Kuinka aurinkokello toimii?

Yritä kuvitella maailmaa ilman Internetiä. Se on ainakin a vähän epämiellyttävä, eikö? Poista nyt kaikenlaiset mobiililaitteet yhtälöstä sekä digitaalikamerat ja GPS-tekniikka.

Kun menet vielä pidemmälle ja poistat rannekellot sekoituksesta, asiat alkavat tuntua melkein paniikkisilta kiireessä. On vaikea uskoa tänään, että 1800-luvun alkuun saakka aurinkokello oli ollut ihmiskunnan tärkein tapa pitää aikaa tuhansia vuosia!

Nämä asiat ovat kaikki valmistautumista todelliseen kysymykseen: Entä jos et voisi kertoa aikaa? Ollenkaan? Kuten, kuten jos, elämästä puuttuisi mitään kontekstia koko käsitteen "kun" kiinnittämiseksi mihinkään, joka muistuttaa välitöntä merkitystä? (Nykyaikaisella maapallolla ei ole valmiuksia edes kohdata tätä kysymystä; sinun ei todennäköisesti ole mahdollista puhdistaa mieltäsi sekuntien, minuuttien ja tuntien kokonaiskäsityksestä ja koko strukturoidun ajan järjestelmän ennakoitavuudesta.)

Jossakin vaiheessa ihmisen kognitiivisessa evoluutiossa esi-isillesi kehittyi kyky yhdistää rutiininomaiset tai ainakin säännölliset tähtitieteelliset ilmiöt kiinteiden kulkujen kanssa suuria määriä "aikaa" riippumatta siitä, mistä he ovat ajatelleet tämän määrän (mikä vielä nykyäänkin välttää oikean kuvauksen, vaikka se olisi tapa ottaa huomioon matematiikassa ja fysiikka).

Esimerkkejä ovat auringon, tähtien ja kuun nouseva ja laskeva päivä, kuun vaiheet ja tapa, jolla taivas kiertää tarkan ja ennustettavissa oleva muutos joka kerta, kun maapallo suorittaa uuden pyörähdyksen pyörimisakselinsa ympäri ("päivä") tai laukeaa auringon ympäri ( "vuosi").

Ihmisen tai sitä edeltävän evoluution tietyssä vaiheessa kehittyneiden työkalujen luominen antoi esi-isillesi mahdollisuuden nopeuttaa heidän tehokasta erottamista muista apinoista. Hominidien aivot muuttuivat riittävän kehittyneiksi ymmärtämään ajallista suhdetta ympäristönsä fyysisten väistämättömyyksien ja tarvitsemansa biologisen todellisuuden välillä olla tietoinen esimerkiksi siitä, että "yöllä" (toisin sanoen pimeässä) on helpompi nukkua, mutta myös siitä, että tietyt vaaralliset saalistajat käyvät haurastuksessa, kun se on tumma.

Mikä on aurinkokello? Muodollisesti se on kronometri (ts. kello), joka käyttää pystysuoraan tankoon putoavan auringonvalon tuottamaa varjoa paikallisen ajan näyttämiseen. Syistä, jotka näet pian, sauva, jota kutsutaan a gnomon, on sijoitettava yhdensuuntaisesti maapallon pyörimisakselin kanssa ja osoitettava kohti taivaalla olevaa kohtaa, joka vastaa suoraan pohjoista tai taivaallinen pohjoisnapa (CNP).

Siksi sauva on kullakin maantieteellisellä leveysasteella kallistettava horisontin (ts. Vaakatason) suhteen kulmassa, joka on identtinen kyseisen leveysasteen suuruuden kanssa.

Esimerkiksi joku, joka rakentaa aurinkokellon 40 ° leveysasteelle Boulderiin, Coloradoon, Yhdysvaltoihin, pyrkii gnomon 40 astetta pohjoisen horisontin keskiosan yläpuolella, hieman alle puolivälissä suoraan yläpuolella olevaan pisteeseen ( seniitti). Kuten ehkä tiedät, koska ympyrässä on 360 astetta, puoliympyrä, kuten taivas, peittää 180 astetta; tämä tarkoittaa, että kulmaetäisyys mistä tahansa horisontista zenitiin on puolet tai 90 astetta.

• merkintä: Tämän artikkelin ohjeet on suunnattu pohjoisen pallonpuoliskon lukijoille. Toisten tulisi kääntää pohjois-eteläsuunta, kun tätä vaativat tilanteet syntyvät.

Asianmukainen käsitteleminen aurinkokellon perusasioista edellyttää muutamien liikkumattomien osien nimien muistamista, mutta toivotaan, että lähestyt tätä ajattelua kuin tähtitieteilijä ja saat Kiitä paitsi laadukkaan aurinkokellon hämmästyttävästä ammattitaidosta myös tiede, joka on sallinut tämän luokan laitteiden suorittaa yhden, loputtoman työnsä tuhansien vuosien ajan ihmiskunnan historia.

