Ориентирование с помощью гномона
В полдень тень гномона направлена на север.
Ориентирование по часам
Положить часы на вытянутую ладонь
Часовую стрелку направить на Солнце.
Угол между часовой стрелкой и направлением на цифру 1 на циферблате разделить пополам.
Линия, разделяющая этот угол пополам, покажет направление на юг.
Ориентирование по звездам
1. Найти ковш Большой Медведицы из семи ярких звезд.
2. Мысленно отложить на продолжении линии между крайними звездами ковша еще 5 таких отрезков. Здесь находится Полярная звезда.
3. Полярная звезда всегда находится над северной стороной горизонта.
Ориентирование по местным признакам
Кора большинства деревьев грубее на северной стороне; тоньше, эластичнее, а у березы светлее — на южной.
У сосны вторичная бурая, потрескавшаяся кора на северной стороне поднимается выше по стволу.
С северной стороны деревья, камни, деревянные, черепичные и шиферные кровли обильнее покрыты лишайниками, грибками.
На деревьях хвойных пород смола обильнее накапливается с южной стороны.
У отдельно растущего дерева крона гуще с южной стороны.
Толщина годичных колец пня спиленного дерева, росшего отдельно, больше с южной стороны.
Весной травяной покров более развит на северных окраинах полян, прогреваемых солнечными лучами, в жаркий период лета — на южных, затененных.
Ягоды и фрукты раньше краснеют с южной стороны.
Летом почва около больших камней, строений, деревьев и кустов более сухая с южной стороны, что можно определить на ощупь.
Снег быстрее подтаивает на южных склонах; в результате подтаивания на снегу образуются зазубрины — «шипы», направленные на юг.
Алтари православных церквей, часовен обращены на восток, а главные входы расположены с западной стороны.
Приподнятые концы нижних перекладин крестов церквей обращены на север.
В реальной действительности бывает много отклонений от перечисленных правил, при ориентировании нужно учитывать не один, а несколько признаков. Самым надежным способом ориентирования является ориентирование с помощью компаса.
Ориентирование с помощью компаса
Положить компас на ровную поверхность и отпустить фиксатор.
Дать стрелке успокоиться.
Намагниченный конец стрелки покажет направление на север.
Вращая коробочку компаса, подвести под темный конец стрелки букву С (север).
3. Точное направление на предмет узнают по шкале компаса, вычисляя азимут.
Чтобы определить азимут на предмет, надо:
сориентировать компас. Для этого корпус компаса повернуть так, чтобы буква С совпала с темным концом магнитной стрелки.
На стекло компаса положить тонкую палочку или спичку по направлению от центра к предмету.
По шкале компаса отсчитать величину дуги от 0° до линии направления на предмет.
Определите азимут на предметы, указанные учителем. Результаты запишите в полевом дневнике.
Определите расстояния между этими предметами. Результаты работы запишите в полевом дневнике.
Класс
Южные материки земли
Материки (континенты) — самые крупные участки суши.
Материков шесть: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Антарктида и Австралия. Континенты различаются размерами, очертаниями береговой линии, внутренним строением, рельефом.
Площадь материков в млн км²
Самый большой материк — Евразия, самый маленький — Австралия.
По положению относительно экватора и истории образования материки делят на северные и южные. К северным относятся Евразия и Северная Америка (бывшие в далёком прошлом единой Лавразией), к южным — Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида (бывшие единой Гондваной). В Северном полушарии континенты занимают 39 % поверхности, а в Южном — 19 %, поэтому Северное полушарие Земли можно назвать материковым, а Южное — океаническим.
Так как континенты расположены в разных широтах, они получают неодинаковое количество света и тепла, поступающего от Солнца. На формирование природы огромное влияние оказывает площадь материков и их взаимное расположение. Все материки почти полностью отделены друг от друга обширными водными пространствами.
Только узкие полосы суши соединяют Африку с Евразией (Суэцкий перешеек), Северную Америку с Южной Америкой (Панамский перешеек). Евразия и Северная Америка отделены друг от друга узким Беринговым проливом.
Тепловые пояса Земли
Все материки, кроме Антарктиды и Австралии, имеют форму, сужающуюся к югу. Это оказывает влияние на климатические особенности в разных частях материка. Южная Америка, Африка и Австралия лежат в основном в жарком тепловом поясе, в умеренном поясе находятся лишь их небольшие южные узкие части. Северная Америка и Евразия широкими северными частями расположены в умеренном и холодном тепловых поясах, а узкими — в жарком
Части света
Теория:
Кроме естественного деления суши на материки и острова существует и условное, культурно-историческое подразделение её на части света.
