Вернуться к оглавлению раздела
Как выглядят типичные солнечные часы
Чем солнечные часы отличаются от обычных, например наручных часов
Часовые и деклинационные линии, уравнение времени и аналемма
Юбилейная линия. Солнечные часы как подарок
как устроены солнечные часы
введение
Солнечные часы это астрономический прибор, который может показывать время, азимут солнца, высоту солнца над горизонтом, зодиакальное созвездие, в котором в данный момент находится солнце, дни весеннего и осеннего равноденствия, дни летнего и зимнего солнцестояния, а так же специальные даты, например день рождения, день публикации первого стихотворения и т.п.
Наибольшего расцвета солнечные часы в качестве научных измерительных приборов и художественных произведений, достигли в XVI и XVII веках, когда их созданием занимались передовые европейские математики и астрономы. С тех пор гномоника, то есть наука о солнечных часах, почти забыта в России. Между тем вот уже несколько десятилетий гномоника успешно развивается в странах западной и центральной Европы и в Америке. Создаются национальные общества гномоников, переиздаются старинные книги, реставрируются старые солнечные часы и строятся новые, а любители солнечных часов проводят национальные и международные конференции.
В России солнечные часы все еще не рассматриваются как самостоятельный объект культуры. Даже о солнечных часах Москвы практически ничего не известно. Отсутствует также специальная литература. Последняя книга о конструировании солнечных часов была издана в России более ста лет назад. (И. Вавилов. Который час. С.-П.,1989). Кроме нее у нас есть только монография под редакцией проф. Славенаса П.В. и Ченакала Л.Г. Солнечные часы и календарные системы народов СССР. Л.: 1985. Однако эта книга не является практическим руководством. С ее помощью нельзя сконструировать и построить солнечные часы.
как выглядят типичные солнечные часы
При всем разнообразии типов и конструкций у всех солнечных часов есть общие черты. Рассмотрим их на примере часов, которые мы сделали для г. Бузулук Самарской области.
Горизонтальные солнечные часы для г. Бузулук Самарской областиУвеличить изображение
Подробнее о часах для г. Бузулук
Эти солнечные регистрируют:
- «Летнее» время.
- День зимнего и день летнего солнцестояния.
- День весеннего и осеннего равноденствия.
- День юбилея (в этот, памятный для заказчика день, тень следует по специально рассчитанной юбилейной линии).
На циферблате этих часов имеются:
- Девиз «Нам неподвластно только время».
- Географические координаты места установки часов.
- Название населенного пункта (г. Бузулук).
- Год установки часов (2007).
На этом циферблате могли бы быть, но отсутствуют из-за недостатка места:
- Шкала для регистрации переходов солнца из одного зодиакального созвездия в другое - так называемые деклинационные линии или линии склонения.
- Аналемма с вечным календарем, отсчитывающим дни года.
Кроме времени, измеряемого в разных системах счета (зимнее, летнее, время локального меридиана) солнечные часы можно сконструировать так, чтобы они измеряли и некоторые другие параметры солнечной орбиты. Например, азимут солнца, высоту солнца над горизонтом и над экваториальной плоскостью.
Кроме времени эти часы регистрируют азимут солнца, его высоту над горизонтом и его склонение в дни равноденствий и солнцестоянийУвеличить изображение
Подробнее о часах "Deis Serenus"
Солнечные часы дополняются иногда инструкцией, поясняющей, как ими пользоваться и таблицей или графиком уравнения времени. Инструкцию как правило устанавливают на специальной подставке рядом с солнечными часами.
Инструкция по пользованю часами, сделанная в одном блоке с графиком уравнения времениУвеличить изображение
Инструкция по применению очень важна и поэтому может представлять собой самостоятельное художественное произведение.
Инструкция к солнечным часам, отлитая из бронзы и установленная на гранитном основанииУвеличить изображение
Существует также традиция помещать на циферблате солнечных часов девиз. Эта традиция насчитывает сотни лет. Здесь вы можете ознакомиться с древними и современными девизами. Это поможет вам придумать собственный девиз, характерный только для вас.
чем солнечные часы отличаются от обычных, например наручных часов
Солнечные часы показывают истинное солнечное время.
Наручные часы показывают среднее солнечное время.
Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.
Истинные солнечные сутки - величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче. Стало быть, и части их, то есть часы, минуты и секунды не всегда равны между собой.
Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шел точно по солнцу, то есть в один день быстрее, в другой медленнее. Поэтому наручные часы показывают не солнечное и некое другое время, называемое средним.
Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем расчетов. Складывают продолжительность всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году. Гражданские сутки, а стало быть, гражданские часы, минуты и секунды, есть величина постоянная по определению.
До изобретения атомных часов, самой стабильной единицей времени считались звездные сутки, определяемые по промежутку времени между двумя последовательными восходами какой-либо отдаленной звезды. Чтобы измерить продолжительность солнечных суток, а затем путем расчетов определить продолжительность средних суток, по традиции используют именно звездное время - звездные часы, минуты и секунды.
Сравнительная продолжительность суток, выраженная в среднем времени выглядит следующим образом:
Средние солнечные (гражданские) сутки
24 h 00 m 00 s
Истинные солнечные сутки
24 h 00 m 00 s ± 17 m
Звездные сутки
23 h 56 m 4,09 s
Ось нашей планеты наклонена к плоскости ее обращения вокруг солнца на 23°. Кроме того, орбита нашей планеты имеет эксцентриситет, из чего следует, что скорость ее обращения вокруг солнца непостоянна. По этим двум причинам момент времени, приходящийся точно на середину гражданских суток и называемый средним солнечным полуднем, совпадает с истинным солнечным полуднем только четыре раза в году. В остальные дни гражданский полдень либо опережает истинный солнечный, либо запаздывает относительно него. Это же относится вообще к любому моменту времени, а не только к полудню.
Разница между истинным и средним солнечным временем называется уравнением времени. Чтобы по показаниям солнечных часов получить показания наручных, надо учесть уравнение времени. Кроме того, обычно требуется внести поправку на поясное время, декретное время и, если последнее введено, поправку на летнее время.
Обычные часы помогают решать практические вопросы - не опоздать на работу, вовремя проснуться.
Это очень полезная вещь - обычные часы. В мире, где расписание поездов и цена на бензин реальнее самих законов Кеплера, без обычных часов не прожить и дня.
Тем не менее, результаты эволюции нельзя отменить и наши тела продолжают жить по истинному солнечному времени, а не по тому времени, которое ввел для нас Совнарком (декретное, 1930) и Совмин (летнее, 1981). Наши тела продолжают помнить, как себя чувствовали наши далекие предки, не отделяющие еще время от пространства, а себя от природы и счастливые уже по одной этой причине.
Солнечные часы помогают нам более сдержанно оценивать свою роль в этом мире. Они помогают нам не забыть, что Земля это очень маленькая планета с ограниченными ресурсами, что вращается она вокруг желтой звезды среднего размера, а сама эта звезда всего лишь одна из великого множества ей подобных составляющих нашу малую родину - Галактику Млечный путь.
часовые и деклинационные линии, уравнение времени и аналемма
Часы состоят из трех деталей: самого солнца, гномона то есть предмета, отбрасывающего тень, и циферблата, на который эта тень падает. Линии на циферблате, форма и величина гномона рассчитываются индивидуально для каждых часов в зависимости от географических координат места их установки.
Расположение линий на циферблате солнечных часов зависит от ориентации циферблата относительно полюса мира, математического горизонта и небесного экватора. Циферблат же может быть нарисован где угодно, например - на сферической поверхности.
Греко-романские солнечные часы скафис со сферическим циферблатом. На сферическом циферблате вырезаны часовые линии (они расходятся из одной точки) и деклинационные линии.
Увеличить изображение
Подробнее о греко-романских солнечных часах
Это первые в России солнечные часы этой конструкции.
Но в подавляющем большинстве случаев циферблат плоский. В качестве примера рассмотрим циферблат плоских вертикальных часов, ориентированных на северо-восток и установленных в деревне Солослово под Москвой.
Вертикальные солнечные часы, ориентированные на северо-востокУвеличить изображение
Подробнее об этих солнечных часах
На циферблате нанесены прямые часовые линии и так называемые деклинационные линии (или линии склонения), форма и кривизна которых зависит от склонения солнца. В дни летнего солнцестояния конец тени перемещается по нижней деклинационной линии. В дни зимнего солнцестояния - по верхней. В дни равноденствия конец тени перемещается по средней деклинационной линии. Может быть рассчитана любая другая линия для регистрации какой-либо специальной даты. Например, на этих часах рассчитана юбилейная линия. По этой линии (она вторая сверху) тень от гномона перемещается в день рождения заказчицы.
