Πώς λειτουργεί ένα ηλιακό ρολόι;

Προσπαθήστε να φανταστείτε έναν κόσμο χωρίς το Διαδίκτυο. Αυτό είναι τουλάχιστον ένα λίγο άβολα, σωστά; Τώρα, αφαιρέστε κάθε είδους κινητές συσκευές από την εξίσωση, μαζί με ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και τεχνολογία GPS.

Όταν προχωράτε ακόμη περισσότερο και βγάζετε ρολόγια χειρός και ρολόγια τοίχου από το μείγμα, τα πράγματα αρχίζουν να αισθάνονται σχεδόν πανικό σε μια βιασύνη. Είναι δύσκολο να πιστέψουμε σήμερα ότι μέχρι τις αρχές του 1800, το ηλιακό ωρολόγιο ήταν ο κύριος τρόπος της ανθρωπότητας να διατηρεί χρόνο για χιλιάδες χρόνια!

Αυτά τα πράγματα είναι όλα έτοιμα για την πραγματική ερώτηση, ωστόσο: Τι γίνεται αν δεν μπορούσες να πεις χρόνο; Καθόλου? Όπως και στο εξής, τι γίνεται αν η ζωή δεν διέθετε κανένα πλαίσιο για την αποτύπωση ολόκληρης της έννοιας «όταν» σε κάτι που μοιάζει με την άμεση έννοια; (Ένα σύγχρονο Earthling είναι άρτια εξοπλισμένο για να αντιμετωπίσει ακόμη και αυτό το ερώτημα. πιθανότατα δεν είναι δυνατό για εσάς να καθαρίσετε το μυαλό σας από ολόκληρη την έννοια των δευτερολέπτων, λεπτών και ωρών, και για την προβλεψιμότητα ολόκληρου του σχεδίου προσφορών δομημένου χρόνου.)

Σε κάποιο σημείο της ανθρώπινης γνωστικής εξέλιξης, οι πρόγονοί σας ανέπτυξαν την ικανότητα να συσχετίζουν ρουτίνα, ή τουλάχιστον τακτικά, αστρονομικά φαινόμενα με τη μετάβαση σταθερών ποσά "χρόνου", ό, τι κι αν συνέλαβαν για αυτήν την ποσότητα (η οποία ακόμη και σήμερα ξεφεύγει από την κατάλληλη περιγραφή, ακόμη και αν υπάρχει τρόπος να το λογοδοτήσουμε στα μαθηματικά και η φυσικη).

Παραδείγματα είναι η άνοδος και η δύση του ήλιου, των αστεριών και του φεγγαριού κάθε μέρα, οι φάσεις του φεγγαριού και ο τρόπος με τον οποίο ο ουρανός περιστρέφεται μέσω μιας ακριβούς και προβλέψιμος μετασχηματισμός κάθε φορά που η Γη ολοκληρώνει μια άλλη περιστροφή γύρω από τον άξονα περιστροφής της ("ημέρα") ή ταξιδεύει γύρω από τον ήλιο ( "έτος").

Σε ένα δεδομένο στάδιο της ανθρώπινης ή προ-ανθρώπινης εξέλιξης, η δημιουργία περίπλοκων εργαλείων επέτρεψε στους προγόνους σας να επιταχύνουν τον αποτελεσματικό διαχωρισμό τους από άλλους πιθήκους. Ο εγκέφαλος των ανθρωπίνων έγινε αρκετά εξελιγμένος για να εκτιμήσει τη χρονική σχέση μεταξύ φυσικών αναπόφευκτων στο περιβάλλον τους και βιολογικών πραγματικοτήτων που χρειάζονται να γνωρίζετε, όπως είναι το γεγονός ότι είναι πιο εύκολο να κοιμηθείτε «τη νύχτα» (δηλαδή στο σκοτάδι), αλλά και το γεγονός ότι ορισμένοι επικίνδυνοι αρπακτικοί πηγαίνουν στο κυνήγι όταν είναι σκοτάδι.

