Ako fungujú slnečné hodiny?

Skúste si predstaviť svet bez internetu. To je minimálne a málo nepríjemné, že? Teraz z rovnice odstráňte mobilné zariadenia akéhokoľvek druhu spolu s digitálnymi fotoaparátmi a technológiou GPS.

Keď pôjdete ešte ďalej a vysuniete zo zmesi náramkové hodinky a nástenné hodiny, začne sa vám v zhone javiť takmer panika. Je dnes ťažké uveriť, že až do začiatku 18. storočia slnečné hodiny bol ľudský hlavný spôsob, ako si udržať čas tisíce rokov!

Tieto veci sú však pripravené na skutočnú otázku: Čo keby ste nevedeli určiť čas? Vôbec? Ako napríklad v prípade, čo ak by životu chýbali súvislosti, ktoré by upierali celú predstavu „kedy“ v čomkoľvek, čo by pripomínalo bezprostredný zmysel? (Moderný pozemšťan je zle vybavený, aby sa dokonca mohol postaviť tejto otázke; pravdepodobne nie je možné, aby ste očistili svoju myseľ od celej koncepcie sekúnd, minút a hodín a od predvídateľnosti, ktorú ponúka celá schéma štruktúrovaného času.)

V určitom okamihu ľudskej kognitívnej evolúcie vyvinuli vaši predkovia schopnosť spájať rutinné alebo aspoň pravidelné astronomické javy s prechodom pevných „času“, čohokoľvek a z toho množstva, ktoré si vymysleli (ktoré aj dnes uniká správnemu popisu, aj keď existuje spôsob, ako to zohľadniť v matematike a fyzika).

Príklady sú východ a západ slnka, hviezd a mesiaca každý deň, fázy mesiaca a spôsob, ako sa obloha precízne precízne a predvídateľná transformácia zakaždým, keď Zem dokončí ďalšie otočenie okolo svojej osi rotácie („deň“) alebo výlet okolo slnka ( „rok“).

V danom štádiu ľudskej alebo predľudskej evolúcie umožnilo vytvorenie prepracovaných nástrojov vašim predkom urýchliť ich efektívne oddelenie od ostatných opíc. Mozgy hominidov sa stali natoľko sofistikovanými, aby dokázali oceniť časový vzťah medzi fyzickými nevyhnutnosťami v ich prostredí a biologickými skutočnosťami, ktoré potrebovali. poznať, napríklad skutočnosť, že je ľahšie spať „v noci“ (tj. v tme), ale aj skutočnosť, že určití nebezpeční predátori idú na lov, keď je tmavý.

Čo sú slnečné hodiny? Formálne je chronometer (t. j. hodinky), ktorý na zobrazenie miestneho času využíva tieň vytváraný slnečným žiarením dopadajúcim na zvislú tyč. Z dôvodov, ktoré čoskoro uvidíte, sa tyč s názvom a škriatok, musia byť umiestnené rovnobežne s osou rotácie Zeme a smerovať do polohy na oblohe, ktorá zodpovedá severu alebo nebeský severný pól (CNP).

Preto musí byť tyč v ktorejkoľvek danej zemepisnej šírke naklonená v uhle k horizontu (to znamená horizontále), ktorý je totožný s veľkosťou tejto zemepisnej šírky.

Napríklad niekto, kto stavia slnečné hodiny na 40 ° zemepisnej šírky v Boulderi v štáte Colorado v Spojených štátoch, by sa zameral na gnomon 40 stupňov nad stredom severného obzoru, tesne pod polovicou bodu do bodu priamo nad hlavami ( zenit). Ako možno viete, keďže v kruhu je 360 ​​stupňov, polkruh ako obloha pokrýva 180 stupňov; to znamená, že uhlová vzdialenosť od ktoréhokoľvek horizontu k zenitu je polovica tejto hodnoty alebo 90 stupňov.

• Poznámka: Pokyny v tomto článku sú zamerané na čitateľov na severnej pologuli. Iné by mali obrátiť severojužný smer, keď nastanú situácie, ktoré si to vyžadujú.

Správne zvládnutie základných slnečných faktov si vyžaduje zapamätanie si názvov niekoľkých nehybných častí, ale dúfame, že k tomuto mysleniu budete pristupovať ako astronóm a získate oceňujem nielen vynikajúce remeselné spracovanie kvalitných slnečných hodín, ale aj vedu, ktorá tejto triede zariadení umožnila vykonávať ich jedinú nekonečnú prácu po tisíce rokov ľudská história.

