Како функционише сунчани сат?

Покушајте да замислите свет без Интернета. То је бар а мало неудобно, зар не? Сада из једначине уклоните било које мобилне уређаје, заједно са дигиталним фотоапаратима и ГПС технологијом.

Када идете још даље и избаците ручне сатове и зидне сатове из комбинације, ствари почињу да се осећају готово панично у журби. Данас је тешко поверовати да је до почетка 1800-их сунчани сат је био главни начин човечанства да задржи време хиљадама година!

Те ствари су, међутим, све за право питање: Шта ако не знате време? Уопште? Као и у случају, шта ако у животу недостаје било какав контекст за утврђивање целог појма „када“ у било чему сличном непосредном смислу? (Савремени Земљан није добро опремљен да се суочи са овим питањем; вероватно вам није могуће да прочистите мисли од целокупног концепта секунди, минута и сати и од предвидљивости коју нуди читава шема структурираног времена.)

У неком тренутку људске когнитивне еволуције, ваши преци су развили способност повезивања рутинских или барем регуларних астрономских појава са проласком фиксних количине „времена“, ма шта год они замислили од ове количине (која чак и данас измиче правилном опису, чак и ако постоји начин да се то објасни у математици и стање).

Примери су излазак и залазак сунца, звезда и месеца сваког дана, месечеве фазе и начин на који небо кружи кроз прецизан и предвидљива трансформација сваки пут када Земља заврши још један спин око своје осе ротације („дан“) или пут око Сунца ( „година“).

У датој фази људске или прељудске еволуције, стварање сложених алата омогућило је вашим прецима да убрзају ефикасно одвајање од других мајмуна. Хоминидни мозгови постали су довољно софистицирани да увиде временски однос између физичке неминовности у њиховом окружењу и биолошке стварности која им је била потребна да будете свесни, као што је чињеница да је лакше спавати „ноћу“ (то јест, у мраку), али и чињеница да одређени опасни предатори крећу у шкрипац када је тамно.

Шта је сунчани сат? Формално јесте хронометар (тј. часовник) који користи сенку произведену сунчевом светлошћу која пада на вертикални штап за приказ локалног времена. Из разлога које ћете ускоро видети, штап, назван а гномон, мора бити постављен паралелно са Земљином осом ротације и усмерен ка положају на небу који одговара северном, или небески северни пол (ЦНП).

Стога, на било којој датој географској ширини, штап мора бити нагнут под углом у односу на хоризонт (односно хоризонталну) који је идентичан величини те географске ширине.

На пример, неко ко гради сунчани сат на географској ширини 40 ° у Боулдер-у, Цолорадо, у Сједињеним Државама, циљао би гномон 40 степени изнад средине северног хоризонта, нешто мање од пола пута до тачке директно изнад главе ( зенит). Као што можда знате, пошто је у кругу 360 степени, полукруг попут неба покрива 180 степени; то значи да је угаона удаљеност од било ког хоризонта до зенита половина ове, или 90 степени.

• Белешка: Упутства у овом чланку усмерена су на читаоце на северној хемисфери. Други би требало да окрену смер север-југ како се појаве ситуације које то захтевају.

Правилно руковање основним чињеницама о сунчаном сату захтева памћење имена неколико непомичних делова, али надамо се да ћете овом размишљању приступити као астроном и стећи ценимо не само због невероватне израде сунчаног сата високог квалитета, већ и због науке која је омогућила овој класи уређаја да обављају свој јединствени, бескрајни посао хиљадама година људска историја.

Бићете изложени свим занимљивим новим терминима док читате овај чланак, а чак ћете бити спремни и да сами направите свој сунчани сат - био он скроман или сложен - до тренутка када прођете. Али најважнија ствар за коју бисте овде покушали да усредсредите своје размишљање су односи између еклиптик, небески екватор, и небески полови.

Видите, када учите о сунчаним сатима, заправо не учите како направити необичан, мада фасцинантан алат који више није потребан захваљујући колосалним и сталним скоковима у људској технологији. Много се ослањате на сам оквир астрономије - како се објекти налазе и обележавају и како небески циклуси које видите и узимате здраво за готово били су интегрисани у чак и најраније сунчане сатове од 1500. пне тако.

Изворни творци сунчаног сата препознали су везу између једноставне геометрије и понашања, или посебно привидан понашање објеката на небу. Разликовање је важно, јер се за потребе сунчаног сата Земља третира као фиксна, са осталим стварима које се "дижу" и "постављају" и „прелазак неба“ - описи који имају смисла само из референтне тачке посматрача Земље и који објашњавају зашто су древни учинио разумљиво мислити да се све у космосу буквално врти око Земље.

Најлакши начин да замислите систем који се користи за мапирање објеката на небу је узимање система који се користи овде на Земљи (географска ширина и дужина) и замислите замишљене линије које се пројектују на замишљену сферу (заправо хемисферу, јер можете видети само половину) у небо. Равнина провучена кроз средину Земље кроз њен екватор пресеца ово небеска сфера у кругу, који се представља као линија која се назива небески екватор.

