Солнечные часы

Одним из первых приборов с помощью которых люди стали измерять время, были солнечные часы. Солнечные часы были известны очень давно, более чем за 500 лет до нашего летоисчесления. Живший в I веке до н.э. архитектор Марк Витрувий Поллион оставил нам следующие сведенияо конструкции солнечных часов древнего мира и их изобретателях:

Марк Витрувий
Поллион

"Солнечные часы в виде выдолбленного полукруга из тесаного (квадратного) камня, вырезанного сообразно местному наклону мировой оси, говорят изобрел халдеец Бероз. Часы в форме чашек или полушария - Аристарх Самосский, он же изобрел часы в виде горизонтальной плиты (диска); паутинообразные (с паутинообразной сеткой) часы сконструировал астроном Евдокс, а некоторые говорят, что их изобрел Аполоний".

Солнечные часы состоят из предмета, дающего резкую и длинную тень, и циферблата, на котором нанесены деления, соответствующие часам и долям часа. Получение отсчета времени с помощью солнечных часов основано на том, что в течение дня тень, отбрасываемая предметами, освещенными Солнцем, все время изменяется. Она перемещается, одновременно меняя свою длину: рано утром тени длинные, затем они укорачиваются, а после полудня снова удлинняются. Утром тени обращены к западу, в полдень в северном полушарии - к северу, а вечером - к востоку. В соответствии с этим отсчитывать время можно двумя способами: по длине тени или по ее направлению. Второй способ более удобен и точен.

Первоначально указатель солнечных часов представлял собой палку, вертикально воткнутую в землю, а циферблат состоял из вбитых в землю колышков. Это, пожалуй, самая простая, но далеко не самая удобная форма солнечных часов, так как при вертикальном расположении циферблата конец тени описывает не окружность, а другую, более сложную кривую причем изо дня в день, из месяца в месяц расположение этой кривой меняется.

Многие ученые и изобретатели древнего мира занимались улучшением солнечных часов. Для того чтобы сделать их пригодными для любого дня и месяца, циферблат солнечных часов делался в виде многих линий с делениями, из которых каждая предназначалась для определенного месяца. Такими, например, были солнечные часы древнегреческого астронома Аристарха из Самоса. В этих часах циферблат имел форму чаши с прочерченной на ее внутренней поверхности сложной сетью линий. Часы другого древнегреческого астронома Эвдокса были названы "арахна" - паук, вследствии того, что сложная сеть линий циферблата напоминала паутину.

"Башня ветров"

К этому же типу принадлежат сохранившиеся до наших дней солнечные часы Андроника из Кирра, который воздвиг в Афинах "Башню ветров" (12,8 м) с флюгером, солнечными и водяными часами. Эта башня названа так в связи с находящимися на ней рельефными изображениями восьми основных ветров. Андроник также построил солнечные часы в храме Посейдона на острове Тенос.

 Повышение точности путем создания сложных циферблатов, естественно, затрудняло и изготовление солнечных часов и пользование ими. Решительный шаг в улучшении солнечных часов был сделан тогда, когда астрономы поняли, какие выгоды представляет расположение указателя солнечных часов параллельно земной оси. Когда указатель солнечных часов расположен параллельно земной оси, то его конец оказывается обращенным к полюсу мира, т. е. той точке небесного свода, которая при вращении Земли кажется неподвижной. Если при этом доска с циферблатом расположена перпендикулярно к указателю, то конец тени описывает на ней дугу окружности, а скорость движения тени оказывается постоянной. Вследствие равномерного движения тени часовые деления получаются равными. 

В экваториальных солнечных часах доска с циферблатом устанавливается наклонно к горизонту под углом (90 -Ф), где Ф - географическая широта данной местности.

Указатель экваториальных солнечных часов выполняется в виде стержня, продетого насквозь через середину наклонной доски так, что часть его торчит сверху, а часть снизу.

Китай. Пекин. Экваториальные
солнечные часы в Запретном городе

 Достоинством экваториальных солнечных часов является то, что их циферблат годен для всех дней года, причем часовые деления расположены на равных расстояниях друг от друга. Недостатком этих часов является то, что в течении части года тень от указателя падает на их циферблат снизу, что затрудняет наблюдения.

  Горизонтальные солнечные часы состоят из горизонтально расположенной доски с нанесенным на нее циферблатом и указателя в виде треугольника. Острый угол этого треугольника делаетсяравным географической широте данной местности, так что наклонная сторона треугольника получается параллельной земной оси. Треугольник - указатель устанавливается так, чтобы 

Горизонтальные солнечные
часы в г. Перт, Австралия

 его плоскость была перпендикулярна циферблату, а линия продолжения основания треугольника шла по направлению север - юг. В полдень тень от указателя обращена (в северном полушарии) к северу. Таким образом, отметка времени, соответствующая 12 часам, находится на линии продолжения основания треугольника. В горизонтальных солнечных часах в течении дня скорость перемещения тени меняется. Поэтому на их циферблате часовые отметки расположены под разными, неравными углами. В горизонтальных солнечных часах, так же как и в экваториальных, циферблат годен для всех дней года, причем в течение всего года тень от указателя падает на их циферблат сверху.

Обелиски Древнего
Египта

В древности солнечные часы имели весьма большое распространение. Высокие и стройные обелиски Древнего Египта были указателями солнечных часов. В Индии у поломников были посохи с вделанными в них миниатюрными солнечными часами. Большие солнечные часы были установлены на "Башне ветров" в Афинах. В Древнем Риме императором Августом на Марсовом поле в качестве указателя солнечных часов был установлен обелиск Сезостриса высотой в 34 метра, вывезенный им в числе других военных трофеев из Египта.

Китайский император Кошу - Кинг возвел в 1278 г. указатель солнечных часов в 40 ступеней высотой.

Улугбек

Его значительно превзошел  внук Тимура - знаменитый самаркандский астроном Улугбек, который стремясь увеличить точность отсчета, в 1430 г. в Самарканде воздвиг солнечные часы высотой 175 ступеней (около 50 метров). 

Солнечные часы продолжали строить вплоть до XVI и даже XVII века. Иногда их строили и в более позднее время, но только для украшения. Основными недостатками солнечных часов являлось то, что ими невозможно было пользоваться ночью и в пасмурную погоду. Их невозможно было брать с собой в путешествие или сражение. В этом отношении значительно более удобными были песочные часы.