Starý profesor astronomie vstává k řečnickému pultu: „Nebudu vám dělat přednášku. Přišel jsem se rozloučit. V mé hvězdárně se dnes zastavily hodiny, které běžely téměř tři sta let. Jsem si jistý: nastal konec světa!” Studenti se chichotali a houkali. Křičí, křičí: “Kupte si Rolex!”, “Zavolejte technika!”, “Vložte novou baterii!” atd. Když hluk utichl, profesor znovu promluvil: „A teď řeknu něco jiného. Dnes se moje sluneční hodiny zastavily na mé observatoři.“ (Žert)
Sluneční hodiny byly široce používány již od starověku. Navzdory své relativní jednoduchosti existuje mnoho druhů tohoto zařízení.
Část sbírky slunečních hodin umístěných v nebeském parku moskevského planetária. 2012. Foto autor.
Jednoduchost většiny konstrukcí slunečních hodin z nich dělá velmi spolehlivý přístroj, alespoň za jasného počasí.
Obecně není výroba slunečních hodin obtížná [1-2]. Design jakýchkoli slunečních hodin musí mít určitým způsobem označený číselník a gnómon, jehož stín bude hrát roli šípu. Asi nejjednodušší variantou by byly rovníkové sluneční hodiny. Hlavní předností těchto hodinek je jejich jednoduchý ciferník, který je rozdělen na 24 stejných sektorů.
V nejjednodušším případě lze číselník vytisknout jednoduše na papír nebo, jak to udělal autor, použít laserovou gravírku. Gnómon je upevněn ve středu číselníku, kolmo k rovině číselníku. Autor použil šroub M3 x 40.
Číselník musí být umístěn pod úhlem k horizontu rovný , kde je zeměpisná šířka místa, kde jsou hodinky nainstalovány.
V tomto provedení se požadovaný úhel nastavuje pomocí klínu.
Vzhledem k tomu, že číselník v tomto provedení je kloubově spojen se základnou, bude při přesunu na jinou zeměpisnou šířku potřeba vyměnit pouze klín.
Pro nastavení hodin je potřeba najít místo osvětlené Sluncem, na kterém musí být hodiny orientovány tak, aby čára odpovídající 12 hodině koukala severním směrem, tzn. byla umístěna rovnoběžně s polední čárou. Polední čára je čára, která spojuje severní bod s jižním bodem na obzoru. Podél ní leží stín v pravé sluneční poledne, tzn. v okamžiku, kdy je Slunce nejvýše nad obzorem a stíny jsou nejkratší. V tuto chvíli se Slunce nachází nad jihem a stín gnómonu bude směřovat na sever. V nejjednodušším případě můžete sluneční hodiny orientovat pomocí kompasu.
Obecně platí, že v tomto případě nebudou hodiny orientovány podél geografického, ale podél magnetického poledníku, což přirozeně způsobí chybu v odečtech hodin. To však lze zanedbat, protože nejčastěji se směr k severnímu geografickému pólu a magnetický pól přibližně shodují, tloušťka stínu vrženého gnómonem je poměrně velká a Slunce se obecně nepohybuje zcela rovnoměrně podél ekliptiky. . Tento nerovnoměrný pohyb Slunce po obloze se vysvětluje částečně tím, že jeho zdánlivý pohyb závisí nejen na rotaci Země, ale také na pohybu Země na její oběžné dráze kolem Slunce. V tomto případě je oběžná dráha Země elipsa, i když se příliš neliší od kruhu, což znamená, že podle druhého Keplerova zákona se rychlost oběhu Země mění. Přesně řečeno, sluneční hodiny ukazují místní skutečný sluneční čas, který se může výrazně lišit od průměrného slunečního času daného časového pásma, podle kterého běží všechny běžné mechanické a elektronické hodiny. Tento rozdíl se liší v závislosti na aktuálním datu. Rozdíl mezi středním slunečním časem a skutečným slunečním časem lze určit z časové rovnice.
kde a je číslo dne v roce.
Graficky lze časovou rovnici znázornit následovně.
Jak je vidět na grafu, v různých dnech roku může rozdíl mezi středním a skutečným slunečním časem dosáhnout asi +14,3 minuty (12. února) a -16,4 minuty (4. listopadu), a to čtyřikrát ročně, přibližně 15. dubna , 13. června, 1. září a 25. prosince jde na nulu. Měli byste také mít na paměti, že v době psaní tohoto textu je ve většině regionů Ruska platný místní (mateřský) čas, tzn. ke standardnímu času se připočítá jedna hodina. Pravé sluneční poledne tedy nastane kolem 13.00:XNUMX.
Když jsou hodiny správně orientovány, gnómon ukáže na severní pól, který se nachází poblíž Polárky.
Hlavní nevýhodou slunečních hodin tohoto provedení je, že na severní polokouli mohou fungovat pouze od jarní rovnodennosti (19.-20. března) do podzimní rovnodennosti (22.-23. září). Druhou polovinu roku pro pozorovatele na severní polokouli Země vychází Slunce příliš nízko nad obzor a jeho paprsky nemohou osvětlit ciferník takových hodinek. Děje se tak proto, že Slunce je v tuto dobu na jižní polokouli nebeské sféry a číselník nakloněných slunečních hodin se nachází v rovině nebeského rovníku, tzn. sluneční paprsky jej osvětlí zespodu. V zásadě je možné nanést označení na spodní plochu ciferníku, ale na malých hodinkách je to nepohodlné.
Složitějším řešením jsou horizontální sluneční hodiny, které sice nemají výše popsanou nevýhodu, ale pro schopnost celoroční práce si musíte zaplatit číselník složitějšího typu, který se navíc mění v závislosti na zeměpisné šířce místa. kde jsou hodiny instalovány.
