Солнечные часы

У этого термина существуют и другие значения, см. Солнечные часы (значения).

Настенные (вертикальные) солнечные часы в Соловецком монастыре. Время съёмки 13:40 по московскому времени.

Оригинальные солнечные часы в Раифском Богородицком монастыре.

Со́лнечные часы́ в прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе.

Простейшие солнечные часы показывают солнечное время, а не местное, то есть, не учитывают деление Земли на часовые пояса. Кроме того, простейшие солнечные часы не учитывают летнего времени. Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии Солнца.

В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются, и уступили место различным видам других часов.

[править] История

Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии (4 Царств, 20:10, Исайя, 38:8).

[править] Древний Египет

Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте в надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306в1290 гг. до н.э. Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце её прикреплён невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад. Сделанные по такому принципу инструменты также были найдены. Один из них восходит ко времени правления Тутмоса III^[1]^:23 и датируется 1479в1425 гг. до н.э., второй в из Саиса, он на 500 лет моложе. На конце у них есть только брусок, без горизонтальной планки, а также имеется желобок для отвеса для придания устройству горизонтального положения^[2]^:83-88.

Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса. Она представляет собой две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня в на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу вверх, в полдень тени не было^[1]^:23. Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 до н.э. с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом. Плоскость ориентировалась на Солнце^[2]^:91-92.


Реконструкция солнечных часов по описанию из гробницы Сети I. Солнечные часы времён правления Тутмоса III. Модель солнечных часов из Каирского египетского музея. Рисунок часов с наклонной плоскостью, примерно так выглядели часы из Кантары.

[править] Древний Китай

Экваториальные солнечные часы в Запретном городе.

Первое упоминание о солнечных часах в Китае, вероятно, задача о гномоне, приводимая в древнем китайском задачнике «Чжоу-би» (англ. Zhou Bi Suan Jing), составленном около 1100 г. до н.э.^[1]^:21 В эпоху Чжоу в Китае применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпоху Цин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные в опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные в с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом^[3]^:114.

[править] Древняя Греция и Древний Рим

Скафис в солнечные часы древних. На сфероидальной выемке нанесены линии часов. Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут, или шарик в центре инструмента.

По рассказу Витрувия, вавилонский астроном Берос, поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши в так называемым скафисом. Эти солнечные часы были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. Древние греки и римляне, как и египтяне, делили промежуток времени от восхода до заката Солнца на 12 часов, и поэтому их час (как мера времени) был различной длины в зависимости от времени года^[4]. Поверхность выемки в солнечных часах и «часовые» линии на них подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Последующие геометры и астрономы (Евдокс, Аполлоний, Аристарх) придумывали разнообразные формы солнечных часов. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда гномон, отбрасывающий тень, располагался параллельно оси земли.

В Рим первые солнечные часы были привезены консулом Валерием Массала из Сицилии в 263 г. до н. э. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 года Марцием Филиппом.

[править] Древняя Русь и Россия

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определенные инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове и на странный узор («меандры») над ними. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала^[5]^[6]. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли еще в XI веке^[7].

В XVI веке в России появились западноевропейские портативные солнечные часы. На 1980 год в советских музеях было семь таких часов. Самые ранние из них относятся к 1556 году и хранятся в Эрмитаже, они были предназначены для ношения на шее и представляют собой горизонтальные солнечные часы с секторным гномоном для указания времени, компасом для ориентации часов в направлении севервюг и отвесом на гномоне для придания часам горизонтального положения. Все эти элементы установлены на плате, которая может отклоняться от горизонтального положения, обеспечивая возможность использования часов не на одной, а в интервале широт: 47в57 градусов^[7].

[править] Средние века

Арабские астрономы (Сабит ибн Корра, Ибн аш-Шатир, Абу-л-Хасан ибн Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось ещё направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы.

Вместе с введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники значительно упростилась: вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если только штифт расположен по направлению оси земли, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору (экваториальные, или равноденственные часы); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.

Гномоника занималась составлением правил нахождения различных положений тени на этих поверхностях. Солнечные часы, как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных часов, которая указывала бы «средний» полдень в различное время года. В средние века гномоникой занимались: Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI в. Мюнстер был призван «отцом гномоники».

Экваториальные солнечные часы для Северного полушария.

[править] Типы солнечных часов

Различают солнечные часы экваториальные, горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг). Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы. Классические экваториальные, горизонтальные и вертикальные солнечные часы могут исправно работать лишь на широтах севернее Северного тропика и южнее Южного тропика.

[править] Экваториальные

Экваториальные солнечные часы состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона. Часовые деления на кадран наносятся через равные угловые промежутки, как на циферблате обыкновенных часов, а гномон обычно представляет собой металлический стержень, устанавливаемый на кадране перпендикулярно его поверхности. Затем кадран ориентируется в горизонтальной плоскости так, чтобы прямая, соединяющая основание гномона и часовое деление, соответствующее полудню, была направлена параллельно полуденной линии в сторону юга в для Северного полушария, или в сторону севера в для Южного полушария, и поворачивается вокруг горизонтальной оси востоквзапад против часовой стрелки на угол α=90°-φ, где φ в географическая широта места установки солнечных часов^[8]. Кадран будет параллелен небесному экватору (отсюда в название этого типа солнечных часов), а поскольку небесная сфера в течение дня вращается равномерно, то и тень от гномона за любой час дня будет описывать равные углы (поэтому часовые деления и проводятся так же, как на циферблате обычных часов).