Части света — исторически сложившиеся регионы Земли, включающие материки или их крупные части вместе с близлежащими островами.
Части света (в млн км²)
На одном материке Евразии располагаются две части света — Европа и Азия. Условная граница между ними проходит по Уральским горам, реке Эмбе, Каспийскому морю, Кумо-Манычской впадине севернее Кавказа, по Азовскому и Чёрному морям, по проливам Босфор и Дарданеллы. Два материка — Северная и Южная Америка — образуют одну часть света — Америку.
Как узнать тень гномона
На приведенной фотографии изображены доисторические солнечные часы, их возраст оценивается от 10000 до 4000 лет до н.э., то есть эти часы древнее любой из известных нам цивилизаций и, стало быть, наук. Подробнее о данном артефакте написано на сайте BBC, ну а мы попробуем представить, что можно осознать, разглядывая вертикальный гномон целыми днями.
Наши обычные часы со стрелками имеют в своей основе идею вращающейся тени от вертикального гномона в северном полушарии. В первых часовых механизмах была только одна часовая стрелка и аналогия была еще очевиднее.
Наблюдение за вертикальным гномоном
При определенной сообразительности, наблюдение за гномоном может объяснить очень много в устройстве мира и солнечной системы. Начать с того, что с помощью вертикально установленного шеста можно определить направления сторон света. Для большей точности гномон изготавливали в виде высокой заостренной стеллы, подобно той, что Наполеон вывез из Египта и установил в центре Парижа на Елисейских полях. Например, в Индии сохранились до наших дней обелиски с концентрическими окружностями вокруг. Именно эти круги и позволяют в солнечный день узнать направление на север.
С помощью гномона можно определить стороны света
С помощью гномона можно узнать продолжительность года
Определив кардинальное направление, наш сообразительный «первобытный» наблюдатель смог бы заметить, что длина тени, падающей от вертикального гномона в направлении севера меняется в течение года. Летом тень короче, а зимой длинее. По крайней мере это справедливо для северного полушария. Проводя наблюдения за гномоном, можно выделить дни летнего и зимнего солнцестояния, как те дни, когда Солнце в полдень бывает в самом высоком и низком положении в году. На рисунке эти дни обозначены положениями Солнца 1 и 3, а тени от гномона соответственно G1 и G3. Фактически, саму продолжительность солнечного года можно посчитать как интервал времени между двумя одинаковыми солнцестояниями. Поэтому в некоторых календарях, связанных с солнечным временем, начало года приходится на день зимнего солнцестояния, после которого высота Солнца увеличивается и начинается новый годовой виток жизни на Земле (на рисунке точка 3).
В гномонике и астрономии принято считать началом года день весеннего равноденствия. Астрономы даже высчитывают не день, а сам момент перехода Солнца из южного полушария в северное, который помечен на рисунке движения Солнца по эклиптике цифрой 1 и греческой буквой γ. С помощью вертикального гномона можно отследить и дни равноденствия по следующим признакам.
1. Солнце восходит строго на востоке и садится строго на западе, то есть в направлениях, перпендикулярных меридиану север-юг.
2. Тень от конца вертикального гномона будет двигаться по прямой линии (запад-восток) в отличии от всех других дней, когда конец тени будет двигаться по параболической кривой. По прямой будут двигаться и тени от верхушек всех неподвижных предметов.
С отслеживанием движения Солнца и его синхронизацией с фазами Луны связана задача календаря, о которой речь в соответствующем разделе.
С помощью вертикального гномона можно узнать, что Земля круглая!
Еще одно заблуждение связано с нашим представлением о том, что до Галилея и Магеллана люди считали Землю плоской. Действительно, так учили европейское население в церковных школах «некоторое время», но весь остальной мир задолго до этого узнал все о круглой форме нашей планеты с помощью. все того же вертикального гномона.
Дело в том, что с его помощью в заданном месте можно измерить наклон земной оси относительно плоскости горизонта, который потом назвали географической широтой. Поскольку наши наблюдательные предки следили за гномоном не только днем, но и ночью, то они заметили, что тень от гномона при Луне видна достаточно отчетливо, а сам гномон с кругами и направление север-юг идеально подходят для изучения закономерностей движения звезд. Астрология и появилась, как наука о закономерностях.
