Kuidas päikesekell töötab?

Proovige ette kujutada ilma Internetita maailma. See on vähemalt a vähe ebamugav, eks? Nüüd eemaldage võrrandist igasugused mobiilseadmed koos digikaamerate ja GPS-tehnoloogiaga.

Kui lähete veelgi kaugemale ja viskate segust välja käekellad ja seinakellad, hakkavad asjad kiirustades tunduma peaaegu paanilised. Täna on raske uskuda, et kuni 1800. aastate alguseni olid päikesekell oli inimkonna peamine ajavaru viis tuhandeid aastaid!

See kraam on siiski tegeliku küsimuse ettevalmistamine: Mis oleks, kui te ei oskaks aega öelda? Üleüldse? Nagu ka, mis siis, kui elul puudub igasugune kontekst, et kinnitada kogu mõiste "millal" vahetu mõistega sarnanev mõte? (Kaasaegsel maalasel pole selle küsimusega isegi silmitsi seista; tõenäoliselt pole teil võimalik puhastada oma mõtet sekundite, minutite ja tundide kontseptsioonist ning kogu struktureeritud aja skeemi prognoositavusest.)

Inimeste tunnetusliku evolutsiooni mingil hetkel tekkisid teie esivanematel võime seostada rutiinsed või vähemalt regulaarsed astronoomilised nähtused fikseeritud möödumisega palju aega, olenemata sellest, kui palju nad sellest kogusest arvasid (mis isegi tänapäeval väldib õiget kirjeldust, isegi kui seda on võimalik matemaatikas ja Füüsika).

Näideteks on päikese, tähtede ja kuu tõusmine ja loojumine iga päev, kuu faasid ja viis, kuidas taevas läbib täpset tsüklit ja prognoositav muundumine iga kord, kui Maa lõpetab veel ühe pöörlemise ümber oma pöörlemistelje ("päev") või langeb ümber päikese ( "aasta").

Inimese või inimese eelse evolutsiooni antud etapis võimaldas keeruliste tööriistade loomine teie esivanematel kiirendada nende tõhusat eraldamist teistest ahvidest. Hominiidid ajusid piisavalt keerukaks, et hinnata nende keskkonna füüsiliste paratamatuste ja vajaliku bioloogilise reaalsuse vahelist ajalist suhet olla teadlik, näiteks asjaolu, et "öösel" (see tähendab pimedas) on lihtsam magada, aga ka see, et teatud ohtlikud kiskjad käivad käpuli, kui see on pime.

Mis on päikesekell? Vormiliselt on kronomeeter (s.t. kell), mis kasutab vertikaalsele vardale langeva päikesevalguse tekitatud varju kohaliku aja näitamiseks. Peatsel põhjusel näete varda, mida nimetatakse a gnomon, peab olema paigutatud paralleelselt Maa pöörlemisteljega ja olema suunatud taevas asuva positsiooni suunas, mis vastab otse põhja või taevane põhjapoolus (CNP).

Seetõttu peab varda igal geograafilisel laiuskraadil olema horisondi (st horisontaali) suhtes nurga all, mis on identne selle laiuskraadi suurusega.

Näiteks keegi, kes ehitab Ameerika Ühendriikides Colorados Boulderis 40 ° laiuskraadil päikesekella, soovib gnomon 40 kraadi kõrgemal põhjahorisondi keskmest, veidi alla poole otsese pea kohal asuva punktini ( seniit). Nagu võite teada, kuna ringis on 360 kraadi, katab taeva taoline poolring 180 kraadi; see tähendab, et nurkkaugus horisondist seniidini on pool sellest ehk 90 kraadi.

• Märge: Selle artikli juhised on suunatud põhjapoolkera lugejatele. Teised peaksid põhja-lõuna suunad tagasi pöörama, kui selleks vajaminevad olukorrad tekivad.

Päikesekella põhitõdede nõuetekohane käsitsemine nõuab mõne liikumatu osa nimede meelde jätmist, kuid loodetavasti lähenete sellele mõtteviisile nagu astronoom ja omandate hinda mitte ainult kvaliteetse päikesekella hämmastava meisterlikkuse eest, vaid ka teaduse eest, mis on lubanud selle klassi seadmetel tuhandeid aastaid lõpuni oma ühte ja lõputut tööd teha inimkonna ajalugu.