Горизонтальные солнечные часы в городе Перт, Австралия, с характерными для Южного полушария особенностями: тень в полдень в на юге, а Cолнце в на севере; видимый путь Cолнца по небосводу проходит справа налево, поэтому нумерация часов идёт против часовой стрелки.

Равные угловые промежутки (t=15°) между соседними часовыми делениями, как на циферблате обычных часов, и перпендикулярность гномона кадрану являются основными преимуществами экваториальных солнечных часов над горизонтальными и вертикальными. Главный недостаток экваториальных солнечных часов в то, что они, в отличие от горизонтальных, будут работать только от дня весеннего равноденствия до дня осеннего равноденствия (в Северном полушарии весеннее равноденствие в в марте, осеннее в в сентябре, в Южном полушарии весеннее равноденствие в в сентябре^[9], осеннее в в марте). В остальную часть года они работать не будут, поскольку Солнце будет находиться по другую сторону от плоскости небесного экватора, и вся верхняя поверхность кадрана будет в тени^[8]. Конечно, этот недостаток можно устранить, если сделать кадран в виде пластины, нанести часовые деления и на верхнюю, и на нижнюю поверхность, а гномон продолжить под пластину, но и тогда в дни, близкие к дню весеннего или осеннего равноденствия солнечные часы не будут работать в Солнце будет светить на пластину не сверху и не снизу, а сбоку.

[править] Горизонтальные

Горизонтальные солнечные часы, так же, как и экваториальные, состоят из кадрана и гномона. Однако в данном случае кадран устанавливается параллельно плоскости горизонта. Чаще всего гномон представляет собой треугольник, перпендикулярный плоскости кадрана, а одна из его сторон наклонена к ней на угол, равный географической широте места установки часов. Линия пересечения гномона и кадрана направляется параллельно полуденной линии в линии, вдоль которой в данном месте направлена тень вертикального стержня^[10].

Если обозначить географическую широту места установки часов через φ, количество часов до полудня (после полудня) через m, то угол между полуденной линией и соответствующим часовым делением на часах α можно определить по формуле:

$\operatorname{tg} \alpha=\sin\varphi\cdot\operatorname{tg} (15^{\circ}\cdot m)\,$

Вывод формулы

Рисунок к выводу формулы угла наклона часовых делений солнечных часов к полуденной линии.

Для определённости будем считать, что часы устанавливаются в средних широтах северного полушария. На рисунке показана небесная сфера с центром в точке O. Плоскость горизонта обозначена NESW, NS в полуденная линия, Z в зенит, Z' в надир, PL в ось мира, ZNSZ' в плоскость небесного меридиана. Как известно, угол наклона оси мира к плоскости горизонта равен географической широте места наблюдения (обозначена буквой φ на рисунке), поэтому сторона OP гномона солнечных часов, обозначенного на рисунке TPO, показана совпадающей с осью мира. Угол между полуденной линией и краем тени от гномона, который нам нужно найти, обозначен α. Через t обозначен угол между кругом склонения Солнца PBL и плоскостью небесного меридиана. Положение Солнца опять-таки для определённости показано до полудня.

Таким образом, на рисунке имеем сферический треугольник PNB. Заметим, что плоскость небесного меридиана перпендикулярна к плоскости горизонта, то есть угол PNB в прямой, поэтому наш сферический треугольник в прямоугольный. Для определения любого элемента прямоугольного сферического треугольника достаточно знать любые два других его элемента. В сферическом треугольнике PNB известны сторона φ и угол t, надо найти сторону α. По мнемоническому правилу Непера имеем:

$\cos(90^{\circ}-\varphi)=\operatorname{ctg} t\cdot\operatorname{ctg}(90^{\circ}-\alpha)\,$

Отсюда

$\operatorname{tg}\alpha=\sin\varphi\cdot\operatorname{tg} t\,$

Остаётся заметить, что

$t=\frac{360^{\circ}}{24}\cdot m=15^{\circ}\cdot m\,$

$\,$

[править] Вертикальные

[править] Солнечные часы в филателии

Солнечным часам в Санто-Доминго, установленным в 1753 году была посвящена серия почтовых марок Доминиканской республики 1931 года^[11].