Вероятно, еще древние кочевники заметили, что в разных местах Земли эта неподвижная точка на небе (северный полюс мира) видна под разными углами. Еще до того, как появились понятия географических координат мореплаватели заметили, что при путешествиях в направлении восток-запад (по параллелям, как скажут сейчас) полюс мира всегда виден под одним и тем же углом, а, вот, при движении на юг или север этот угол меняется. Чтобы не заплутать в морских путешествиях нашим предкам приходилось двигаться строго по параллелям и меридианам, постоянно используя идею вертикального гномона для определения своей широты. Они перемещались так, как перемещается ладья по шахматной доске: вперед-назад и влево-вправо. Для удобства измерения углов на постоянно качающейся палубе корабля вместо вертикального гномона стали использовать отвес и линию горизонта, а сам прибор для измерения угла подъема объектов на горизонтом стали называть секстантом.
В Египте под руководством Тота Трисмегиста были произведены достаточно точные измерения широты в разных местах меридиана. Зная расстояние между двумя местами на меридиане, египтяне смогли вычислить радиус Земли с точностью одного процента. Для своих расчетов Тот использовал идущих в караване от Фив до Мемфиса верблюдов. Пройденное расстояние учитывалось по числу шагов верблюда. В последствии греки повторили этот эксперимент, но для перемещения по меридиану использовали галеры и результат получился не такой точный.
Наконец, с помощью гномона можно узнать время
Ежедневное движение Солнца по небу обладает симметрией относительно высшей точки, которая соответствует истинному полудню. Это значит, что Солнце бывает на одной высоте дважды в день. Поэтому если вы знаете, какая сейчас половина дня (и время года), то время можно определить только по высоте Солнца, то есть длине тени от вертикального гномона. В фильме «Белое солнце пустыни» товарищ Сухов определяет время дня именно так: по длине тени от своей лопатки (половина от длины). Здесь вы можете посмотреть этот колоритный момент, если ваш браузер поддерживает стандарт HTML5.
Your browser doesn’t support VIDEO tag
В течение года Солнце движется по небу каждый день по новой траектории, и это движение также обладает симметрией относительно дней солнцестояния. Дважды в году в дни солнцестояния такие траектории уникальны и отслеживаются с помощью гномона, как максимальная и минимальная высота Солнца в течение года. В остальных случаях всегда есть «парные» дни, когда Солнце движется по одинаковой траектории. Самыми характерными являются «парные» дни равноденствия, которые случаются весной и осенью и между ними проходит ровно полгода. Эта симметрия поведения Солнца относительно дней солнцестояния лежит в основе зодиакального календаря, которым оперирует гномоника при измерении времени года.
Зодиакальный календарь
Ниже приведена таблица, которую можно воспринимать, как солнечный календарь с точки зрения гномоники. Следует иметь в виду, что начало зодиакального месяца всегда связано с соответствующей долготой Солнца и может не совпадать с указанной в таблице календарной датой. Начало зодиакального года может приходиться на 18, 19 или 20 марта в зависимости от близости к високосному году, когда в феврале 29 дней.
| Знаки Зодиака | Вхождение Солнца в знак | Дней в знаке | Сезон | |||
| Название | Символ | Дата | Склонение (δ) | Долгота (σ) | ||
| Овен | ♈ | 19.03 | 00°00’00» | 0° | 30,5 | 92,8 (весна) |
| Телец | ♉ | 20.04 | 11°28’30» | 30° | 31 | |
| Близнецы | ♊ | 21.05 | 20°09’18» | 60° | 31,3 | |
| Рак | ♋ | 21.06 | 23°26’36» | 90° | 31,5 | 93,7 (лето) |
| Лев | ♌ | 23.07 | 20°09’18» | 120° | 31,3 | |
| Дева | ♍ | 23.08 | 11°28’30» | 150° | 30,9 | |
| Весы | ♎ | 23.09 | 00°00’00» | 180° | 30,4 | 89,8 (весна) |
| Скорпион | ♏ | 23.10 | -11°28’30» | 210° | 29,9 | |
| Стрелец | ♐ | 22.11 | -20°09’18» | 240° | 29,5 | |
| Козерог | ♑ | 21.12 | -23°26’36» | 270° | 29,4 | 89,0 (зима) |
| Водолей | ♒ | 20.01 | -20°09’18» | 300° | 29,6 | |
| Рыбы | ♓ | 18.02 | -11°28’30» | 330° | 30 | |
Гномон, ориентирование и определение времени с его помощью
Гномон — самый древний астрономический инструмент, позволяющий определить истинный меридиан, то есть направление на север или юг, а также высоту Солнца над горизонтом в полдень.