Τι είναι το ηλιακό ρολόι; Επισήμως, είναι ένα χρονόμετρο (δηλαδή, ένα ρολόι) που χρησιμοποιεί τη σκιά που παράγεται από το φως του ήλιου που πέφτει σε μια κάθετη ράβδο για να δείξει την τοπική ώρα. Για λόγους που θα δείτε σύντομα, η ράβδος, που ονομάζεται α γνώμων, πρέπει να τοποθετηθεί παράλληλα με τον άξονα περιστροφής της Γης και να δείχνει προς μια θέση στον ουρανό που αντιστοιχεί στο βορρά, ή ουράνιος βόρειος πόλος (CNP).

Επομένως, σε οποιοδήποτε δεδομένο γεωγραφικό πλάτος, η ράβδος πρέπει να γείρει υπό γωνία προς τον ορίζοντα (δηλαδή οριζόντιος) που είναι πανομοιότυπος με το μέγεθος αυτού του γεωγραφικού πλάτους.

Για παράδειγμα, κάποιος που χτίζει ένα ηλιακό ρολόι σε γεωγραφικό πλάτος 40 ° στο Boulder, Colorado, στις Ηνωμένες Πολιτείες, θα στοχεύει gnomon 40 μοίρες πάνω από το μέσο του βόρειου ορίζοντα, ακριβώς κάτω από τη μέση μέχρι το σημείο απευθείας από πάνω (το ζενίθ). Όπως ίσως γνωρίζετε, δεδομένου ότι υπάρχουν 360 μοίρες σε έναν κύκλο, ένας μισός κύκλος όπως ο ουρανός καλύπτει 180 μοίρες. Αυτό σημαίνει ότι η γωνιακή απόσταση από οποιονδήποτε ορίζοντα έως το ζενίθ είναι το μισό ή 90 μοίρες.

• Σημείωση: Οι οδηγίες σε αυτό το άρθρο απευθύνονται σε αναγνώστες στο Βόρειο Ημισφαίριο. Άλλοι θα πρέπει να αντιστρέψουν τις κατευθύνσεις βορρά-νότου καθώς προκύπτουν καταστάσεις που το απαιτούν.

Η σωστή διαχείριση των βασικών στοιχείων ηλιακού ρολογιού απαιτεί την απομνημόνευση των ονομάτων μερικών μη κινούμενων μερών, αλλά ελπίζουμε ότι θα προσεγγίσετε αυτήν τη σκέψη σαν αστρονόμος και θα κερδίσετε εκτιμήστε όχι μόνο την καταπληκτική δεξιοτεχνία ενός υψηλής ποιότητας ηλιακό ρολόι, αλλά και την επιστήμη που επέτρεψε σε αυτήν την κατηγορία συσκευών να εκτελούν τη μοναδική, ατελείωτη δουλειά τους για χιλιάδες χρόνια ανθρώπινη ιστορία.

Θα είστε εκτεθειμένοι σε κάθε είδους ενδιαφέροντες νέους όρους καθώς διαβάζετε αυτό το άρθρο, και θα είστε ακόμη έτοιμοι να φτιάξετε το δικό σας ηλιακό ρολόι - είτε είναι ταπεινό ή περίπλοκο - τη στιγμή που θα περάσετε. Αλλά το πιο σημαντικό πράγμα για να προσπαθήσετε να εστιάσετε τη σκέψη σας εδώ είναι οι σχέσεις μεταξύ του εκλειπτική, ο ουράνιος ισημερινός, και το ουράνιοι πόλοι.

Βλέπετε, όταν μαθαίνετε για τα ηλιακά ρολόγια, δεν μαθαίνετε πραγματικά πώς να φτιάξετε ένα περίεργο, αν είναι συναρπαστικό, εργαλείο που δεν χρειάζεται πλέον χάρη στα κολοσσιαία και συνεχιζόμενα άλματα στην ανθρώπινη τεχνολογία. Κλίνετε πολλά για το ίδιο το πλαίσιο της αστρονομίας - πώς εντοπίζονται και επισημαίνονται τα αντικείμενα και πώς οι ουράνιοι κύκλοι που βλέπετε και θεωρείτε δεδομένοι ενσωματώθηκαν ακόμη και στα πρώτα ηλιακά ρολόγια από το 1500 π.Χ. Έτσι.