Pri čítaní tohto článku budete vystavení najrôznejším zaujímavým novým pojmom a do doby, kým sa dočkáte, budete dokonca pripravení vytvoriť si vlastné slnečné hodiny - či už pokorné alebo prepracované. Najdôležitejšie pre vás, aby ste sa tu pokúsili sústrediť svoje myslenie, sú vzťahy medzi ekliptický, nebeský rovníka nebeské póly.

Uvidíte, že keď sa dozviete o slnečných hodinách, skutočne sa nenaučíte, ako vytvoriť kuriózny, hoci fascinujúci nástroj, ktorý vďaka kolosálnym a pokračujúcim skokom v ľudskej technológii už nie je potrebný. Veľa sa prikláňate k samotnému rámci astronómie - k tomu, ako sú umiestnené a označené objekty a ako nebeské cykly, ktoré vidíte a považujete za samozrejmé, boli integrované už do prvých slnečných hodín od roku 1500 pred n. l tak.

Pôvodní tvorcovia slnečných hodín rozpoznali vzťah medzi jednoduchou geometriou a správaním, alebo konkrétne zjavný správania sa objektov na oblohe. Rozlišovanie je dôležité, pretože na účely slnečných hodín sa so Zemou zaobchádza ako s pevnou, s inými vecami „stúpať“ a „zapadať“ a „prechod cez oblohu“ - opisy, ktoré majú zmysel iba od referenčného bodu pozorovateľa Zeme a ktoré vysvetľujú, prečo starí ľudia urobil pochopiteľne si myslite, že všetko vo vesmíre sa doslova točí okolo Zeme.

Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť systém používaný na mapovanie objektov na oblohe, je prevziať ten, ktorý sa používa tu na Zemi (zemepisná šírka a dĺžka), a obrázok imaginárnych čiar premietaných na imaginárnu guľu (v skutočnosti pologuľu, pretože vidíte iba jej polovicu) v nebo. Pretína to rovina vedená stredom Zeme cez jej rovník nebeská sféra v kruhu, ktorý predstavuje čiaru s názvom nebeský rovník.

Medzitým ďalšia kruhová čiara na oblohe vzniká predĺžením roviny zemskej revolúcie okolo Slnka. Táto imaginárna čiara sa nazýva ekliptický, a predstavuje zdanlivú 360-stupňovú cestu slnka každým rokom vzhľadom na vzdialené hviezdy pozadia. Tieto hviezdy objaviť sa nehybný v porovnaní so slnkom a planétami, pretože jedným spôsobom, ako meriame pohyb druhého, je zaobchádzanie s prvým ako s „pevným“ referenčným rámcom.

• Počas cesty autom sa zdá, že sa s vami pohybujú vzdialené veci, ako sú mraky a vzdialené hory, aj vy rýchlo dajte horizontálnu vzdialenosť medzi sebou a stromami, kravami a inými predmetmi, ktoré sú ďaleko bližšie k vozovka. To je pravda, aj keď sa tieto hory, ako vzdialené hviezdy, v skutočnosti posúvajú vzhľadom na vašu vlastnú pozíciu; proste robia toľko, oveľa pomalšie.

Pretože zemská os rotácie je naklonená o 23,4 ° od svojej roviny otáčania okolo Slnka, ekliptika a nebeský rovník sú posunuté (naklonené) o túto hodnotu. Stretávajú sa ale v dvoch bodoch, ako napríklad pretínajúce sa hula hoopy rovnakej veľkosti. Slnko sleduje tieto dva dni nebeský rovník všade na Zemi, na Zemi jarná rovnodennosť (prechod zo zimy na jar na severnej pologuli) a prechod z leta na jeseň (jesenná rovnodennosť).

• Denná rotácia Zeme a skutočnosť, že pri samotnom slnku nie sú viditeľné žiadne hviezdy, sťažuje nováčikom vizualizáciu ekliptiky. Nezabudnite pri čítaní slnečných hodín často konzultovať diagramy!

Na Zemi sú čiary zemepisnej šírky navzájom rovnobežné až od rovníka po oba póly. Čiary na oblohe zodpovedajúce čiarám zemepisnej šírky sa nazývajú čiary deklinácia, a ustanoviť severojužné dimenzionálne umiestnenie.