Типичный гномон в оригинальном виде
Также гномоном принято называть часть солнечных часов, отбрасывающую тень на циферблат.
Гномоника — наука, изучающая солнечные часы. На сегодняшний день гномоника является не более, чем научным хобби, поскольку для определения истинного меридиана и времени созданы более точные и удобные в обращении приборы.
Далее рассмотрим оба варианта, но в начале разберемся с теорией, на основе которой работает гномон и солнечные часы.
Теоретические сведения
Перечислим некоторые факты, основанные на знаниях астрономии, которые помогут разобраться в принципе работы гномона.
Факт №1. Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень от гномона движется в противоположном направлении, то есть с запада на восток.
Факт №2. Во время восхода и захода Солнца, когда оно находится непосредственно над горизонтом, тень от гномона имеет самую большую длину, а в солнечный полдень — самую короткую.
Факт №3. Самая короткая тень от гномона получается, когда Солнце находится в зените, то есть наивысшей точке траектории своего движения по небосводу. В этот момент Солнце пересекает истинный меридиан, то есть линию, соединяющую север с югом.
Факт №4. Самое быстрое изменение длины тени наблюдается в часы восхода и захода Солнца за горизонт. В середине же дня скорость изменения длины тени минимальна.
Факт №5. Из-за наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости земной орбиты на угол примерно равный 23,5 градуса, а также из-за вращения Земли вокруг Солнца наблюдаемое движение Солнца по небосводу происходит то ниже небесного экватора (в северном полушарии с сентября по март), то выше него (в северном полушарии с марта по сентябрь). И только в дни весеннего и осеннего равноденствий движение Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора. При этом дальше всего от небесного экватора траектория движения Солнца лежит в дни зимнего и летнего солнцестояний.
К слову, небесный экватор — это большой круг небесной сферы, расположенный перпендикулярно оси вращения Земли, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора.
Факт №6. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.
Факт №7. Усредненное «земное» время не всегда совпадает с астрономическим временем по ряду причин.
Факт №8. Видимый с Земли диаметр Солнца равен приблизительно тридцати угловым минутам. Это делает тени от предметов размытыми.
Факт №9. Если стать таким образом, чтобы перед лицом оказался север, то позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.
Понимание процессов, лежащих в основе работы гномона и солнечных часов, необходимо не только для того, чтобы самостоятельно сделать эти приборы, но и для того, чтобы корректно ими пользоваться. Один раз довелось наблюдать забавную картину: человек, имея купленные солнечные часы, так и не смог понять, почему время на них и на часах в телефоне отличается. В видео показан этот пример:
Как с помощью гномона определить истинный меридиан
Гномон в этом случае представляет собой столб, колонну или другой прямой вертикальный объект, расположенный на ровной горизонтальной открытой для Солнца площадке. Считается, что увеличение длины гномона будет способствовать увеличению точности измерений, поскольку в этом случае становятся более заметны изменения длины тени. Тем не менее, не стоит забывать, что с увеличением длины будет снижаться четкость отбрасываемой тени, что может негативно сказаться на точности измерений. Также на точность результатов влияет толщина верхней части гномона, именно поэтому ее зачастую делают заостренной.
В ясный солнечный день самая короткая тень от гномона свидетельствует о наступлении астрономического полдня и указывает на север (в средних и высоких широтах северного полушария) и на юг (в средних и высоких широтах южного полушария). В тропиках и на экваторе ситуация может меняться в течение года, о чем мы подробно рассказывали здесь.
Таким образом, по самой короткой тени удается определить, как истинный полдень, так и направление истинного меридиана. Кроме прочего зная высоту гномона (В) и длину тени (L), нетяжело рассчитать угловую высоту (Н) Солнца над горизонтом. Для этого пользуются формулой tgH=B/L.
Однако из-за слабовыраженного изменения в длине тени от гномона в обеденные часы определить самую короткую тень не всегда получается точно. При необходимости получения более точных результатов можно воспользоваться другим способом. Для этого определяют биссектрису между двумя одинаковыми тенями гномона, отмеренными в утреннее и вечернее время, когда скорость изменения длины тени более существенна. Именно этот метод лежит в основе одного из способов ориентирования по тени от Солнца.