Sinut altistuu kaikenlaisille mielenkiintoisille uusille termeille, kun luet tätä artikkelia, ja olet jopa valmis rakentamaan oman aurinkokellosi - olkoon se nöyrä tai monimutkainen - siihen mennessä, kun olet läpi. Mutta tärkein asia, jonka yrität keskittää ajattelusi tähän, ovat ekliptika, taivaallinen päiväntasaaja, ja taivaan navat.

Kun opit aurinkokelloista, et todellakaan opi tekemään viehättävästä, joskin kiehtovasta työkalusta, jota ei enää tarvita ihmistekniikan valtavien ja jatkuvien hyppyjen ansiosta. Kannatat paljon tähtitieteen kehyksestä - kuinka esineet sijaitsevat ja leimataan ja miten taivaalliset syklit, jotka näet ja pidät itsestäänselvyytenä, integroitiin jopa varhaisiin aurinkokelloihin vuodesta 1500 eaa niin.

Alkuperäiset aurinkokellon luojat tunnistivat yksinkertaisen geometrian ja käyttäytymisen tai erityisesti sen ilmeinen taivaalla olevien esineiden käyttäytyminen. Ero on tärkeä, koska aurinkokelloa varten maapalloa kohdellaan kiinteänä, muiden asioiden "noustessa" ja "asettumassa" ja "taivaan ylitys" - kuvaukset, joilla on merkitystä vain maapallon tarkkailijan vertailupisteestä ja jotka selittävät sen, miksi muinaiset ihmiset teki ymmärrettävästi ajatella, että kaikki kosmoksessa kirjaimellisesti pyörii maapallon ympärillä.

Helpoin tapa kuvitella järjestelmää, jota käytetään esineiden kartoittamiseen taivaalla, on ottaa järjestelmä, jota käytetään täällä maan päällä (leveys- ja pituusaste) ja kuvittele kuvitteelliset viivat kuvitteelliselle pallolle (itse asiassa pallonpuoliskolle, koska näet vain puolet siitä) taivas. Maapallon keskiosan läpi päiväntasaajan läpi vedetty taso leikkaa tämän taivaallinen pallo ympyrässä, joka näkyy viivana, jota kutsutaan taivaallinen päiväntasaaja.

Samaan aikaan toinen pyöreä viiva taivaalla muodostuu maapallon vallankumoustason pidentymisestä auringon ympäri. Tätä kuvitteellista viivaa kutsutaan ekliptikaja edustaa näennäistä 360 asteen polkua läpi vuoden vuosittain kaukaisiin taustatähtiin nähden. Nämä tähdet ilmestyy liikkumaton verrattuna aurinkoon ja planeetoihin, koska yksi tapa mitata jälkimmäisen liikettä käsittelee ensimmäistä "kiinteänä" viitekehyksenä.

• Automatkan aikana kaukaiset asiat, kuten pilvet ja kaukaiset vuoret, näyttävät liikkuvan kanssasi, vaikka sinäkin aseta nopeasti vaakasuora etäisyys itsesi ja puiden, lehmien ja muiden esineiden välille, jotka ovat paljon lähempänä ajorata. Tämä on totta, vaikka nuo vuoret, kuten kaukaiset tähdet, itse asiassa muuttuvat omaan asemaanne nähden; he vain tekevät niin paljon, paljon hitaammin.

Koska maapallon pyörimisakseli on kallistettu 23,4 ° sen kiertotasosta auringon ympäri, ekliptika ja taivaallinen päiväntasaaja siirtyvät (kallistuvat) tällä määrällä. Mutta he kohtaavat kahdessa pisteessä, kuten leikkaavat samankokoiset hula-vanteet. Aurinko seuraa taivaan päiväntasaajaa näinä kahtena päivänä kaikkialla maapallolla kevätpäiväntasaus (siirtyminen talvesta kevääseen pohjoisella pallonpuoliskolla) ja siirtyminen kesästä syksyyn (syyspäiväntasaus).

• Maan päivittäinen kierto ja se, että tähtiä ei ole näkyvissä itse auringon ollessa, tekee ekliptikan visualisoinnin tulokkaalle vaikeaksi. Muista lukea kaavioita usein, kun luet aurinkokelloista!

Maapallolla leveyspiirit ovat yhdensuuntaiset keskenään päiväntasaajan molempiin napoihin. Taivassa olevia viivoja, jotka vastaavat leveysasteita, kutsutaan linjoiksi deklinaatioja määritä pohjois-etelä-ulotteinen sijainti.