У међувремену, још једна кружна линија на небу настаје продужењем равни Земљине револуције око Сунца. Ова замишљена линија назива се еклиптик, и представља очигледан сунчев пут од 360 степени кроз сваку годину у односу на удаљене позадинске звезде. Ове звезде појавити непомичан у поређењу са сунцем и планетама, јер је један од начина на који меримо кретање потоњих третирање првог као „фиксног“ референтног оквира.

• Током путовања аутомобилом чини се да се далеке ствари попут облака и далеких планина крећу са вама, чак и као ви брзо ставите хоризонталну удаљеност између себе и дрвећа, крава и других предмета који су далеко ближи коловоз. То је тачно иако се те планине, попут далеких звезда, заправо мењају у односу на ваш властити положај; они раде толико пуно, много спорије.

Будући да је Земљина ос ротације нагнута за 23,4 ° од своје ротационе равни око Сунца, еклиптика и небески екватор су помакнути (нагнути) за ову количину. Али они се сусрећу у две тачке, попут пресека хулахупа исте величине. Сунце прати небески екватор ова два дана свуда на Земљи, на Пролећна равнодневица (прелазак из зиме у пролеће на северној хемисфери) и прелазак из лета у јесен (јесења равнодневица).

• Свакодневна ротација Земље и чињеница да се звезде не виде када је само сунце отежавају визуализацију еклиптике новопридошлом. Обавезно често прегледавајте дијаграме док читате о сунчаним сатовима!

На Земљи су географске ширине паралелне једна другој, све од екватора до оба пола. Линије на небу које одговарају ширинским линијама називају се линије од деклинација, и успоставити димензионалну локацију север-југ.

Дужинске линије, с друге стране, називају се и меридијани на Земљи. То се може замислити како зрачи споља из две тачке које су формирали небески полови и поново се састају на супротном полу, мада ниједан посматрач Земље не може видети оба пола одједном. Линија која пролази од директно према северу на хоризонту кроз зенит и према правцу ка југу на супротном хоризонту позната је као „меридијан“ у небеском жаргону.

• Будући да меридијан раздваја небеску сферу на источну и западну половину, он игра пресудну улогу у дизајну и позиционирању сунчаних сатова.

Када се идентификује положај исток-запад на небу небеског објекта, овај део координате познат је као право уздизање.

Сигурно сте приметили да када је сунце близу хоризонта (рано јутро или касно поподне), сенке су дуже него кад је сунце директно изнад вас. Па ипак, сунце све време прелази небо истом брзином, чак и ако сенке мењају величину и облик различитим брзинама.

Овај хиров геометрије инспирисао је прве сунчане сатове, пошто су њихови проналазачи схватили да се „време“ може поуздано поделити не само на дане већ и на делове дана. Очигледна је побољшана лакоћа заказивања животних активности под таквим системом.

Верује се да најранији сунчани сатови потичу из Египта, око 1500. пне. Неке од њих су заправо биле џепне величине и могле су се носити около, јер гномон (Грчки за „стуб“) у ствари би могао бити рупа уместо штапа. Постали су корисни за мерење времена чак и до минута до тренутка када су механички сатови постали уобичајени и поуздани, а коришћени су и током 1800-их за проверу тачности „правих“ сатова.

Тхе гномон већ је поменуто. Потребно је да има две карактеристике: Мора бити усмерен према небеском полу и мора бити нагнут под углом у односу на хоризонт тачно једнак географској ширини посматрача. Често се прави у облику пераје.

Тхе бројчаник је површина на коју се пројектује сунчева сенка. Може бити цилиндрична или равна и обележена оним одељцима које је њен произвођач изабрао све док се они поравнају са тачним временом.

Часовне линије налазе се из саморазумљивих разлога на готово свим сунчаним сатима и означавају тачне (иако произвољно одабране, у неком смислу) тачке у времену.

Тхе нодус је зарез у гномону који омогућава одређивање тачног, оштрог положаја дуж линије сенке, који би иначе могао бити нејасан.

Сунчани сатови се могу поделити у две основне врсте, надморске висине и смерне бројчанике.

Ан висински бројчаник омогућава одређивање времена користећи сунчеву удаљеност изнад хоризонта. У свим случајевима, ови морају бити оријентисани у смеру компаса, док је у другим сунце само референтна тачка. Одабране врсте укључују авионске бројчанике, цилиндричне, скафе и прстенасте.

А. смерни бројчаник ослања се на азимут (смер компаса) и на угао сунца док се приближава меридијану у подне. Подтипови укључују хоризонталне, поларне вертикалне, азимутне и еквинокталне бројчанике.

У свим случајевима можете замислити како сунце излази и баца широку сенку са једне стране која се постепено сужава до а линија како се ближило подне, а затим понавља „филм“ у обрнутом смеру на другој страни плоче с бројем до заласка сунца јавља.

Лако је пронаћи предлоге за израду сопственог сунчаног сата, а један за почетак је укључен у ресурсе. Запамтите, нису најважнији тачни материјали или како украшена креација изгледа; то је да се разумете у физику и да их можете објаснити свима који имају смисла да вас питају за ваш напоран рад.

Ох, и последњи савет: Не изаберите кишни дан за демонстрацију - ово ће вежбу учинити много „осветљивијом“ за све присутне!