Зная истинный меридиан, можно легко сориентироваться на местности, определив направление на север или юг, а затем — и все остальные стороны света.
Как с помощью гномона определить широту местности
Кроме определения истинного меридиана, с помощью гномона можно приблизительно рассчитать широту местности, в которой проводятся измерения. Далее рассмотрим несколько способов, которые вытекают из знаний по астрономии.
Способ №1. В день осеннего или весеннего равноденствия в истинный полдень по рассмотренной ранее формуле определяется угловая высота Солнца. От 90 градусов отнимается полученное значение. Результатом вычислений станет широта местности.
Способ №2. В день зимнего солнцестояния в истинный полдень определяется угловая высота Солнца. Поскольку в этот момент Солнце находится ниже небесного экватора на угол, равный углу наклона земной оси, то есть на 23,5 градуса, то прибавляя этот угол к полученной из формулы угловой высоте Солнца, мы можем получить угловую высоту небесного экватора. При вычитании из 90 градусов высоты небесного экватора получается величина, соответствующая широте местности.
Движение Солнца по небосводу в летнее время в высоких широтах.
Этот способ может быть применен и в день летнего солнцестояния. Для этого из угловой высоты Солнца нужно отнять 23,5 градусов, чтобы получить угол наклона небесного экватора, а зная угол наклона, — и значения широты местности.
Движение Солнца в высоких широтах летом, когда оно не заходит за горизонт.
Способ №3. В истинный полдень ежедневно проводятся измерения длины тени. В результате этих измерений нужно получить самую длинную или самую короткую тень, что будет соответствовать зимнему или летнему солнцестоянию соответственно, а затем действовать по второму способу. Либо же, определив самую длинную и короткую тень, найти среднее значение длины, рассчитать по формуле угловую высоту Солнца, ориентируясь на полученное среднее значение, и действовать в соответствии с алгоритмом первого способа.
При получении результатов одним из приведенных методов следует помнить, что на видимую высоту Солнца над горизонтом в некоторой степени влияет эффект преломления света — рефракция, о которой мы рассказывали здесь. Из-за этого эффекта все небесные светила могут казаться выше того места, где они расположены в действительности. И тем больше будет выражен этот эффект, чем ближе к горизонту будет расположен наблюдаемый объект.
Из этого следует, что вблизи полюсов в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда Солнце проходит низко над горизонтом, результаты измерений могут несколько отличаться от реальных в сторону понижения широты.
А теперь рассмотрим, как с помощью гномона определять время и дату.
Гномон и солнечные часы
Солнечные часы — древний инструмент, позволяющий определять время по тени от Солнца в светлое время суток.
Одни из самых первых солнечных часов появились в Египте. Они представляли собой каменный брусок длиной примерно 30 см. Брусок этот располагался вдоль направления восток-запад. С одной стороны этих часов находился «Т»-образный брусок, тень от которого, уменьшаясь, «ползла» по бруску с утра до полдня, после чего солнечные часы поворачивали на 180 градусов и тень «ползла» в обратном направлении. По насечкам, сделанным на бруске определялось время.
Эскиз «египетских» солнечных часов.
Самые первые заметки о солнечных часах встречаются в египетских рукописях и датируются 1306—1290 годами до нашей эры. Найденные египетские солнечные часы, по мнению ученых, были сделаны задолго до найденных рукописей, их описывающих, — еще в 1479—1425 годах до нашей эры.
Одни из первых солнечных часов.
В Египте также были обнаружены и другие модели древних солнечных часов, отличающихся от описанной модели, но их возраст, если верить показаниям ученых, более молодой, поэтому рассматривать их, как самые древние солнечные часы, не приходится.
Реконструкция древних солнечных часов в Египте, экспонат каирского музея.
Независимо от Египта, солнечные часы появлялись и в других уголках мира, например, древнем Китае и в Древней Греции, откуда их идея перекочевала в Древний Рим.
На Руси в качестве солнечных часов стали использовать башни соборов, отбрасывающих тень. Но это все практиковалось уже аж в XI веке нашей эры.
Однако такие часы не могли показывать точное время, поскольку насечки делались путем равномерного деления шкалы на фиксированное число частей.
