligt, ikke? Fjern nu mobile enheder af enhver art fra ligningen sammen med digitale kameraer og GPS-teknologi.

Når du går endnu længere og skubber armbåndsure og vægure ud af blandingen, begynder tingene at føles næsten panik i en fart. Det er svært at tro i dag, at indtil begyndelsen af ​​1800'erne solur havde været menneskehedens vigtigste måde at holde tid på i tusinder af år!

Disse ting er dog klar til det rigtige spørgsmål, selvom: Hvad hvis du ikke kunne fortælle tid? Overhovedet? Som i, hvad hvis livet manglede nogen sammenhæng for at fastgøre hele forestillingen om "hvornår" i noget, der ligner den umiddelbare betydning? (En moderne jordboer er dårligt rustet til endda at konfrontere dette spørgsmål; det er sandsynligvis ikke muligt for dig at rense dit sind for hele begrebet sekunder, minutter og timer og for den forudsigelighed, som hele ordningen med struktureret tid tilbyder.)

På et eller andet tidspunkt i den menneskelige kognitive udvikling udviklede dine forfædre evnen til at forbinde rutine eller i det mindste regelmæssige, astronomiske fænomener med forbigående af faste mængder af "tid" uanset, og uanset hvordan de udtænkt denne mængde (som selv i dag undgår korrekt beskrivelse, selvom der er en måde at redegøre for det i matematik og fysik).

Eksempler er solopgang og solnedgang hver dag, månens faser og den måde, hvorpå himlen cykler gennem en præcis og forudsigelig transformation hver gang Jorden fuldfører endnu et spin rundt om sin rotationsakse (en "dag") eller tur rundt om solen (en "år").

På et givet tidspunkt i den menneskelige eller præ-menneskelige udvikling tillod oprettelsen af ​​detaljerede værktøjer, at dine forfædre kunne fremskynde deres effektive adskillelse fra andre aber. Hominide hjerner blev sofistikerede nok til at sætte pris på det tidsmæssige forhold mellem fysiske uundgåelighed i deres miljø og biologiske realiteter, de havde brug for at være opmærksom på, såsom det faktum, at det er lettere at sove "om natten" (dvs. i mørke), men også det faktum, at visse farlige rovdyr går på jagt, når det mørk.

Hvad er en solur? Formelt er det et kronometer (dvs. et ur), der bruger skyggen produceret af sollys, der falder på en lodret stang for at vise lokal tid. Af grunde, du snart vil se, er stangen kaldet a gnomon, skal placeres parallelt med jordens rotationsakse og pege mod en position på himlen, der svarer til ret nord eller himmelske nordpol (CNP).

Derfor skal stangen på en given geografisk breddegrad vippes i en vinkel i forhold til horisonten (dvs. den vandrette), der er identisk med størrelsen på denne breddegrad.

For eksempel vil nogen, der bygger et solur på 40 ° i Boulder, Colorado, i USA, sigte mod gnomon 40 grader over midten af ​​den nordlige horisont, lige halvvejs til punktet direkte over hovedet ( zenith). Som du måske ved, da der er 360 grader i en cirkel, dækker en halvcirkel som himlen 180 grader; dette betyder, at vinkelafstanden fra enhver horisont til zenith er halvdelen af ​​dette eller 90 grader.

• Bemærk: Vejledningen i denne artikel er rettet mod læsere på den nordlige halvkugle. Andre bør vende retning mod nord-syd, da situationer der kræver dette opstår.

At have et ordentligt håndtag med grundlæggende solur-fakta kræver, at man husker navnene på nogle få ikke-bevægelige dele, men det håber man, at man vil nærme sig denne tænkning som en astronom og vinde en værdsætter ikke kun en højkvalitets solurets fantastiske håndværk, men også den videnskab, der har gjort det muligt for denne klasse enheder at udføre deres eneste, endeløse job i tusinder af år menneskelig historie.

Du bliver udsat for alle mulige interessante nye udtryk, når du læser igennem denne artikel, og du vil endda være klar til at bygge din egen solur - det være sig ydmyg eller detaljeret - inden den tid du er igennem. Men det vigtigste for dig at prøve at fokusere din tankegang på her er forholdet mellem ekliptik, det himmelske ækvator, og himmelstænger.

Ser du, når du lærer om solur, lærer du ikke rigtig, hvordan man laver et hyggeligt, hvis fascinerende værktøj, der ikke længere er nødvendigt takket være kolossale og løbende spring i menneskelig teknologi. Du læner meget om selve rammen for astronomi - hvordan genstande er placeret og mærket, og hvordan De himmelske cyklusser, du ser og tager for givet, blev integreret i selv de tidligste solurer fra 1500 fvt eller så.

Originale skabere af soluret genkendte forholdet mellem enkel geometri og opførsel eller specifikt tilsyneladende opførsel af objekter på himlen. Sondringen er vigtig, for med henblik på en solur behandles jorden som fast, med andre ting "stigende" og "indstilling" og "krydse himlen" - beskrivelser, der kun giver mening fra en jordobservatørs referencepunkt, og som redegør for, hvorfor de gamle gjorde tror forståeligt nok, at alt i kosmos bogstaveligt talt drejer sig om Jorden.

Den nemmeste måde at forestille sig det system, der bruges til at kortlægge objekter på himlen, er at tage den, der bruges her på Jorden (breddegrad og længdegrad) og forestil dig de imaginære linjer, der projiceres på en imaginær sfære (faktisk en halvkugle, da du kun kan se halvdelen af ​​den) i himmel. Et plan trukket gennem midten af ​​jorden gennem dens ækvator skærer dette himmelsk kugle i en cirkel, der præsenteres som en linje kaldet himmelske ækvator.