Вдоль часовых линий иногда наносят изображение аналеммы - замкнутой кривой линии в форме восьмерки. Выше мы уже говорили, что показания солнечных часов отличаются от показаний наручных часов на переменную величину, называемую уравнением времени. В некоторые дни года разница достигает 17 минут. Чтобы перевести показания солнечных часов в более привычное для нас среднее время, требуется учесть поправку уравнения времени.
Это можно сделать двумя способами: воспользоваться графиком уравнения времени или использовать аналемму, которая представляет собой график зависимости уравнения времени от склонения солнца.
Чаще применяется первый способ, как более наглядный. График уравнения времени, при этом, наносят либо прямо на циферблат, как на фарфоровых часах, которые мы установили в Подмосковье, либо помещают его рядом с солнечными часами.
Первые в России фарфоровые солнечные часы. График уравнения времени нарисован прямо на циферблате.
Увеличить изображение
Подробнее о солнечных часах из фарфора
Каменная плита с графиком уравнения времени и географическими координатами места установки солнечных часов. Плита установлена на стене дома рядом с солнечными часами.
Увеличить изображение
Линии склонения на циферблате можно рассчитать для любой даты. Но обычно их рассчитывают для дат, имеющий астрономический смысл. Например для дней равноденствия и солнцестояния, как это сделали мы для солнечных часов «Сова».
юбилейная линия. Солнечные часы как подарок.
По мере того, как Земля совершает годовой оборот, звездный фон нашего светила меняется. С незапамятных времен он разделяется на 12 секторов, именуемых зодиакальными созвездиями, а переход солнца из одного зодиакального созвездия в другое рассматривается как значительное астрономическое событие. Если деклинационные линии на солнечных часах рассчитать для каждого из этих секторов, то у солнечных часов появится еще одна функция. Кроме времени они будут регистрировать дату смены зодиакальных созвездий.
За год в жизни каждого человека происходит много событий. Некоторые из них субъективно гораздо важнее, чем смена абстрактных зодиакальных созвездий. Деклинационную линию, как уже говорилось, можно рассчитать для любого дня года. Поэтому соблазн придать событиям личной жизни астрономический смысл просто неодолим!
Обычно юбилейную деклинационную линию рассчитывают для дня свадьбы или для дня рождения. Но есть немало других событий, достойных сопоставления с положением Земли на ее орбите. Например, день окончания строительства дома, день защиты диссертации, день публикации первого стихотворения – все это очень достойные поводы, чтобы отмечать их ежегодно с помощью солнечных часов.
Каждый год в один и тот же день солнечная тень следует вдоль специально рассчитанной юбилейной линии. Так будет продолжаться до тех пор, пока существует Солнечная система. То есть в ближайшие 8 миллиардов лет. Это завораживает!
Если солнечные часы являются подарком, то циферблате желательно выгравировать еще и надпись. Например, часы «Корни мандрагоры» сделаны в качестве подарка на серебряную свадьбу Эммы и Александра. Эти два счастливых человека родились в один день, обвенчались, когда им было по двадцать пять лет, и сыграли серебряную свадьбу, когда им стало по пятьдесят. Эти солнечные часы стоят у них во дворе и продолжают отсчитывать годы счастливой жизни.
Солнечные часы "Корни мандрагоры" подарок на серебряную свадьбу.
Увеличить изображение
Подробнее о солнечных часах "Корни мандрагоры"
На одном циферблате можно вырезать несколько юбилейных линий для каждого члена семьи. А можно на одних солнечных часах сделать несколько циферблатов для каждого из них. Можно также указать, в котором часу произошло юбилейное событие.
виды конструкций солнечных часов
По ориентации гномона и циферблата различают горизонтальные, вертикальные и экваториальные солнечные часы. Частными случаями экваториальных являются армиллярные, полярные и аналемматические. Известны так же зеркальные, бифилярные и множество конструкций кабинетных часов. Последние не всегда соответствуют приведенной здесь классификации типов конструкций.
Горизонтальные солнечные часы
Циферблат этих часов параллелен плоскости математического горизонта. Это самый распространенный тип солнечных часов. Обычно их устанавливают на специальных пьедесталах, как, например, часы, которые мы сделали для небольшого палисадника перед частным домом. Угол между гомоном этих часов и циферблатом соответствует географической широте места установки.
Горизонтальные солнечные часы на пьедестале в небольшом палисаднике перед домом.
