Hur fungerar en solur?

Försök att föreställa dig en värld utan Internet. Det är åtminstone en liten obekvämt, eller hur? Ta nu bort mobila enheter av något slag från ekvationen, tillsammans med digitalkameror och GPS-teknik.

När du går ännu längre och matar ut armbandsur och väggur från mixen, börjar saker och ting kännas nästan paniska. Det är svårt att tro idag att fram till början av 1800-talet solur hade varit mänsklighetens främsta sätt att hålla tid i tusentals år!

Att grejer är allt förberedelser för den verkliga frågan, dock: Tänk om du inte kunde berätta tid? Alls? Som i, tänk om livet saknade något sammanhang för att fästa ner hela begreppet "när" i något som liknar den omedelbara betydelsen? (En modern Earthling är dåligt utrustad för att ens möta denna fråga; det är förmodligen inte möjligt för dig att tömma hela tanken på sekunder, minuter och timmar och för förutsägbarheten som hela schemat för strukturerad tid erbjuder.)

Vid någon tidpunkt i mänsklig kognitiv utveckling utvecklade dina förfäder förmågan att associera rutin, eller åtminstone regelbundna, astronomiska fenomen med att passera fasta mängder av "tid", oavsett och hur de uppfattade denna kvantitet (som även idag undgår korrekt beskrivning även om det finns ett sätt att redogöra för det i matematik och fysik).

Exempel är att solen, stjärnorna och månen stiger och går ned varje dag, månens faser och hur himlen cyklar genom en exakt och förutsägbar omvandling varje gång jorden fullbordar ytterligare en snurrning runt sin rotationsaxel (en "dag") eller en resa runt solen (en "år").

Vid ett visst skede i mänsklig eller före-mänsklig utveckling tillät skapandet av detaljerade verktyg för dina förfäder att påskynda deras effektiva separering från andra apor. Hominida hjärnor blev tillräckligt sofistikerade för att uppskatta det tidsmässiga förhållandet mellan fysiska oundvikligheter i deras miljö och biologiska verkligheter de behövde att vara medveten om, till exempel det faktum att det är lättare att sova "på natten" (det vill säga i mörker) men också det faktum att vissa farliga rovdjur går på jakt när det är mörk.

Vad är en solur? Formellt är det en kronometer (dvs. en klocka) som använder den skugga som produceras av solljus som faller på en vertikal stav för att visa lokal tid. Av skäl som du snart kommer att se, stången, kallad a gnomon, måste placeras parallellt med jordens rotationsaxel och peka mot en position på himlen som motsvarar rakt norrut eller himmelska nordpolen (CNP).

Därför, vid varje given geografisk latitud, måste stången lutas i en vinkel mot horisonten (det vill säga den horisontella) som är identisk med storleken på denna latitud.

Till exempel skulle någon som byggde en solur på latitud 40 ° i Boulder, Colorado, i USA rikta mot gnomon 40 grader över mitten av den norra horisonten, strax under halvvägs till punkten direkt ovanför ( zenit). Som du kanske vet, eftersom det finns 360 grader i en cirkel, täcker en halvcirkel som himlen 180 grader; detta betyder att vinkelavståndet från vilken horisont som helst till zeniten är hälften av detta, eller 90 grader.

• Notera: Anvisningarna i denna artikel riktar sig till läsare på norra halvklotet. Andra bör vända nord-syd riktningar eftersom situationer som kräver detta uppstår.

Att ha ett ordentligt grepp om grundläggande solurfakta kräver att man kommer ihåg namnen på några delar som inte rör sig, men man hoppas att du kommer att närma dig detta tänkande som en astronom och få uppskattar inte bara en högkvalitativ solurs fantastiska hantverk, utan också den vetenskap som har gjort det möjligt för denna klass av enheter att utföra sitt enda, oändliga jobb i tusentals år av mänsklighetens historia.

Du kommer att utsättas för alla slags intressanta nya termer när du läser igenom den här artikeln, och du kommer till och med vara redo att bygga din egen solur - vare sig det är ödmjukt eller detaljerat - när du är igång. Men det viktigaste för dig att försöka fokusera ditt tänkande här är förhållandena mellan ekliptik, den himmels ekvatorn, och den himmelska stolpar.

Du förstår, när du lär dig om solur, lär du dig inte riktigt hur man gör ett pittoreskt, om det är fascinerande, verktyg som inte längre behövs tack vare kolossala och pågående hopp i mänsklig teknik. Du lutar mycket om astronomins ramverk - hur objekt placeras och märks och hur De himmelska cyklerna du ser och tar för givet integrerades i även de tidigaste solurarna från 1500 fvt eller så.

Ursprungliga skapare av soluret kände igen förhållandet mellan enkel geometri och beteendet, eller specifikt skenbar beteende, av föremål på himlen. Skillnaden är viktig, för i samband med en solur behandlas jorden som fast, med andra saker "stigande" och "inställning" och "korsa himlen" - beskrivningar som bara är meningsfulla från en jordobservatörs referenspunkt och som redogör för varför de gamla gjorde tror förståeligt att allt i kosmos bokstavligen kretsar kring jorden.

Det enklaste sättet att föreställa sig systemet som används för att kartlägga föremål på himlen är att ta det som används här på jorden (latitud och longitud) och föreställ dig de imaginära linjerna som projiceras på en imaginär sfär (faktiskt en halvklot, eftersom du bara kan se hälften av den) i himmel. Ett plan som dras genom jordens mitt genom dess ekvatorn skär detta himmelsfär i en cirkel, som presenteras som en linje som kallas himmels ekvatorn.