I mellemtiden dannes en anden cirkulær linje på himlen ved at forlænge planet for Jordens revolution omkring solen. Denne imaginære linje kaldes ekliptikog repræsenterer solens tilsyneladende 360-graders vej gennem hvert år med hensyn til de fjerne baggrundsstjerner. Disse stjerner komme til syne ubevægelig i sammenligning med solen og planeterne, fordi en måde, vi måler sidstnævntes bevægelse på, er at behandle førstnævnte som en "fast" referenceramme.

• Under en biltur ser det ud til, at fjerne ting som skyer og fjerne bjerge bevæger sig med dig, ligesom dig sæt hurtigt vandret afstand mellem dig selv og træerne, køerne og andre genstande, der er langt tættere på kørebane. Dette er sandt, selvom disse bjerge, som fjerne stjerner, faktisk skifter med hensyn til din egen position; de gør bare så meget, meget langsommere.

Fordi Jordens rotationsakse er vippet 23,4 ° fra dens omdrejningsplan omkring solen, bliver ekliptikken og den himmelske ækvator forskudt (vippet) af dette beløb. Men de mødes på to punkter, som krydsende hula-bøjler af samme størrelse. Solen følger den himmelske ækvator på disse to dage overalt på Jorden, på forårsjævndøgn (overgang fra vinter til forår på den nordlige halvkugle) og overgang fra sommer til efterår (efterårsjævndøgn).

• Jordens daglige rotation og det faktum, at ingen stjerner er synlige, når solen er i sig selv, gør visualisering af ekliptikken vanskelig for en nybegynder. Sørg for at konsultere diagrammer ofte, når du læser om solur!

På Jorden er breddelinjer parallelle med hinanden hele vejen fra ækvator til begge poler. Linjerne på himlen svarende til breddelinier kaldes linjer for deklinationog etablere nord-syd dimensionel placering.

På den anden side kaldes længdegrader også meridianer på jorden. Disse kan forestilles som strålende udad fra de to punkter dannet af himmelpolerne og mødes igen på den modsatte pol, selvom ingen jordbeskuer kan se begge poler på én gang. Linjen, der passerer fra direkte nord i horisonten gennem zenitten og mod ret syd i den modsatte horisont, er kendt som "den" meridian i himmelsk lingo.

• Fordi meridianen adskiller himmelsfæren i østlige og vestlige halvdele, spiller den en kritisk rolle i solurets design og placering.

Når man identificerer øst-vest position på himlen af ​​et himmelobjekt, er denne del af koordinaten kendt som højre opstigning.

Du har helt sikkert bemærket, at når solen er tæt på horisonten (tidlig morgen eller sen eftermiddag), er skygger længere, end de er, når solen er mere direkte over dig. Alligevel krydser solen hele tiden samme himmel, selvom skyggerne ændrer størrelse og form ved forskellige hastigheder.

Denne indfald af geometri inspirerede de første solur, da deres opfindere indså, at "tid" kunne opdeles pålideligt ikke kun i dage, men dele af en dag. Den forbedrede lethed ved planlægning af livsaktiviteter under et sådant system er indlysende.

De tidligste solur antages at dateres tilbage til Egypten, omkring 1500 fvt. Nogle af disse var faktisk lommeformat og kunne bæres rundt, fordi gnomon (Græsk for "pol") kunne faktisk være et pinhole i stedet for en stang. De var blevet nyttige til tidtagning, lige indtil minut, da mekaniske ure var blevet almindelige og pålidelige og blev brugt langt ud i 1800'erne til at kontrollere nøjagtigheden af ​​"ægte" ure.

Det gnomon er allerede nævnt. Det skal have to karakteristika: Det skal pege mod himmelpolen, og det skal være skråtstillet i en vinkel mod horisonten nøjagtigt lig med observatørens breddegrad. Det er ofte lavet i form af en finne.

Det urskive er den overflade, hvorpå solens skygge projiceres. Det kan være cylindrisk eller fladt og markeres i de divisioner, som producenten vælger, så længe disse stemmer overens med nøjagtig tid.

Timelinjer findes af selvindlysende grunde på stort set alle solurer og markerer nøjagtige (om end tilfældigt valgte, i en eller anden forstand) tidspunkter.

Det nodus er et hak i gnomon, der giver mulighed for bestemmelse af en nøjagtig, skarp position langs skyggelinien, som ellers kan være uklar.

Solur kan opdeles i to grundlæggende typer, højdeopkald og retningsskiver.

En højdeknap muliggør bestemmelse af tid ved hjælp af solens afstand over horisonten. I alle tilfælde skal disse være orienteret i retning af kompas, mens solen i andre er et referencepunkt. Udvalgte slags inkluderer plane drejeknapper, cylinderhjul, skivehjul og ringskiver.

EN retningsknap er afhængig af azimut (kompasretning) og solens vinkel, når den nærmer sig meridianen ved middagstid. Undertyper inkluderer vandrette, polære lodrette, azimutale og ækinoktalskiver.

I alle tilfælde kan du forestille dig, at solen stiger og kaster en bred skygge fra den ene side, der gradvist indsnævres til en linje, når middagstid nærmede sig, og gentager derefter "filmen" i omvendt retning på den anden side af opkaldspladen indtil solnedgang opstår.

Forslag til at lave din egen solur er nemme at finde, og en til at komme i gang er inkluderet i ressourcerne. Husk, det er ikke de nøjagtige materialer, eller hvordan udsmykkede skabelsen ser ud, der er vigtigst; det er, at du forstår fysikken og kan forklare dem til enhver med god mening at spørge dig om dit hårde arbejde.

Åh, og et sidste tip: Vælg ikke en regnvejrsdag til din demonstration - dette vil gøre øvelsen meget mere "lysende" for alle tilstedeværende!