И только много веков спустя человечество придумало солнечные часы, которые показывали более точное время. Они были больше похожи на современные аналоговые часы за тем только исключением, что шкала у них была рассчитана лишь на промежуток времени с утра до вечера и выглядела более сжато.
Такие солнечные часы можно встретить и сегодня: ими стало модно украшать площади в скверах. Иногда солнечные часы можно встретить и на садовых и дачных участках, где они могут неплохо смотреться на пересечении дорожек.
Солнечные часы, как декоративный элемент.
Вот об этих солнечных часах и поговорим далее.
Гномон является неотъемлемой частью солнечных часов. Именно он отбрасывает на циферблат тень, образующую «стрелку».
Нужно понимать, что солнечные часы могут показывать, как астрономическое, так и усредненное «земное» время: тут все зависит от разметки при их конструировании. Поэтому при создании самодельных часов нужно заранее определиться с тем, какое именно время мы хотим видеть на таких часах.
Кроме времени солнечные часы также могут показывать дату и месяц. Для этого на них наносятся дополнительные разметки.
Важно понимать, что корректно указывать дату и месяц такие часы могут только в случае, если они «откалиброваны» строго для конкретного места установки.
Но не нужно возлагать большие надежды на самодельные солнечные часы: из-за ряда неточностей, связанных с конструированием часов, неровностью поверхности для установки, ориентированием часов в пространстве, угловым диаметром Солнца, уравнением времени и другими факторами особо точных показаний от таких часов ждать не приходится.
Рассмотрим несколько основных моделей солнечных часов, которые можно сконструировать своими руками из дерева, пластика или картона.
Экваториальные солнечные часы
Свое название такие солнечные часы получили из-за того, что плоскость их циферблата параллельна плоскости небесного экватора.
Наклон шкалы у этих часов требуется для того, чтобы даже стоящее в полном зените Солнце отбрасывало тень.
Такие часы желательно сделать в виде плоского круга, в центр которого воткнут гномон, причем таким образом, чтобы одна его часть возвышалась с одной стороны циферблата, а другая — торчала с другой. Если этого не сделать, то в период с сентября по март (в средних и высоких широтах северномго полушария) такими часами пользоваться не получится, ведь Солнце опустится ниже небесного экватора, а значит верхняя часть часов перестанет освещаться его лучами.
Экваториальные часы устанавливают так, чтобы гномон по отношению к горизонту оказался приподнят на угол, соответствующий широте местности, и указывал на географический север. В этом случае плоскость циферблата окажется параллельной плоскости небесного экватора.
Часто встречается рекомендация устанавливать солнечные часы, используя компас. Однако, зачастую это создает дополнительную погрешность, поскольку географический север далеко не всегда совпадает с магнитным, на который указывает стрелка магнитного компаса, о чем было подробно рассказано в этой статье. Кроме того, дополнительная ошибка в этом случае может возникать из-за различных магнитных девиаций.
От точки крепления гномона к циферблату в северном направлении (для средних и высоких широт северного полушария) по циферблату проводится ровная линия. Эту линию тень от гномона будет пересекать в истинный (астрономический) полдень.
С помощью транспортира или любым другим доступным способом на циферблат наносятся и другие деления в виде лучей с центром в месте крепления гномона. Угол между соседними «лучами» должен соответствовать 15 градусам — именно это угловое расстояние, как помним, Солнце, а соответственно и тень, проходят за один час.
Над центральной разметкой, соответствующей полдню, ставится цифра «12». Лучи, расположенные западнее нумеруются в обратном порядке, то есть «11», «10», «9» и так далее, а лучи, расположенные восточнее, нумеруются по возрастанию, то есть «13», «14, «15»» и так далее. В результате получается циферблат.
Аналогичная шкала делается и на нижней части часов.
Такие часы можно быстро изготовить из транспортира, однако в этом случае вместо цифр, соответствующих часам, нужно будет пользоваться отметками углов. Так, отметка в 90 градусов будет соответствовать 12 часам дня, а за каждый час тень гномона будет смещаться либо в одну, либо в другую сторону на 15 градусов, из чего делается вывод, сколько времени прошло либо должно пройти, чтобы «стрелка» оказалась на 90 градусах, то есть дала понять, что наступил полдень. Это не очень удобно, однако же и времени на сооружение таких солнечных часов уйдет минимум.
Кстати, в районе экватора такие часы будут стоять вертикально, подобно колесу. А на полюсах — горизонтально, подобно волчку во время его вращения.
