Эта тема стала особенно актуальной в конце 19, начале 20 века. В связи с арктическими путешествиями и навигацией. В приполярных районах, вблизи магнитного и географического полюсов ошибка магнитного компаса может быть неопределённо большой, плюс-минус 180 градусов. Например, если корабль окажется на линии соединяющей магнитный и географический полюс то стрелка компаса покажет север в сторону магнитного полюса, а юг в сторону географического! Не говоря уже о магнитных бурях, создающих северные сияния и тоже влияющих на магнитные компасы.
Поэтому придумали солнечный компас, который по положению солнца и показаниям часов – указывает стороны горизонта.
Идея ориентироваться по солнцу (и другим небесным светилам) возникла ещё в самые древние времена. Потому что на незнакомой местности или в море всё равно больше не по чем ориентироваться. 🙂 Сложность в том, что солнце и другие небесные светила постоянно двигаются и это движение надо учитывать, если нужно выдерживать одно заданное направление движения.
Чтобы учитывать суточное движение солнца как раз и придумали солнечные часы. Это две неразрывно связанные темы.
Не будем вдаваться в подробности, почему в сутках 24 часа. Просто так сложилось исторически. За 1 солнечные сутки принимают время от одного солнечного полдня — наивысшей точки солнца на небе до следующего (это так в астрономии, а не в правительстве). Полдень — верхняя кульминация солнца, как говорят в народе. Весь этот отрезок времени делят на 24 часа.
К слову сказать, есть ещё звёздные сутки точно так же как солнечные, но от одной верхней кульминации любой выбранной звезды до следующей верхней кульминации этой же звезды. И звёздные сутки не равны солнечным! Есть и средние солнечные сутки… Много чего есть, но это совсем другая история.
Примем к сведению: 1 оборот солнца это 24 деления (здесь рано говорить равные деления!) в единицах времени и одновременно 360 равных делений в градусах. Значит, нарисуем горизонтальную окружность, обозначив на ней точку 12 ч. дня – полдень по самой короткой тени от указателя солнечных часов — гномона. Теперь поделим окружность вправо и влево от деления 12 на равные отрезки по 15 градусов каждый. И часы готовы! У нас даже есть направление на юг, которое в солнечных часах всегда совпадает с цифрой 12 дня.
Для желающих можем сделать ещё солнечные часы (и даже заработать кучу денег на этом бизнесе). Причём для правильной установки новых часов теперь не надо ждать полдня. Что само по седее муторное занятие. Достаточно новые часы вращать в горизонтальной плоскости пока тень на них не покажет время такое же, как на наших первых – эталонных часах. Новые солнечные часы установятся на нужное время и автоматически правильно сориентируются в направлении север-юг.
Вот так решается прямая задача – определение времени по солнцу и обратная – определение направления север-юг по известному времени. Зная время – можно определить направление на юг (или другую сторону света) Зная азимут солнца – можно определить время. В теории.
Равномерный 24 часовой циферблат солнечных часов
На практике радость продлится недолго. Как только мы захотим сделать песочные часы, чтобы узнавать время после захода солнца. Так сразу и прозвенит первый тревожный звонок — час по песочным часам – всегда одинаков. А по солнечным – разный! Самый длинный час на вышеописанных солнечных часах у полудня, самый короткий при восходе и заходе солнца. То есть 15 градусов тень медленнее всего проходит около полудня и очень быстро при восходе и заходе.
Это всё работает в ограниченных условиях. Солнечные часы жёстко связаны с местом их установки. Если переместиться на восток — полдень наступит раньше, чем на наших эталонных часах. Переместимся на запад – полдень наступит позже, чем на эталонных часах. Но это далеко ещё не все проблемы.
Хотя с этим жили тысячи лет. В Риме, например, всё светлое время тупо делили на 12 часов, тёмное тоже на 12. Сразу же припоминается, что летом длинный день, а зимой длинная ночь. Но римских императоров и сенаторов это не волновало.
На рисунке видна неравномерность делений в полдень и утром-вечером и гномон солнечных часов наклонён к горизонту под углом равным широте места. На другой широте часы будут показывать время с ошибкой.
Кое-где в рисовали неравномерные часовые деления на циферблате. Однако эти неравномерные деления не работали в другом городе. В тот раз глобализация не прошла.
Это работало с древнейших времён но в пределах одного города и текущих суток. Глобальной навигации и службы времени на этом не построишь. Точнее не построишь на основе вышеупомянутых горизонтальные солнечных часов.
Правильная установка горизонтальных солнечных часов.
С древнейших времен было известно, что вся небесная сфера вращается вокруг одной точки – полюса. Очень близкого к Полярной звезде. Но только долгие поиски привели примерно в 15-16 веке к прогрессивной мысли: если гномон (указатель) солнечных часов направить в сторону Полярной звезды, а циферблат расположить в плоскости перпендикулярной указателю, то солнечные часы, наконец, станут равными и в полдень и на восходе. И такие солнечные часы с наклонённым циферблатом можно использовать на любой широте, если устанавливать на каждом новом месте наклон циферблата на угол 90 градусов минус широта места. Ход времени стал равномерным на разных широтах. Наверно и успехи в географических открытиях неразрывно с этим связаны.
Экваториальные солнечные часы. Шкала равномерная и 24 часовая.
Правильная установка экваториальных солнечных часов
Шло время, механические часы становились всё точнее. Они даже превзошли солнечные в точности. Показали, что солнечные сутки только в среднем 24 часа, а в каждый конкретный день больше или меньше разница эта до 15 минут в течение года.
И в начале 20 века работа солнечного компаса выглядела так. По точным механическим часам рассчитывают местное солнечное время. Устанавливают его на шкале компаса. Поворачивают эту шкалу до совмещения с направлением на солнце и напротив деления 12 будет юг. А значит и все остальные градусы компасной катушки станут правильно.