Увеличить изображение
Подробнее об этих солнечных часах
Вертикальные солнечные часы
Часы этого типа встречаются на стенах жилых и административных зданий а также на стенах храмов. Но возможно и иное их расположение. Например, вертикальные солнечные часы могут быть установлены на открытой площадке.
Продолжительность времени, в течение которого циферблат вертикальных часов освещен солнцем, зависит от азимута стены. В терминах времени локального меридиана циферблат часов, обращенных строго на юг, освещен с 06:00 до 18:00. Циферблат часов, обращенных к востоку, освещен начиная от восхода и до полудня. Циферблат часов, ориентированных на запад, освещен в период между 12:00 и заходом солнца. Вертикальные солнечные часы практически никогда не размещают на северной стене. При подобной ориентации циферблата ограничения по его освещенности максимальны. Солнечные лучи падают на северный циферблат только в период между весенним и осенним равноденствием и только в ранние утренние и поздние вечерние часы.
Экваториальные солнечные часы
Гномон экваториальных солнечных часов параллелен оси мира, а плоскость циферблата параллельна экваториальной. Расчет часовых линий циферблата этих часов очень прост. Соседние часовые линии образуют угол 15°. Несмотря на это, экваториальные часы встречаются нечасто. Причина в том, что в период между осенним и весенним равноденствием солнце находится в южном полушарии и освещает только нижнюю часть циферблата.
Армиллярная сфера является частным видом экваториальных солнечных часов. Она состоит из нескольких кругов, расположенных в плоскости экватора и нескольких (обычно двух) меридианов. Расположение кругов соответствует расположению тропиков Рака, Козерога, северного и южного полярных кругов. В целом все изделие напоминает глобус, ось которого – обычно это металлический стержень – расположена параллельно оси нашей планеты. Иногда армиллярную сферу «редактируют» - изменяют вид и количество кругов, из которых она состоит. В предельном случае от классической армиллярной сферы может остаться только экваториальный круг с циферблатом и гномон, параллельный оси мира.
Долгое время армиллярная сфера служила для визуализации представлений о строении мира и являлась своего рода символом познания. Ее часто изображали на парадных портретах ученых, политиков и даже монархов. Армиллярная сфера до сих пор сохраняет свое символическое значение, а в Португалии даже включена в государственный герб.
Чаще всего армиллярные сферы небольшого размера устанавливают на пьедесталах пред входом в дом или в саду. Но встречаются также сферы диаметром 3 м и более. Обычно их устанавливают в общественных парках.
Полярные солнечные часы.
Плоскость циферблата полярных часов параллельна земной оси, а гномон параллелен циферблату. Горизонтальная проекция нормали к гномону этих часов перпендикулярна меридиану, а сам циферблат обращен «лицом» к югу. Часовые линии на циферблате этих часов параллельны друг другу. Часы этой конструкции выглядят очень эффектно, но, к сожалению, встречаются нечасто. Возможно, нам повезло, когда нам представилась возможность сделать часы этого типа.
Зеркальные солнечные часы.
Это очень редкий вид солнечных часов. Но принцип их очень прост. С помощью зеркала, установленного в освещенном месте солнечный луч отражается на стену или потолок внутреннего помещения. Пример, выполненный Рейнольдом Крейглером смотрите на youtube.
Аналемматические солнечные часы.
Циферблат представляют собой горизонтальную проекцию экваториальных солнечных часов. Однако, часовые линии на этих часах отсутствуют. Время определяется по направлению тени интерактивного вертикального гномона. Чтобы определить время, нужно поместить гномон в положение соответствующее дате наблюдений. В 18 веке аналемматические часы были кабинетными приборами. В середине 20 века часы этой конструкции догадались делать большими настолько, что роль интерактивного гномона можно было поручить человеку. Чтобы узнать время нужно встать на название текущего месяца или символ текущего зодиакального созвездия, которые изображены на специально рассчитанной шкале. О разнообразии аналемматических солнечных часов, построенных в разных странах можно прочитать здесь.
Аналемматические солнечные часы обычно изготавливают методом мощения и устанавливают в местах, где бывает много людей,- во дворах школ, у входа в гостиницы, на набережных и т.п. Первые в России аналемматические солнечные часы можно увидеть на набережной реки Клязьмы в г. Щелково а также в зоне отдыха на озере Сенеж.
Аналемматические солнечные часы на набережной Клязьмы.
Увеличить изображение
Подробнее об этих часах
Коллекция. Солнечные часы в городах России
Бюллетень Российского общества гномоников