Toisaalta pituusasteita kutsutaan myös meridiaaneiksi maan päällä. Niiden voidaan kuvitella säteilevän ulospäin taivaallisten napojen muodostamista kahdesta pisteestä ja tapaavansa taas vastakkaiseen napaan, vaikka kukaan maapallon katsoja ei näe molempia napoja kerralla. Linja, joka kulkee suoraan horisontin pohjoispuolelta senniitin läpi ja kohti etelää vastakkaisella horisontilla, tunnetaan nimellä "meridiaani taivaallisessa kielessä.

• Koska meridiaani erottaa taivaanpallon itä- ja länsipuoliskoksi, sillä on kriittinen rooli aurinkokellon suunnittelussa ja sijoittelussa.

Kun tunnistetaan itä-länsi-asema taivaankappaleen taivaalla, tämä koordinaatin osa tunnetaan nimellä oikea ylösnousemus.

Olet varmasti huomannut, että kun aurinko on lähellä horisonttia (varhain aamulla tai myöhään iltapäivällä), varjot ovat pidempiä kuin silloin, kun aurinko on suoremmin yläpuolellasi. Silti aurinko ylittää taivaan koko ajan samalla nopeudella, vaikka varjot vaihtavat kokoa ja muotoa eri nopeuksilla.

Tämä geometrian päähänpano inspiroi ensimmäisiä aurinkokelloja, kun heidän keksijät tajusivat, että "aika" voidaan jakaa luotettavasti paitsi päiviin, myös päivän osiin. Elintoimintojen helpompi aikataulutus tällaisen järjestelmän alla on ilmeistä.

Varhaisimpien aurinkokellojen uskotaan olevan peräisin Egyptistä, noin 1500 eaa. Jotkut näistä olivat todella taskukokoisia ja niitä voitiin kuljettaa ympäriinsä, koska gnomon (Kreikan "napa") voisi itse asiassa olla reikä tangon sijaan. Niistä oli tullut käyttökelpoisia ajankäytössä jopa minuutteihin mennessä, kun mekaanisista kelloista oli tullut yleisiä ja luotettavia, ja niitä käytettiin hyvissä ajoin 1800-luvulle "todellisten" kellojen tarkkuuden tarkistamiseksi.

gnomon on jo mainittu. Sillä on oltava kaksi ominaisuutta: Sen on osoitettava kohti taivaan napaa ja sen on oltava kallistettu kulmaan horisonttiin nähden, joka on täsmälleen yhtä suuri kuin tarkkailijan leveysaste. Se valmistetaan usein evän muodossa.

valitsinlevy on pinta, jolle auringon varjo heijastuu. Se voi olla lieriömäinen tai litteä ja merkitty mihin tahansa divisioonaan, jonka valmistaja valitsee, kunhan nämä kohdistuvat tarkkaan aikaan.

Tuntirivit löytyy itsestään selvistä syistä käytännöllisesti katsoen kaikista aurinkokelloista ja merkitsevät tarkat (tosin mielivaltaisesti valitut, jossain mielessä) ajankohdat.

nodus on lovi gnomonissa, joka mahdollistaa tarkan, terävän sijainnin määrittämisen varjon viivaa pitkin, joka muuten voi olla sumea.

Aurinkokellot voidaan jakaa kahteen perustyyppiin, korkeussäätimet ja suuntakiekot.

An korkeuden valitsin mahdollistaa ajan määrittämisen käyttämällä auringon etäisyyttä horisontin yläpuolella. Kaikissa tapauksissa niiden on oltava suunnattu kompassin suuntaan, kun taas toisissa aurinko itse on vertailupiste. Valittuja tyyppejä ovat tasosäätimet, sylinterikiekot, kojelaudat ja soittokiekot.

A suuntanäppäin luottaa atsimuuttiin (kompassin suuntaan) ja auringon kulmaan, kun se lähestyy keskipäivää. Alatyyppejä ovat vaakasuora, polaarinen pystysuora, atsimutaalinen ja tasa-arvoinen soittaa.

Kaikissa tapauksissa voit kuvitella auringon nousevan ja heittävän leveän varjon toiselta puolelta, joka kapenee vähitellen a: ksi linja keskipäivän lähestyessä ja toistaa sitten "elokuvan" päinvastaisessa järjestyksessä soittolevyn toisella puolella auringonlaskuun saakka tapahtuu.

Ehdotuksia oman aurinkokellosi tekemiseen on helppo löytää, ja yksi aloitusopas sisältyy resursseihin. Muista, että tärkeimmät eivät ole tarkat materiaalit tai kuinka koristeellinen luomus näyttää; se on, että ymmärrät fysiikan ja voit selittää sen kenellekään, jolla on järkevää kysyä kovasta työstäsi.

Voi, ja viimeinen vinkki: Älä valitse sateista päivää mielenosoitukseesi - se tekee harjoituksesta paljon "valaisevamman" kaikille läsnäolijoille!