Under tiden bildas en annan cirkulär linje på himlen genom förlängningen av planet för jordens revolution runt solen. Denna imaginära linje kallas ekliptikoch representerar solens uppenbara 360-gradersbana varje år med avseende på de avlägsna bakgrundsstjärnorna. Dessa stjärnor dyka upp orörlig i jämförelse med solen och planeterna, för ett sätt att mäta den senare rörelsen är att behandla den förstnämnda som en "fast" referensram.

• Under en bilresa verkar avlägsna saker som moln och avlägsna berg röra sig med dig, precis som du sätt snabbt horisontellt avstånd mellan dig själv och träden, korna och andra föremål som är mycket närmare körbana. Detta är sant även om dessa berg, som avlägsna stjärnor, faktiskt skiftar med avseende på din egen position; de gör bara så mycket, mycket långsammare.

Eftersom jordens rotationsaxel lutas med 23,4 ° från sitt rotationsplan runt solen, förskjuts (lutad) ekliptiken och den himmelska ekvatorn av denna mängd. Men de möts på två punkter, som korsande hula-ringar av samma storlek. Solen följer den himmelska ekvatorn på dessa två dagar överallt på jorden, på vårdagjämning (övergång från vinter till vår på norra halvklotet) och övergång från sommar till höst (höstdagjämning).

• Jordens dagliga rotation och det faktum att inga stjärnor syns när solen är i sig gör visualisering av ekliptiken svår för en nykomling. Var noga med att konsultera diagram ofta när du läser om solur!

På jorden är latitudlinjer parallella med varandra hela vägen från ekvatorn till båda polerna. Linjerna på himlen som motsvarar latitud kallas linjer för deklinationoch fastställa nord-sydlig dimensionell plats.

Längdslinjer, å andra sidan, kallas också meridianer på jorden. Dessa kan föreställas som att de strålar utåt från de två punkterna som bildas av de himmelska polerna och möts igen vid den motsatta polen, även om ingen jordvisare kan se båda polerna på en gång. Linjen som passerar från direkt norrut i horisonten genom zeniten och mot rakt söderut på motsatt horisont är känd som "" meridianen i himmelsk lingo.

• Eftersom meridianen separerar himmelsfären i östra och västra halvor, spelar den en kritisk roll i solurdesign och positionering.

När man identifierar öst-västpositionen på himlen för ett himmelskt objekt kallas denna del av koordinaten som höger uppstigning.

Du har säkert märkt att när solen är nära horisonten (tidigt på morgonen eller sent på eftermiddagen) är skuggorna längre än när solen är mer direkt ovanför dig. Ändå korsar solen hela tiden samma hastighet, även om skuggorna ändrar storlek och form vid olika hastigheter.

Detta geometriska infall inspirerade de första solurarna, eftersom deras uppfinnare insåg att "tiden" kunde delas pålitligt inte bara i dagar utan delar av en dag. Den förbättrade lättheten att planera livsaktiviteter under ett sådant system är uppenbart.

De tidigaste solurerna antas dateras till Egypten, cirka 1500 f.Kr. Några av dessa var faktiskt fickstorlekar och kunde bäras med, eftersom gnomon (Grekiska för "pol") kan faktiskt vara ett nålhål istället för en stav. De hade blivit användbara för tidtagning till och med minut när mekaniska klockor hade blivit vanliga och pålitliga och användes långt in på 1800-talet för att kontrollera riktigheten hos "riktiga" klockor.

De gnomon har redan nämnts. Den måste ha två egenskaper: Den måste peka mot himmelpolen och den måste lutas i en vinkel mot horisonten exakt lika med observatörens latitud. Det görs ofta i form av en fen.

De urtavla är ytan på vilken solens skugga projiceras. Det kan vara cylindriskt eller platt och markeras i vilka divisioner som tillverkaren väljer så länge de är i linje med exakt tid.

Timrader finns av självklara skäl på praktiskt taget alla solur, och markera exakta (men godtyckligt valda, i viss mening) tidpunkter.

De nodus är ett skår i gnomon som möjliggör bestämning av en exakt, skarp position längs skugglinjen, som annars kan vara otydlig.

Solur kan delas in i två bastyper, höjdklockor och riktningsrattar.

Ett höjdvred möjliggör bestämning av tid med hjälp av solens avstånd ovanför horisonten. I alla fall måste dessa orienteras i en kompassriktning, medan i andra är solen själv en referenspunkt. Valda typer inkluderar plan urtavlor, cylinder urtavlor, scaphe urtavlor och ring urtavlor.

A riktningsratt förlitar sig på azimut (kompassriktning) och på solens vinkel när den närmar sig meridianen vid middagstid. Undertyper inkluderar horisontella, polära vertikala, azimutala och ekinokala rattar.

I alla fall kan du föreställa dig att solen går upp och kastar en bred skugga från ena sidan som gradvis smalnar till en raden när middagen närmade sig och upprepar sedan "filmen" i omvänd ordning på andra sidan av urtavlan tills solnedgången inträffar.

Förslag på hur du gör din egen solur är lätta att hitta och en för att komma igång ingår i resurserna. Kom ihåg att det inte är det exakta materialet eller hur utsmyckade skapelsen ser ut som är viktigast; det är att du förstår fysiken och kan förklara dem för vem som helst med god mening att fråga dig om ditt hårda arbete.

Åh, och ett sista tips: Välj inte en regnig dag för din demonstration - detta kommer att göra övningen mycket mer "lysande" för alla närvarande!