[править] См. также

[править] Примечания

в‘ ¹ ² ³ Stanislav Michal. Hodiny : Od gnómonu k atomovým hodinám. в 2-е изд. в Прага: Státní nakladatelství technické literatury (SNTL), 1987. в 269 с.. Первое издание книги было переведено на русский язык: Станислав Михаль. Часы. От гномона до атомных часов. в М.: Знание, 1983. в 256 с. в (Переводная научно-популярная литература).
в‘ ¹ ² Marshall Clagett. Ancient Egyptian science. в 2004. в Т. 2. в ISBN 9780871692146
в‘ Духовная культура Китая / Редакторы тома М. Л. Титаренко, А. И. Кобзев, В. Е. Еремеев, А. Е. Лукьянов. в М.: Восточная литература, 2009. в Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование. в 1087 с. в ISBN 9785020363816
в‘ Шухардин С. В., Ламан Н. К., Федоров А. С. Применение приборов // Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. в М.: Наука, 1979.
в‘ В Чернигове сохранились солнечные часы древнего города (фото)
в‘ Ю.Ю.Шевченко, Т.Г.Богомазова «Древнейший сохранившийся христианский храм Руси»
в‘ ¹ ² В. Ю. Матвеев Солнечные часы 1556 г. из собрания Эрмитажа // Историко-астрономические исследования. в М.: Наука, 1980. в В. XV. в С. 177в180.
в‘ ¹ ² Моисеев А. Солнечные часы в вашем саду // Наука и жизнь. в 1992. в в„– 9. в С. 65в66.
в‘ (англ.) Статья о весеннем равноденствии 2008 года на сайте Сиднейской обсерватории
в‘ Транковский С. Солнечные часы // Наука и жизнь. в 1983. в в„– 8. в С. 133в135.
в‘ Space & Astronomy Stamps - Dominican Republic (República Dominicana)

[править] Литература

Дмитриев В. И. Прогулка по солнечным часам Санкт-Петербурга // История Петербурга. 2011. в„– 5. С. 67в73.

[править] Ссылки

часы в Лимассоле
The Mathematics of Sundials (англ.)
Principle and Use of Ottoman Sundials, Atilla Bir (англ.)

Солнечные часы Google Maps KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)

При написании этой статьи использовался материал из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (1890в1907).

[Hodiny-0] в‘ ¹ ² ³ Stanislav Michal. Hodiny : Od gnómonu k atomovým hodinám. в 2-е изд. в Прага: Státní nakladatelství technické literatury (SNTL), 1987. в 269 с.. Первое издание книги было переведено на русский язык: Станислав Михаль. Часы. От гномона до атомных часов. в М.: Знание, 1983. в 256 с. в (Переводная научно-популярная литература).

[Sc-1] в‘ ¹ ² Marshall Clagett. Ancient Egyptian science. в 2004. в Т. 2. в ISBN 9780871692146

[2] в‘ Духовная культура Китая / Редакторы тома М. Л. Титаренко, А. И. Кобзев, В. Е. Еремеев, А. Е. Лукьянов. в М.: Восточная литература, 2009. в Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование. в 1087 с. в ISBN 9785020363816

[3] в‘ Шухардин С. В., Ламан Н. К., Федоров А. С. Применение приборов // Техника в ее историческом развитии. От появления ручных орудий труда до становления техники машинно-фабричного производства. в М.: Наука, 1979.

[4] в‘ В Чернигове сохранились солнечные часы древнего города (фото)

[5] в‘ Ю.Ю.Шевченко, Т.Г.Богомазова «Древнейший сохранившийся христианский храм Руси»

[IAI_15-6] в‘ ¹ ² В. Ю. Матвеев Солнечные часы 1556 г. из собрания Эрмитажа // Историко-астрономические исследования. в М.: Наука, 1980. в В. XV. в С. 177в180.

[NiZ92-7] в‘ ¹ ² Моисеев А. Солнечные часы в вашем саду // Наука и жизнь. в 1992. в в„– 9. в С. 65в66.

[8] в‘ (англ.) Статья о весеннем равноденствии 2008 года на сайте Сиднейской обсерватории

[9] в‘ Транковский С. Солнечные часы // Наука и жизнь. в 1983. в в„– 8. в С. 133в135.

[10] в‘ Space & Astronomy Stamps - Dominican Republic (República Dominicana)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Часы
По принципу действия	Солнечные часы Ноктурлабиум Водяные часы Огненные часы Песочные часы Механические часы Кварцевые часы Электрические часы Электронные часы Астрономические часы Атомные часы
По назначению	Будильник Секундомер Таймер Хронометр Шахматные часы Наградные часы
По типу	Башенные часы Карманные часы Наручные часы Напольные часы Часы с кукушкой Цветочные часы
Детали и механизмы часов	Гномон · Спусковой механизм часов · Маятник · Генератор сигналов · Кварцевый резонатор · Циферблат
Известные часы	Куранты Московского Кремля · Биг-Бен · Пражские куранты · Башня Зиммера

Солнечные часы

Содержание

[править] История

[править] Древний Египет

[править] Древний Китай

[править] Древняя Греция и Древний Рим

[править] Древняя Русь и Россия

[править] Средние века

[править] Типы солнечных часов

[править] Экваториальные

[править] Горизонтальные

[править] Вертикальные

[править] Солнечные часы в филателии

[править] См. также

[править] Примечания

[править] Литература

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках