Hvordan fungerer et solur?

Prøv å forestille deg en verden uten internett. Det er i det minste en litt ubehagelig, ikke sant? Fjern nå mobile enheter av noe slag fra ligningen, sammen med digitale kameraer og GPS-teknologi.

Når du går enda lenger og skyver ut armbåndsur og veggklokker fra blandingen, begynner ting å føles nesten panikk. Det er vanskelig å tro i dag at frem til begynnelsen av 1800-tallet solur hadde vært menneskehetens viktigste måte å holde tid på i tusenvis av år!

At ting er alt forberedt på det virkelige spørsmålet, skjønt: Hva om du ikke kunne fortelle tiden? I det hele tatt? Som i, hva om livet manglet noen sammenheng for å feste hele forestillingen om "når" i noe som ligner den umiddelbare forstand? (En moderne jordmann er dårlig rustet til å til og med møte dette spørsmålet; det er sannsynligvis ikke mulig for deg å rense tankene dine om hele begrepet sekunder, minutter og timer og for forutsigbarheten som hele ordningen med strukturert tid tilbyr.)

På et eller annet tidspunkt i menneskelig kognitiv evolusjon utviklet dine forfedre evnen til å knytte rutinemessige, eller i det minste vanlige, astronomiske fenomener med bestått mengder "tid", uansett og uansett hvor de oppfattet denne mengden (som selv i dag unnlater riktig beskrivelse, selv om det er en måte å redegjøre for i matematikk og fysikk).

Eksempler er soloppgang og solnedgang hver dag, månens faser og måten himmelen sykler gjennom en presis og forutsigbar transformasjon hver gang jorden fullfører en ny spinn rundt sin rotasjonsakse (en "dag") eller tur rundt solen (en "år").

På et gitt stadium i menneskelig eller før-menneskelig evolusjon tillot etableringen av forseggjorte verktøy for dine forfedre å akselerere deres effektive separasjon fra andre aper. Hominide hjerner ble sofistikerte nok til å sette pris på det tidsmessige forholdet mellom fysiske uunngåelser i deres miljø og biologiske virkeligheter de trengte å være klar over, for eksempel det faktum at det er lettere å sove "om natten" (det vil si i mørke), men også det faktum at visse farlige rovdyr går på jakt når det er mørk.

Hva er en solur? Formelt sett er det det et kronometer (dvs. et klokke) som bruker skyggen som produseres av sollys som faller på en vertikal stang for å vise lokal tid. Av grunner du snart vil se, stangen, kalt a gnomon, må være plassert parallelt med jordens rotasjonsakse og peke mot en posisjon på himmelen som tilsvarer rett nord, eller himmelske nordpolen (CNP).

Derfor, på en gitt geografisk breddegrad, må stangen vippes i en vinkel mot horisonten (det vil si den horisontale) som er identisk med størrelsen på den breddegraden.

For eksempel vil noen som bygger solur på 40 ° i Boulder, Colorado, i USA, sikte mot gnomon 40 grader over midten av den nordlige horisonten, like under halvveis til punktet direkte overhead ( senit). Som du kanskje vet, siden det er 360 grader i en sirkel, dekker en halv sirkel som himmelen 180 grader; dette betyr at vinkelavstanden fra hvilken som helst horisont til senit er halvparten av dette, eller 90 grader.

• Merk: Veibeskrivelsen i denne artikkelen er rettet mot lesere på den nordlige halvkule. Andre bør reversere retning nord-sør ettersom situasjoner som krever dette oppstår.

Å ha et ordentlig håndtak på grunnleggende solurfakta krever å huske navnene på noen få deler som ikke beveger seg, men det er håpet at du vil nærme deg denne tankegangen som en astronom og få en setter pris på ikke bare solurets høykvalitets fantastiske håndverk, men også vitenskapen som har tillatt denne klassen av enheter å utføre sin eneste, endeløse jobb i tusenvis av år med menneskets historie.

Når du leser gjennom denne artikkelen, vil du bli utsatt for alle slags interessante nye vilkår, og du vil til og med være klar til å bygge din egen solur - det være seg ydmyk eller forseggjort - når du er gjennom. Men det viktigste for deg å prøve å fokusere tankene dine her er forholdet mellom ekliptikk, den himmels ekvator, og himmelstolper.

Ser du, når du lærer om solur, lærer du egentlig ikke hvordan du lager et sjarmerende, om enn fascinerende, verktøy som ikke lenger er nødvendig takket være kolossale og pågående hopp i menneskelig teknologi. Du lener deg mye om selve rammen av astronomi - hvordan gjenstander er plassert og merket, og hvordan De himmelske syklusene du ser og tar for gitt ble integrert i selv de tidligste solurene fra 1500 f.Kr. eller så.

Opprinnelige skapere av soluret anerkjente forholdet mellom enkel geometri og oppførsel, eller spesifikt tilsynelatende oppførsel, av gjenstander på himmelen. Skillet er viktig, for når det gjelder solur, blir jorden behandlet som fast, med andre ting som "stiger" og "settes" og "kryssing av himmelen" - beskrivelser som bare gir mening fra referansepunktet til en jordobservatør, og som redegjør for hvorfor de gamle gjorde tror forståelig at alt i kosmos bokstavelig talt dreier seg om jorden.

Den enkleste måten å forestille seg systemet som brukes til å kartlegge objekter på himmelen, er å ta den som brukes her på jorden (breddegrad og lengdegrad) og forestill deg de imaginære linjene som projiseres på en imaginær sfære (faktisk en halvkule, siden du bare kan se halvparten av den) i himmel. Et plan som trekkes gjennom midten av jorden gjennom ekvator, krysser dette himmelsk kule i en sirkel, som presenteres som en linje kalt himmels ekvator.