Οι αρχικοί δημιουργοί του ηλιακού ρολογιού αναγνώρισαν τη σχέση μεταξύ της απλής γεωμετρίας και της συμπεριφοράς, ή συγκεκριμένα του εμφανής συμπεριφορά αντικειμένων στον ουρανό. Η διάκριση είναι σημαντική, διότι για τους σκοπούς ενός ηλιακού ρολογιού, η Γη αντιμετωπίζεται ως σταθερή, με άλλα πράγματα «να ανεβαίνουν» και «να ρυθμίζουν» και "διασχίζοντας τον ουρανό" - περιγραφές που έχουν νόημα μόνο από το σημείο αναφοράς ενός παρατηρητή της Γης και που εξηγούν γιατί οι αρχαίοι έκανε κατανοητό ότι όλα στον Κόσμο περιστρέφονται κυριολεκτικά γύρω από τη Γη.

Ο ευκολότερος τρόπος να φανταστεί κανείς ότι το σύστημα που χρησιμοποιείται για την χαρτογράφηση αντικειμένων στον ουρανό είναι να πάρει αυτό που χρησιμοποιείται εδώ στη Γη (γεωγραφικό πλάτος και μήκος) και φανταστείτε τις φανταστικές γραμμές που προβάλλονται σε μια φανταστική σφαίρα (στην πραγματικότητα ένα ημισφαίριο, αφού μπορείτε να δείτε μόνο το ήμισυ του) στο ουρανός. Ένα αεροπλάνο που τραβιέται στη μέση της Γης μέσω του ισημερινού του το τέμνει ουράνια σφαίρα σε έναν κύκλο, ο οποίος εμφανίζεται ως μια γραμμή που ονομάζεται ουράνιος ισημερινός.

Εν τω μεταξύ, μια άλλη κυκλική γραμμή στον ουρανό σχηματίζεται από την επέκταση του επιπέδου της επανάστασης της Γης γύρω από τον ήλιο. Αυτή η φανταστική γραμμή ονομάζεται εκλειπτική, και αντιπροσωπεύει την φαινομενική διαδρομή 360 μοιρών του ήλιου σε κάθε χρόνο σε σχέση με τα μακρινά αστέρια του φόντου. Αυτά τα αστέρια εμφανίζομαι ακίνητος σε σύγκριση με τον ήλιο και τους πλανήτες, επειδή ένας τρόπος μέτρησης της κίνησης του τελευταίου είναι η μεταχείριση του πρώτου ως "σταθερού" πλαισίου αναφοράς.

• Κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού με αυτοκίνητο, μακρινά πράγματα όπως σύννεφα και μακρινά βουνά φαίνεται να κινούνται μαζί σας, ακόμα και ως εσάς βάλτε γρήγορα οριζόντια απόσταση ανάμεσα σε εσάς και τα δέντρα, τις αγελάδες και άλλα αντικείμενα που είναι πολύ πιο κοντά στο ΟΔΙΚΟΣ ΑΞΟΝΑΣ. Αυτό ισχύει ακόμα κι αν αυτά τα βουνά, όπως τα μακρινά αστέρια, στην πραγματικότητα αλλάζουν σε σχέση με τη δική σας θέση. κάνουν απλώς τόσο πολύ, πολύ πιο αργά.

Επειδή ο άξονας περιστροφής της Γης έχει κλίση κατά 23,4 ° από το επίπεδο περιστροφής του γύρω από τον ήλιο, ο εκλειπτικός και ο ουράνιος ισημερινός αντισταθμίζονται (γέρνουν) από αυτό το ποσό. Αλλά συναντώνται σε δύο σημεία, όπως οι τεμνόμενες χούλα στεφάνες του ίδιου μεγέθους. Ο ήλιος ακολουθεί τον ουράνιο ισημερινό αυτές τις δύο μέρες παντού στη Γη, στον εαρινή ισημερία (μετάβαση από χειμώνα σε άνοιξη στο Βόρειο Ημισφαίριο) και μετάβαση από καλοκαίρι σε φθινόπωρο (φθινοπωρινή ισημερία).