В видео показано, как такие часы изготавливаются своими руками:
Несмотря на простоту конструкции, такие часы обладают недостатком: ими сложно пользоваться в дни близкие к моменту весеннего и осеннего равноденствий, поскольку плоскость движения Солнца по небосводу в этом случае располагается параллельно плоскости циферблата экваториальных солнечных часов.
При обращении к многочисленным Интернет-источникам, мне доводилось встречать информацию о том, что экваториальные солнечные часы не могут работать в указанные дни, и ни разу не попадалась информация, как определять время в этих случаях. Поэтому поделюсь своими соображениями. На самом деле все просто: нужно на стороне циферблата, противоположной направлению Солнца, сделать небольшой бортик, выступающий над поверхностью. На этом бортике тень от гномона будет видна даже в дни равноденствия.
Экваториальные солнечные часы удобны своей универсальностью, поскольку будут работать в любой точке Земли в ясный солнечный день. Однако определить с их помощью дату и месяц будет сложно из-за слишком длинной тени и ограниченных размеров циферблата. Зато с функцией календаря с легкостью справляются горизонтальные солнечные часы, о которых и поговорим далее.
Горизонтальные солнечные часы
В горизонтальных солнечных часах циферблат располагается горизонтально. Гномон в этом случае по аналогии с экваториальными часами расположен в северном (для средних и высоких широт северного полушария) направлении под углом к горизонту, равном широте местности.
Старинные солнечные часы из меди на стене крепости в крепости на горе Святого Михаила, Корнуолл, Великобритания.
Такие солнечные часы также располагаются строго по географическим сторонам света.
Пометка на циферблате, соответствующая 12 часам дня, делается по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов. В момент пересечения тени гномона этой отметки фиксируется время на обычных часах. После этого ровно через час делается следующая пометка. И так до тех пор, пока Солнце не скроется за горизонт. Все пометки соединяются прямыми с местом установки гномона — получаются своего рода лучи.
Лучи, соответствующие утренним часам, рисуются на циферблате зеркально вечерним. Далее каждый луч нумеруется по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов.
На таком циферблате также можно сделать пометки для определения даты. Для этого:
Для того, чтобы приблизительно определить дату по таким часам, нужно посмотреть, на какой кривой находится конец тени гномона или между какими кривыми, а затем методом интерполяции определить приблизительную дату и месяц. Для этого конечно необходимо знать хотя бы, в какой период проводится измерение, ведь, например, 21 ноября тень будет примерно той же длины, что и 21 января.
Вертикальные солнечные часы
Вертикальные солнечные часы, как уже понятно из названия, имеют вертикально расположенный циферблат. Такой циферблат зачастую крепят к столбу или стене здания. Однако следует заметить, что для удобства такой циферблат нужно располагать строго на юг (для средних и высоких широт северного полушария) или строго на север (для средних и высоких широт южного полушария).
Подмосковье, фасад храма Серафима Саровского, вертикальные солнечные часы, выполненные из инкерманского известняка. Размер плиты — 100х50 см.
Гномон в этом случае, как и в предыдущем, должен быть наклонен под углом по отношению к горизонту равным широте местности, где устанавливаются солнечные часы.
Разметка циферблата и календаря в этих часах осуществляется аналогично горизонтальным солнечным часам.
Главный недостаток вертикальных солнечных часов — невозможность использования их в тропической и экваториальной зоне, когда расположение Солнца в полдень смещается с севера на юг или наоборот. В этом случае можно поступить по аналогии с экваториальными солнечными часами, сделав их циферблат двусторонним. Тем не менее, пользоваться календарем в таких часах не получится из-за слишком длинной тени от гномона.
По сути, на экваторе вертикальные солнечные часы являются частным случаем экваториальных солнечных часов, поскольку здесь плоскость их циферблата параллельна небесному экватору, а гномон расположен перпендикулярно этой плоскости.
Перевод астрономического времени в местное время
Для того, чтобы узнать «земное» время, зная астрономическое, определенное по солнечным часам, нужно учесть два основных момента: долготу местности, где проводится измерение времени, и уравнение времени. О том, почему это важно, и как это влияет на разницу в показаниях времени на обычных и солнечных часах, мы рассказывали здесь.
Для того, чтобы сделать поправку на первый момент, связанный с долготой, нужно вспомнить, что Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью приблизительно равной 15 градусам в час. Таким образом, можно определить разницу между астрономическим временем в этой местности и астрономическим временем в нулевом меридиане, то есть в Гринвиче.