Ciferník horizontálních slunečních hodin. Červený obdélník ukazuje umístění gnómonu. Kresba od autora.
Podobně jako u rovníkových hodin by měly být horizontální sluneční hodiny instalovány tak, aby čára odpovídající 12 hodinám vypadala přísně na sever, a gnomon horizontálních slunečních hodin by měl být vyroben tak, aby jeho horní okraj byl nakloněn k horizontu pod úhlem rovným na zeměpisnou šířku oblasti, tzn. podíval se přibližně na Polárku. Podle toho se čas musí počítat podle polohy stínu horní strany gnómona.
Ciferník hodinek z obrázku výše lze použít, pokud se hodinky nacházejí v pásmu od 50 do 55 stupňů severní šířky. Pro ostatní zeměpisné šířky severní polokoule bude nutné změnit úhel gnómonu a změnit označení číselníku. Toto označení lze provést pomocí tabulky, která je umístěna v knize [1] na straně 305. Popis způsobu výpočtu horizontálních slunečních hodin pro libovolnou zeměpisnou šířku naleznete v knize [2] na stranách 260-261. Správně sestavené sluneční hodiny poběží bez přídavného navíjení nebo výměny baterií, dokud se neujme nemilosrdný druhý termodynamický zákon, alespoň pokud nenastane asteroid [3], vulkanická [4] nebo jaderná [5-6] zima a bude relativně trochu nad hlavou.jasná obloha.
Astronomie. Encyklopedie pro děti – M.: Avanta plus, 1998.
Encyklopedický slovník mladého astronoma. Sestavil N. P. Erpylev – M.: Pedagogika, 1986.
V předchozím článku o slunečních hodinách bylo uvedeno, že nejjednodušším typem slunečních hodin jsou rovníkové sluneční hodiny, ale jejich jednoduchost vede k tomu, že tyto hodiny na severní polokouli lze používat pouze v období astronomického jara (od jarní rovnodennosti do letní slunovrat) a astronomické léto (od letního slunovratu do podzimní rovnodennosti), kdy se Slunce nachází nad nebeským rovníkem. Horizontální sluneční hodiny tuto nevýhodu nemají. Mohou pracovat po celý rok, ale jsou znatelně obtížnější na výrobu, protože jejich číselník musí být rozdělen do nerovných sektorů [1].
K výrobě horizontálních slunečních hodin můžete použít techniku popsanou v knize „Encyklopedický slovník mladého astronoma“ [2] na stranách 260-261.
1) Na polotovaru číselníku je nakreslena čára sever-jih a na jeho severním konci je umístěna značka „12 hodin“.
2) Označte bod, ve kterém bude gnomon nainstalován.
3) Z místa instalace gnomonu od severojižní linie v určitých úhlech jsou rozmístěny segmenty odpovídající požadovaným časovým okamžikům. Požadované úhly se vypočítají pomocí vzorce
kde je zeměpisná šířka, je časový interval od poledne do požadované hodiny dne (1 hodina odpovídá 15 stupňům). Hotovou tabulku úhlů naleznete v [3] na straně 305.
4) Na druhé polovině budoucího číselníku zrcadlíme segmenty ve stejných úhlech.
Jelikož se nyní nacházíme ve třetí dekádě XNUMX. století, není již nutné všechny tyto operace provádět ručně. Obzvláště smutné je kreslit vše pomocí úhloměru, pokud vás zajímá, jak se bude měnit vzhled číselníku pro různé zeměpisné šířky. Proto se autor rozhodl využít plnou sílu moderních informačních technologií a napsal malý program pro označení číselníku horizontálních slunečních hodin v pascalu.
Tento program vygeneruje datový soubor, který lze zobrazit v Gnuplotu.
Pomocí výše uvedeného kódu můžete získat horizontální sluneční hodiny pro požadovanou zeměpisnou šířku. Níže jsou číselníky vytvořené pro zeměpisné šířky od 65 do 40 stupňů v krocích po 5 stupních.
5) Zbývá nějak získat materiálový vzorek ciferníku. V nejjednodušším případě jej lze vytisknout a nalepit na silnou lepenkovou základnu.
Poté je nutné nainstalovat gnomon tak, aby úhel mezi ním a čárou označující 12 hodin, tzn. směr sever se rovnal zeměpisné šířce místa pozorování. V nejjednodušším případě lze gnomon vyrobit z drátu.
V tomto případě bude gnómon ukazovat na severní pól nebeské sféry a údaje na hodinách nebudou záviset na deklinaci Slunce [4].
Při používání slunečních hodin nezapomeňte, že ukazují místní skutečný sluneční čas. Abychom převedli údaje slunečních hodin na místní čas, který používáme, je nutné provést korekci vypočítanou pomocí vzorce
kde je časová rovnice [1], která závisí na počtu dne v roce a pohybuje se v rozmezí od +14,3 minut (12. února) do -16,4 minut (4. listopadu), je časový rozdíl mezi vaším městem a Moskva, – rozdíl mezi Moskvou a univerzálním časem (3 hodiny s přihlédnutím k mateřskému času, dříve, když se v Rusku během letního času používal letní čas, byl rozdíl 4 hodiny) – zeměpisná délka města, vyjádřeno v časových jednotkách (1 stupeň se rovná 4 minutám). Jak můžete vidět u stacionárních hodin, všechny složky kromě časové rovnice lze určit jednou.
Na konci článku dávám do pozornosti videoklip skladatele Andreje Klimkovského k hudební skladbě „Severní koruna“ ze stejnojmenného alba, ve kterém se objevují horizontální sluneční hodiny z první ilustrace.
Encyklopedický slovník mladého astronoma. Sestavil N. P. Erpylev – M.: Pedagogika, 1986.