• Η καθημερινή περιστροφή της Γης και το γεγονός ότι δεν υπάρχουν ορατά αστέρια όταν ο ίδιος ο ήλιος καθιστά δύσκολη την οπτικοποίηση της εκλειπτικής για έναν νεοφερμένο. Φροντίστε να συμβουλεύεστε συχνά διαγράμματα καθώς διαβάζετε για τα ηλιακά ρολόγια!

Στη Γη, οι γραμμές γεωγραφικού πλάτους είναι παράλληλες μεταξύ τους από τον ισημερινό και στους δύο πόλους. Οι γραμμές στον ουρανό που αντιστοιχούν σε γραμμές γεωγραφικού πλάτους ονομάζονται γραμμές του απόκλισηκαι καθορίστε τη θέση διαστάσεων Βορρά-Νότου.

Οι γραμμές μήκους, από την άλλη πλευρά, ονομάζονται επίσης μεσημβρινοί στη Γη. Αυτά μπορεί να φανταστεί ότι ακτινοβολούν προς τα έξω από τα δύο σημεία που σχηματίζονται από τους ουράνους πόλους και συναντιούνται ξανά στον αντίθετο πόλο, αν και κανένας θεατής της Γης δεν μπορεί να δει και τους δύο πόλους ταυτόχρονα. Η γραμμή που περνά από κατευθείαν βόρεια στον ορίζοντα μέσω του ζενίθ και προς νότιο νότιο στον απέναντι ορίζοντα είναι γνωστή ως "ο" μεσημβρινός στην ουράνια γλώσσα.

• Επειδή ο μεσημβρινός διαχωρίζει την ουράνια σφαίρα σε ανατολικά και δυτικά μισά, παίζει κρίσιμο ρόλο στον σχεδιασμό και την τοποθέτηση του ηλιακού ρολογιού.

Κατά τον προσδιορισμό της θέσης ανατολής-δύσης στον ουρανό ενός ουράνιου αντικειμένου, αυτό το μέρος της συντεταγμένης είναι γνωστό ως σωστή ανάβαση.

Σίγουρα έχετε παρατηρήσει ότι όταν ο ήλιος είναι κοντά στον ορίζοντα (νωρίς το πρωί ή αργά το απόγευμα), οι σκιές είναι μεγαλύτερες από αυτές που είναι όταν ο ήλιος είναι πιο άμεσα πάνω σας. Ωστόσο, ο ήλιος διασχίζει τον ουρανό με την ίδια ταχύτητα όλη την ώρα, ακόμα κι αν οι σκιές αλλάζουν μέγεθος και σχήμα σε διαφορετικές ταχύτητες.

Αυτή η ιδιοτροπία της γεωμετρίας ενέπνευσε τα πρώτα ηλιακά ρολόγια, καθώς οι εφευρέτες τους συνειδητοποίησαν ότι ο «χρόνος» θα μπορούσε να χωριστεί αξιόπιστα όχι μόνο σε ημέρες αλλά σε τμήματα μιας ημέρας. Η βελτιωμένη ευκολία προγραμματισμού των δραστηριοτήτων ζωής σε ένα τέτοιο σύστημα είναι προφανής.

Τα πρώτα ηλιακά ρολόγια πιστεύεται ότι χρονολογούνται από την Αίγυπτο, γύρω στο 1500 π.Χ. Μερικά από αυτά είχαν μέγεθος τσέπης και μπορούσαν να μεταφερθούν, επειδή το γνώμων (Ελληνικά για "pole") θα μπορούσε πραγματικά να είναι μια τρύπα αντί για μια ράβδο. Έγιναν χρήσιμοι για τη χρονομέτρηση, ακόμη και για το λεπτό, όταν τα μηχανικά ρολόγια είχαν γίνει συνηθισμένα και αξιόπιστα και χρησιμοποιήθηκαν καλά στη δεκαετία του 1800 για να ελέγξουν την ακρίβεια των "πραγματικών" ρολογιών.

ο γνώμων έχει ήδη αναφερθεί. Πρέπει να έχει δύο χαρακτηριστικά: Πρέπει να δείχνει προς τον ουράνιο πόλο και πρέπει να έχει κλίση υπό γωνία προς τον ορίζοντα ακριβώς ίσο με το γεωγραφικό πλάτος του παρατηρητή. Είναι συχνά κατασκευασμένο σε σχήμα πτερυγίου.

ο πλάκα είναι η επιφάνεια στην οποία προβάλλεται η σκιά του ήλιου. Μπορεί να είναι κυλινδρικό ή επίπεδο, και να επισημαίνεται σε όποια τμήματα επιλέγει ο κατασκευαστής του, εφόσον αυτά ευθυγραμμίζονται με τον ακριβή χρόνο.

Ωριαίες γραμμές Βρίσκονται για αυτονόητους λόγους σχεδόν σε όλα τα ηλιακά ρολόγια και επισημαίνουν ακριβή (αν και επιλέγονται αυθαίρετα, με κάποια έννοια) σημεία στο χρόνο.

ο nodus είναι μια εγκοπή στο gnomon που επιτρέπει τον προσδιορισμό μιας ακριβούς, απότομης θέσης κατά μήκος της γραμμής της σκιάς, η οποία διαφορετικά θα μπορούσε να είναι ασαφής.

Τα ηλιακά ρολόγια μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικούς τύπους, πίνακες υψομέτρου και κατευθυντικές κλήσεις.

Ενα καντράν υψόμετρου επιτρέπει τον προσδιορισμό του χρόνου χρησιμοποιώντας την απόσταση του ήλιου πάνω από τον ορίζοντα. Σε όλες τις περιπτώσεις, αυτά πρέπει να είναι προσανατολισμένα σε κατεύθυνση πυξίδας, ενώ σε άλλες ο ίδιος ο ήλιος είναι σημείο αναφοράς. Τα επιλεγμένα είδη περιλαμβάνουν αεροπλάνα, κυλινδρικά κανάλια, scaphe dial και ring dial.

ΕΝΑ κατευθυντική κλήση βασίζεται στο αζιμούθιο (κατεύθυνση πυξίδας) και στη γωνία του ήλιου καθώς πλησιάζει τον μεσημβρινό το μεσημέρι. Οι δευτερεύοντες τύποι περιλαμβάνουν οριζόντιους, πολικούς κατακόρυφους, αζιμουθικούς και ισημερινούς πίνακες.

Σε όλες τις περιπτώσεις, μπορείτε να φανταστείτε τον ήλιο να ανατέλλει και να ρίχνει μια μεγάλη σκιά από τη μία πλευρά που σταδιακά μειώνεται στο α γραμμή πλησίασε το μεσημέρι και στη συνέχεια επαναλαμβάνει την "ταινία" αντίστροφα στην άλλη πλευρά της πλάκας κλήσης μέχρι το ηλιοβασίλεμα λαμβάνει χώρα.

Οι προτάσεις για να φτιάξετε το δικό σας ηλιακό ρολόι είναι εύκολες και ένα για να ξεκινήσετε περιλαμβάνεται στους πόρους. Θυμηθείτε, δεν είναι το πιο ακριβές υλικό ή πόσο περίτεχνα φαίνεται η δημιουργία. είναι ότι καταλαβαίνετε τη φυσική και μπορείτε να τα εξηγήσετε σε οποιονδήποτε με την καλή λογική να σας ρωτήσει για τη σκληρή δουλειά σας.

Ω, και μια τελευταία συμβουλή: Μην επιλέξετε μια βροχερή μέρα για την επίδειξή σας - αυτό θα κάνει την άσκηση πολύ πιο «φωτιστική» για όλους τους παρόντες!