Солнечные часы: устройство и история¶

Солнечные часы — древнейший астрономический инструмент для определения времени по изменению положения тени от гномона (стержня), которую отбрасывает Солнце на циферблат (кадра́н) в течение светового дня. Прибор относится к классу гномонических (теневых) устройств и основан на кажущемся суточном движении Солнца по небесной сфере. Солнечные часы не требуют источников питания и механизмов, но работают только в ясную погоду и в светлое время суток, а их показания зависят от географической широты и ориентации в пространстве.

¶Принцип действия

Земля вращается вокруг своей оси, поэтому Солнце для наблюдателя перемещается по небу с востока на запад, а тень от неподвижного вертикального предмета меняет длину и направление. Если нанести на горизонтальную или наклонную поверхность разметку, соответствующую положениям тени в разные часы, получится простейший указатель времени. Ключевая деталь — гномон, роль которого может играть стержень, стена, край ступени или натянутая струна. Точность зависит от правильной установки: ось, ориентированная на полюс мира, обеспечивает равномерное перемещение тени.

¶История

Теневые указатели времени известны с глубокой древности. В Древнем Египте и Вавилоне применяли простые вертикальные шесты, по длине тени которых судили о часе. Греческий астроном Анаксимандр (VI век до н. э.) приписывается создание первого гномона с размеченным циферблатом. В античности появились сложные конструкции: скафис, полусферические и конические кадраны. Римляне устанавливали солнечные часы на форумах и в общественных зданиях.

В средневековой Европе и на Руси инструмент был основным средством дневного счёта времени вплоть до распространения механических часов. На Руси XVI–XVII веков известны «часовые круги» на башнях и стенах монастырей. С появлением маятниковых и пружинных механизмов солнечные часы утратили роль главного хронометра, но сохранились как вспомогательный инструмент для проверки и выверки механических часов.

¶Классификация

По ориентации кадрана выделяют несколько основных типов:

По конструкции различают простые (один гномон и шкала) и комбинированные (несколько кадранов, учитывающих сезонное изменение высоты Солнца). Отдельная группа — портативные карманные солнечные часы с компасом, применявшиеся в путешествиях.

¶Устройство и разметка

Основные элементы прибора — основание (кадра́н) с нанесёнными часовыми линиями, гномон и иногда компас для ориентирования. Разметка горизонтальных часов рассчитывается индивидуально для конкретной широты: часовые углы между линиями неравномерны и зависят от географического положения. Для вертикальных часов дополнительно учитывается азимут стены. Точная установка требует ориентации по истинному (а не магнитному) меридиану, поэтому часто применяют корректировку на магнитное склонение.

¶Уравнение времени

Показания солнечных часов основаны на истинном солнечном времени, которое отличается от среднего времени из-за эллиптичности орбиты Земли и наклона её оси. Разница, называемая уравнением времени, в течение года колеблется примерно от −14 до +16 минут. На точных приборах наносят дополнительную шкалу или таблицу поправок, позволяющую переводить истинное солнечное время в среднее. Это делает солнечные часы пригодными для выверки механических хронометров.

¶Применение и значение

Солнечные часы служили основным средством измерения времени в древности и Средневековье, применялись в астрономии, навигации и в быту. Сегодня они выполняют преимущественно декоративную, образовательную и мемориальную функцию: их устанавливают в парках, на площадях, в обсерваториях и на учебных стендах. Инструмент остаётся наглядным пособием по астрономии и геометрии, демонстрируя связь между движением небесных тел и измерением времени. В ряде городов мира сохранились исторические солнечные часы как памятники науки и архитектуры.

¶Интересные факты

• Самые крупные солнечные часы достигают размеров зданий и площадей; гномоном в них служат шпили и стены.
• Существуют «аналлематические» часы, где человек сам встаёт на метку, соответствующую дате, и его тень указывает время.
• В Заполярье и вблизи полюсов работа обычных солнечных часов затруднена из-за полярного дня и ночи.
• Погрешность хорошо выверенных стационарных часов не превышает нескольких минут.

Источники: энциклопедии по астрономии и истории науки, учебные пособия по гномонике, материалы об истории измерения времени.