Seda artiklit lugedes puutuvad kokku kõikvõimalikud huvitavad uued terminid ja olete selleks ajaks valmis isegi oma päikesekella ehitama - olgu see siis alandlik või keerukas. Kuid teie jaoks on kõige olulisem proovida oma mõtlemisele keskenduda ekliptika, taevaekvaator, ja taevapostid.

Näete, et päikesekellade tundmaõppimisel ei õpi te tegelikult seda, kuidas teha omapärast, kui põnevat tööriista, mida pole enam vaja tänu inimtehnoloogia kolossaalsetele ja jätkuvatele hüpetele. Te toetute palju astronoomia põhiraamistikule - kuidas objektid asuvad ja kuidas neid sildistada taevased tsüklid, mida näete ja peate enesestmõistetavaks, olid integreeritud isegi kõige varasematesse päikesekelladesse alates aastast 1500 e.m.a nii.

Päikesekella algsed loojad tunnistasid suhet lihtsa geomeetria ja käitumise või konkreetselt näiline taevas olevate objektide käitumine. Eristamine on oluline, sest päikesekella eesmärgil käsitletakse Maad fikseerituna, muu hulgas "tõuseb" ja "loojub" ning "taeva ületamine" - kirjeldused, millel on mõtet ainult Maa vaatleja võrdluspunktist lähtuvalt ja mis annavad põhjust iidsete inimeste jaoks tegi arvatavasti arvate, et kõik kosmoses keerleb sõna otseses mõttes ümber Maa.

Taevas olevate objektide kaardistamiseks kasutatava süsteemi kujutamise lihtsaim viis on võtta siin Maal kasutatav (laius- ja pikkuskraad) ning kujutada kujuteldavaid jooni, mis projitseeritakse kujuteldavale sfäärile (tegelikult poolkerale, kuna te näete ainult poolt sellest) taevas. Läbi Maa ekvaatori läbi ekvaatori tõmmatud tasapind ristub sellega taevasfäär ringis, mis esitatakse joonena, mida nimetatakse taevaekvaator.

Vahepeal moodustab taevas veel ühe ümmarguse joone Maa pöörlemistasandi pikendamine ümber päikese. Seda kujuteldavat joont nimetatakse ekliptikaja tähistab päikese näilist 360-kraadist rada igal aastal kaugete tausttähtede suhtes. Need tähed ilmuma liikumatult võrreldes päikese ja planeetidega, sest ühel viisil mõõdame viimaste liikumist, kui esimest käsitletakse kui "fikseeritud" tugiraami.

• Autoreisi ajal näivad kauged asjad, nagu pilved ja kauged mäed, liikuvat teiega, isegi nagu teiegi asetage kiiresti horisontaalne kaugus enda ja puude, lehmade ja muude puidule palju lähemal olevate objektide vahele sõidutee. See on tõsi, kuigi need mäed, nagu kauged tähed, nihkuvad tegelikult teie enda positsiooni suhtes; nad lihtsalt teevad nii palju, palju aeglasemalt.

Kuna Maa pöörlemistelg on tema pöörlemistasandist päikese ümber 23,4 ° võrra kallutatud, on ekliptika ja taevaekvaator selle suurusega nihutatud (kallutatud). Kuid nad kohtuvad kahes punktis, nagu ristuvad ühesuurused hularõngad. Päike järgib taevaekvaatorit nendel kahel päeval kõikjal Maa peal kevadine pööripäev (üleminek talvelt kevadele põhjapoolkeral) ja üleminek suvest sügiseni (sügisene pööripäev).

• Maa igapäevane pöörlemine ja see, et kui päike ise on, pole tähti nähtav, muudab uustulnuka jaoks ekliptika visualiseerimise keeruliseks. Päikesekellade lugemisel lugege kindlasti skeeme sageli!

Maal on laiuskraadid üksteisega paralleelsed kogu ekvaatorist mõlemasse poolusesse. Taevas jooni, mis vastavad laiuskraadidele, nimetatakse joonteks deklinatsioonja määrake põhja-lõuna dimensiooniline asukoht.