Чтобы учесть поправку, связанную с уравнением времени, нужно иметь таблицу либо график уравнения времени. Его удобно нанести прямо на солнечные часы в том месте, где он не будет мешать другим измерениям.
Этот график показывает, насколько раньше или позже 12-ти «земных» часов в заданный день Солнце окажется в зените, то есть показывает разницу в астрономическом и «земном» времени в заданный день на «средней» долготе, по которой определяется часовой пояс.
Сделав поправку на долготу и уравнение времени, можно получить гринвичское «земное» время. А зная гринвичское время и свой часовой пояс — легко посчитать местное «земное» время.
Конечно, можно пойти и другим путем, не пытаясь вычислять время по Гринвичу, но тогда придется ориентироваться на часовые пояса, которые не всегда четко соответствуют астрономическим показаниям ввиду политической составляющей, а значит и объяснение получится более путанным.
В связи с этим рассмотрим на примере указанный ранее алгоритм.
Измерения проводятся на местности с долготой 32 градусов 30 минут восточной долготы. Дата на календаре — 20 февраля. Показания на солнечных часах — 16 часов. Нужно определить усредненное «земное» время.
Решение выглядит так:
Если солнечные часы не планируется переносить в местность с другой долготой, поправку на долготу можно написать на самих часах, чтобы всякий раз ее не пересчитывать.
Также важно при переводе астрономического времени в «земное» не забывать, что в некоторых регионах часы переводят на летнее время. Если этого не сделать, ошибка может составить 1 час.
Можно ли купить солнечные часы?
На сегодняшний день в продаже можно увидеть множество различных моделей солнечных часов. К сожалению, многие из них выполняют чисто декоративную функцию и для точных измерений времени не пригодны. Лично мне посчастливилось лишь раз лицезреть такую модель, с помощью которой действительно можно определять время.
При покупке «рабочих» солнечных часов в первую очередь следует обратить внимание на то, к какому типу они относятся. Экваториальный тип солнечных часов, как было сказано ранее, универсален, а значит есть вероятность того, что они смогут быть нормально установлены в любой местности и обеспечат корректную работу.
Такие часы должны быть оснащены механизмом, позволяющим регулировать наклон циферблата, и по возможности — вращающейся шкалой, позволяющими использовать в любой местности.
Существуют также фирмы, занимающиеся изготовлением солнечных часов под заказ, но их услуги, насколько мне известно, весьма дорогостоящие.
Исходя из этого, как мне кажется, проще самому изготовить солнечные часы из картона или фанеры. В этом случае человек не только обзаведется реально работающим инструментом, но и лучше усвоит принципы, на которых эти часы работают. А принципы эти — основополагающая вещь всех методов ориентирования по Солнцу, звездам и Луне, так необходимых путешественникам, рассматривающих риски чрезвычайных ситуаций и изучающие способы выхода из них.
Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить несколько моментов.
Для человека, оказавшегося в дикой природе, солнечные часы и гномон в частности позволят сориентироваться на местности. Переносные солнечные часы в этом плане — более универсальный инструмент, так как дают возможность найти приблизительное расположение сторон света в любой момент дня, если известно время, координаты местности, а Солнце не скрыто облаками. Со стационарными солнечными часами все еще проще: они дают возможность сориентироваться в пасмурную погоду и даже ночью, поскольку, как правило, ориентированы строго по сторонам света.
Такие функции солнечных часов, как время и дата, не столь необходимы в условиях туризма и аварийного выживания. По крайней мере, мне ни разу не доводилось слышать про то, что кто-то сильно пострадал, не узнав день календаря или местное время. Если же все-таки необходимость сориентироваться во времени по Солнцу, как по мне, проще это сделать, зная стороны света и направление на Солнце в данный момент. Да, результат будет не очень точным, и в низких широтах такой метод мало чем сможет помочь, однако и носить с собой громоздкие солнечные часы либо тратить время на сооружение их на местности из подручных материалов тоже не придется.
Если все-таки появится острая необходимость в солнечных часах, то ориентировать их стоит не по компасу, а по Полярной звезде либо по сторонам света, определенным с помощью гномона. Как было сказано ранее, магнитные полюса не совпадают с географическими, а местность, где устанавливаются солнечные часы, может находиться в зоне магнитной аномалии. Все это не даст возможности корректно установить солнечные часы, используя магнитный компас.
