Солнечные часы — устройство и принцип работы¶
Солнечные часы — прибор для определения времени суток по положению Солнца на небе, один из древнейших астрономических инструментов. Принцип работы основан на том, что тень от гномона (вертикального или наклонного стержня) отбрасывается на циферблат и перемещается по нему в течение дня, указывая на текущий час. Солнечные часы не определяют время по часам местного солнечного, а показывают его с точностью, зависящей от географической широты, времени года и качества изготовления.
¶Историческая справка
Древнейшие солнечные часы найдены в Египте и датируются примерно XV веком до н. э. В Древней Греции и Риме солнечные часы получили широкое распространение: археологами обнаружены как стационарные общественные конструкции, так и переносные настольные модели. В Древней Руси солнечные часы были известны с XI века, их устанавливали на церковных башнях и в монастырях. В XVI–XVIII веках в Европе и России изготавливали сложные многоциферблатные солнечные часы, способные показывать время нескольких городов, звёздные положения и даты церковных праздников.
¶Устройство солнечных часов
Солнечные часы состоят из двух основных элементов:
- Гномон (от греч. γνώμων — «указатель») — стержень, планка или кромка, отбрасывающая тень. Именно положение тени определяет показания.
- Циферблат (латунь) — плоскость с нанесёнными часовыми линиями, по которым считывается время.
Для вертикальных солнечных часов, установленных на стене, линии размечаются с учётом угла наклона стены к плоскости меридиана. Для горизонтальных часов циферблат располагается горизонтально, а гномон наклонён под углом, равным географической широте места установки. Существуют также экваториальные часы, где циферблат параллелен плоскости экватора, а гномон направлен на полюс мира.
¶Как сделать солнечные часы своими руками
¶Материалы и инструменты
Для простейших горизонтальных солнечных часов потребуются:
- плоская доска, фанера или плотный картон размером примерно 20×20 см;
- деревянная палочка, гвоздь или шило в качестве гномона;
- линейка, транспортир, карандаш;
- клей или крепёж для фиксации гномона.
¶Разметка циферблата
- В центре заготовки закрепляют гномон строго вертикально (для горизонтальных часов гномон наклоняют на угол, равный широте места, — для средней полосы России это около 50–60°).
- Определяют направление истинного меридиана: в солнечный день в полдень тень от вертикального гномона указывает на север. Направление фиксируют линией на заготовке.
- С помощью транспортира откладывают от меридиана углы по 15° в каждую сторону — это соответствует одному часу, поскольку за час Солнце перемещается по небу на 15°. Линии размечают карандашом и подписывают: 12:00 — линия меридиана, 13:00 — первая линия к западу от него и так далее.
- Линии прочерчивают от центра (места установки гномона) к краю циферблата.
¶Установка и проверка
Готовые часы устанавливают на открытом солнечном месте, ориентируя линию меридиана строго на север (можно по компасу). Проверить точность можно, сверив показания тени с местным солнечным временем по часовому поясу, внося поправку на уравнение времени и долготу места относительно центра часового пояса.
¶Точность и поправки
Солнечные часы показывают местное apparentное солнечное время, которое отличается от стандартного времени часового пояса по двум причинам:
- Долгота: каждый градус восточнее или западнее центрального меридиана пояса даёт смещение на 4 минуты.
- Уравнение времени: из-за эксцентриситета земной орбиты и наклона оси вращения истинное солнечное время в течение года отклоняется от среднего солнечного времени на величину до ±16 минут.
Суммарная поправка для Москвы, например, может достигать полутора часов.
¶Разновидности солнечных часов
| Тип | Расположение циферблата | Особенности |
|---|---|---|
| Горизонтальные | Горизонтально | Просты в изготовлении, требуют наклона гномона на широту |
| Вертикальные | Вертикально (на стене) | Линии размечаются с учётом ориентации стены |
| Экваториальные | Параллельно экватору | Равные интервалы между часовыми линиями |
| Цилиндрические | На внутренней поверхности цилиндра | Тень от нити-гномона |
| Анклажные (настольные) | Наклонная пластина | Переносные, с декоративной отделкой |
¶Интересные факты
- В индуизме традиционные солнечные часы называются «гхати-яантра» и используются до сих пор для определения времени проведения религиозных обрядов.
- На Пулковской обсерватории под Санкт-Петербургом исторические солнечные часы сохраняются как памятники астрономии.
- В России сохранилось множество старинных солнечных часов на стенах храмов и общественных зданий, в том числе в Московском Кремле и в Санкт-Петербурге.
Источники:
- Большая советская энциклопедия, статья «Солнечные часы»
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Каменский А. А. «История астрономии»
- Михайлов Б. Т. «Солнечные часы в России»
- Шевченко И. И. «Астрономические приборы»