Seevastu pikkuskraade nimetatakse Maal ka meridiaanideks. Neid võib ette kujutada kiirgavatena taevapooluste poolt moodustatud kahest punktist väljapoole ja kohtumas uuesti vastaspoolusel, ehkki ükski Maa vaataja ei näe mõlemat poolust korraga. Rida, mis läbib silmapiiril otse põhjast läbi seeniidi ja vastassuunalisel horisondil otse lõuna poole, on taevases keeles "meridiaan".

• Kuna meridiaan eraldab taevasfääri ida- ja läänepoolseks pooleks, mängib see päikesekella kujundamisel ja positsioneerimisel kriitilist rolli.

Taevaobjekti taevas ida-lääne asukoha kindlakstegemisel tuntakse seda koordinaadi osa nimega õige ülestõusmine.

Olete kindlasti märganud, et kui päike on silmapiiri lähedal (varahommikul või hilisel pärastlõunal), on varjud pikemad kui siis, kui päike on otse teie kohal. Päike ületab taevast kogu aeg sama kiirusega, isegi kui varjud muudavad suurust ja kuju erineva kiirusega.

See geomeetria kapriis inspireeris esimesi päikesekellasid, kuna nende leiutajad mõistsid, et "aega" saab usaldusväärselt jagada mitte ainult päevadeks, vaid päeva osadeks. Sellise süsteemi alusel on elutegevuse parem planeerimine lihtsam.

Varasemad päikesekellad pärinevad arvatavasti Egiptusest, umbes 1500 eKr. Mõned neist olid tegelikult tasku suurused ja neid oli võimalik kaasas kanda, sest gnomon (Kreeka keeles "pole") võiks tegelikult varda asemel olla auk. Kui mehaanilised kellad olid muutunud tavapäraseks ja töökindlaks, olid need aja mõõtmiseks kasulikud isegi minutiga, ja neid kasutati juba 1800. aastatel "tõeliste" kellade täpsuse kontrollimiseks.

The gnomon on juba mainitud. Sellel peab olema kaks omadust: see peab osutama taevapooluse suunas ja olema horisondi suhtes nurga all, mis on täpselt võrdne vaatleja laiuskraadiga. Sageli tehakse seda uime kujul.

The valimisplaat on pind, millele päikese vari projitseeritakse. See võib olla silindrikujuline või tasane ning tähistatud mis tahes jaotustesse, mille tootja seda valib, kui need joonduvad täpse ajaga.

Tunniread leitakse enesestmõistetavatel põhjustel praktiliselt kõigil päikesekelladel ja tähistatakse täpseid (kuigi mõnes mõttes meelevaldselt valitud) ajahetke.

The nodus on sälk gnomonis, mis võimaldab määrata täpse, terava asendi mööda varju joont, mis muidu võib olla udune.

Päikesekellasid saab jagada kahte põhitüüpi: kõrgusnumbrid ja suunakettad.

An kõrgusketas võimaldab määrata aega, kasutades päikese kaugust horisondi kohal. Kõigil juhtudel peavad need olema orienteeritud kompassi suunas, samas kui teistel päike ise on võrdluspunktiks. Valitud liikide hulka kuuluvad tasapinnalised, silindrilised, sügelised ja helinad.

A suunaketas tugineb asimuudile (kompassi suund) ja päikese nurgale, kui see läheneb keskpäeval meridiaanile. Alamtüüpide hulka kuuluvad horisontaalsed, polaarsed vertikaalsed, asimutaalsed ja võrdkülgsed numbrid.

Kõigil juhtudel võite ette kujutada, kuidas päike tõuseb ja heidab ühelt küljelt laia varju, mis järk-järgult kitseneb a-ni rida, kui keskpäev läheneb, ja kordab seejärel "filmi" tagurpidi valimisplaadi teisel poolel kuni päikeseloojanguni tekib.

Soovitusi oma päikesekella valmistamiseks on lihtne leida ja üks alustamiseks on lisatud ressurssidele. Pidage meeles, et kõige olulisem pole täpsed materjalid ega see, kui kaunistatud looming välja näeb; see on see, et sa mõistad füüsikat ja oskad seda selgitada kõigile, kellel on hea mõte, et küsida teilt oma raske töö kohta.

Oh, ja viimane näpunäide: Ärge valige oma demonstratsiooniks vihmast päeva - see muudab harjutuse kõigi kohalviibijate jaoks palju rohkem "valgustavaks"!