Línie zemepisnej dĺžky sa na druhej strane nazývajú aj poludníky na Zemi. Dá sa to predstaviť tak, že vyžarujú smerom von z dvoch bodov tvorených nebeskými pólmi a opäť sa stretávajú na opačnom póle, hoci žiadny divák Zeme nevidí oba póly naraz. Čiara prechádzajúca priamo na sever na obzore cez zenit a smerom na juh na opačnom obzore je známa ako „poludník v nebeskom žargóne“.

• Pretože poludník oddeľuje nebeskú sféru na východnú a západnú polovicu, zohráva rozhodujúcu úlohu pri návrhu a umiestnení slnečných hodín.

Pri identifikácii polohy východ-západ na oblohe nebeského objektu je táto časť súradnice známa ako pravého nanebovzatia.

Určite ste si všimli, že keď je slnko blízko obzoru (skoro ráno alebo neskoro popoludní), tiene sú dlhšie ako tie, keď je slnko priamo nad vami. Napriek tomu slnko prechádza oblohou stále rovnakou rýchlosťou, aj keď tiene menia veľkosť a tvar rôznymi rýchlosťami.

Tento rozmar geometrie inšpiroval prvé slnečné hodiny, pretože ich vynálezcovia si uvedomili, že „čas“ možno spoľahlivo rozdeliť nielen na dni, ale aj na časti dňa. Je zrejmé, že je ľahšie naplánovať životné činnosti v rámci takého systému.

Predpokladá sa, že prvé slnečné hodiny pochádzajú z Egypta, asi 1 500 pred n. L. Niektoré z nich boli skutočne vreckové a dalo sa s nimi prenášať, pretože škriatok (Po grécky „pól“) by mohla byť v skutočnosti namiesto tyče diera. Včasné sa stali užitočnými na meranie času až do minúty, keď sa mechanické hodiny stali bežnými a spoľahlivými, a používali sa až do 18. rokov 20. storočia na kontrolu presnosti „skutočných“ hodín.

The škriatok už bolo spomenuté. Musí mať dve charakteristiky: Musí smerovať k nebeskému pólu a musí byť naklonená v uhle k horizontu, ktorý sa presne rovná zemepisnej šírke pozorovateľa. Často sa vyrába v tvare plutvy.

The číselníková doštička je povrch, na ktorý sa premieta slnečný tieň. Môže byť valcovitý alebo plochý a označený do akýchkoľvek divízií, ktoré si jeho výrobca zvolí, pokiaľ sú v súlade s presným časom.

Hodinové čiary sa nachádzajú zo zrejmých dôvodov prakticky na všetkých slnečných hodinách a označujú presné (aj keď v určitom zmysle ľubovoľne vybrané) časové body.

The nodus je zárez v gnomóne, ktorý umožňuje určenie presnej a ostrej polohy pozdĺž čiary tieňa, ktorá by inak mohla byť nejasná.

Slnečné hodiny môžeme rozdeliť do dvoch základných typov, číselníky nadmorskej výšky a smerové číselníky.

An číselník nadmorskej výšky umožňuje určenie času pomocou vzdialenosti slnka nad horizontom. Vo všetkých prípadoch musia byť orientované v smere kompasu, zatiaľ čo v iných je referenčným bodom samotné slnko. Vybrané druhy zahŕňajú ploché číselníky, valcové číselníky, scappe číselníky a ring dial číselníky.

A smerový číselník sa spolieha na azimut (smer kompasu) a na uhol slnka, keď sa na poludnie blíži k poludníku. Podtypy zahŕňajú vodorovné, polárne zvislé, azimutálne a rovnodenné číselníky.

Vo všetkých prípadoch si môžete predstaviť, že slnko vychádza a z jednej strany vrhá široký tieň, ktorý sa postupne zužuje na a čiara, keď sa blížilo poludnie, a potom opakuje „film“ opačne na druhej strane číselníka až do západu slnka vyskytuje.

Návrhy na výrobu vlastných slnečných hodín sa dajú ľahko nájsť a tie, ktoré vám pomôžu začať, sú uvedené v zdrojoch. Pamätajte, že nie sú najdôležitejšie presné materiály alebo to, ako zdobná vyzerá tvorba; je to tým, že rozumiete fyzike a môžete ich vysvetliť každému, kto má dobrý zmysel, aby sa vás spýtal na vašu tvrdú prácu.

A ešte posledný tip: Nevyberajte si na ukážku daždivý deň - vďaka tomu bude cvičenie pre všetkých prítomných oveľa viac „osvetľujúce“!