I mellomtiden dannes en annen sirkulær linje på himmelen ved utvidelsen av planet for jordens revolusjon rundt solen. Denne imaginære linjen kalles ekliptikk, og representerer den tilsynelatende 360-graders banen til solen gjennom hvert år med hensyn til de fjerne bakgrunnsstjernene. Disse stjernene vises ubevegelig i forhold til solen og planetene, fordi en måte vi måler bevegelsen til sistnevnte er å behandle førstnevnte som en "fast" referanseramme.

• Under en biltur ser fjerne ting som skyer og fjerne fjell ut til å bevege seg med deg, akkurat som deg raskt sette horisontal avstand mellom deg selv og trær, kyr og andre gjenstander som er langt nærmere kjørebane. Dette er sant selv om disse fjellene, som fjerne stjerner, faktisk skifter med hensyn til din egen posisjon; de gjør bare så mye, mye saktere.

Fordi jordas rotasjonsakse er vippet 23,4 ° fra revolusjonsplanet rundt solen, blir ekliptikken og himmelekvatoren forskjøvet (vippet) med denne mengden. Men de møtes på to punkter, som kryssende hula-bøyler av samme størrelse. Solen følger den himmelske ekvator på disse to dagene overalt på jorden, på vårjevndøgn (overgang fra vinter til vår på den nordlige halvkule) og overgang fra sommer til høst (høstjevndøgn).

• Jordens daglige rotasjon og det faktum at ingen stjerner er synlige når solen er i seg, gjør visualisering av ekliptikken vanskelig for en nykommer. Sørg for å konsultere diagrammer ofte når du leser om solur!

På jorden er breddelinjene parallelle med hverandre helt fra ekvator til begge poler. Linjene på himmelen som tilsvarer breddegrader kalles linjer for avvisning, og etablere nord-sør dimensjonal beliggenhet.

Linjer for lengdegrad, derimot, kalles også meridianer på jorden. Disse kan tenkes å stråle utover fra de to punktene som dannes av himmelstolpene og møtes igjen på den motsatte polen, selv om ingen jordvisere kan se begge polene på en gang. Linjen som går direkte nordover i horisonten gjennom seniten og mot rett sør i motsatt horisont er kjent som "" meridianen i himmelsk lingo.

• Fordi meridianen skiller himmelsfæren inn i østlige og vestlige halvdeler, spiller den en viktig rolle i solurdesign og posisjonering.

Når du identifiserer øst-vest-posisjonen på himmelen til et himmelobjekt, er denne delen av koordinaten kjent som høyre oppstigning.

Du har sikkert lagt merke til at når solen er nær horisonten (tidlig morgen eller sen ettermiddag), er skygger lengre enn de er når solen er mer rett over deg. Likevel krysser solen himmelen i samme hastighet hele tiden, selv om skyggene endrer størrelse og form i forskjellige hastigheter.

Denne innfallet av geometri inspirerte de første solurene, da oppfinnerne deres skjønte at "tid" kunne deles pålitelig ikke bare i dager, men deler av en dag. Den forbedrede lette planleggingen av livsaktiviteter under et slikt system er åpenbar.

De tidligste solurene antas å dateres tilbake til Egypt, ca 1500 f.Kr. Noen av disse var faktisk lommestørrelser og kunne bæres rundt, fordi gnomon (Gresk for "pol") kan faktisk være et pinhull i stedet for en stang. De hadde blitt nyttige for tidtaking til og med det øyeblikket mekaniske klokker hadde blitt vanlig og pålitelige, og ble brukt langt ut på 1800-tallet for å kontrollere nøyaktigheten til "ekte" klokker.

De gnomon har allerede blitt nevnt. Den må ha to egenskaper: Den må peke mot himmelpolen og den må være skråstilt i en vinkel mot horisonten nøyaktig lik observatørens breddegrad. Den lages ofte i form av en finne.

De tallskive er overflaten som solskyggen projiseres på. Den kan være sylindrisk eller flat, og merkes i hvilke divisjoner produsenten velger så lenge disse stemmer overens med nøyaktig tid.

Timelinjer finnes av selvfølgelige grunner på praktisk talt alle solur, og merker nøyaktige (men vilkårlig valgte, i noen forstand) tidspunkter.

De nodus er et hakk i gnomon som tillater bestemmelse av en nøyaktig, skarp posisjon langs skyggelinjen, som ellers kan være uklar.

Solur kan deles i to grunnleggende typer, høydeskiver og retningsskiver.

An høydeskive tillater bestemmelse av tid ved å bruke solens avstand over horisonten. I alle tilfeller må disse være orientert i kompassretning, mens i andre er selve solen et referansepunkt. Valgte typer inkluderer flyskiver, sylinderhjul, skivehjul og ringskiver.

EN retningsring stoler på azimut (kompassretning) og på solvinkelen når den nærmer seg meridianen ved middagstid. Undertyper inkluderer horisontale, polære vertikale, azimutale og ekvivalente ringer.

I alle tilfeller kan du forestille deg at solen stiger opp og kaster en bred skygge fra den ene siden som gradvis smalner til en linje når middagstid nærmet seg og gjentar deretter "filmen" i omvendt retning på den andre siden av tallskiltet til solnedgang inntreffer.

Forslag til å lage din egen solur er enkle å finne, og en for å komme i gang er inkludert i ressursene. Husk at det ikke er de nøyaktige materialene eller hvordan utsmykkede skapelser ser ut som er viktigst; det er at du forstår fysikken og kan forklare dem for alle med god fornuft å spørre deg om ditt harde arbeid.

Åh, og et siste tips: Ikke velg en regnfull dag for demonstrasjonen din - dette vil gjøre øvelsen mye mer "lysende" for alle tilstedeværende!