Блог
564 0

Время по солнечным часам. Как определить приблизительное время по солнцу

В современном мире с помощью такой уже привычной вещи как мобильный телефон или всякий гаджет, что изначально имеют функцию встроенных часов, забыть о времени, текущем по секундам, просто невозможно. Очень трудно обойтись без всего этого, но имея желание, всегда можно попробовать отказаться от комфорта цивилизации, хоть ненадолго. Ведь когда-то люди жили с тем, что моглиопределять время по солнцу.

Определение времени по солнцу

Еще древними людьми подмечен циклический характер многих действий, происходящих в природе, то есть способность их повторяться через определенные временные промежутки. Движение солнца также относится циклическим природным процессам. Изучив характер перемещений солнечного диска по небу, наши предки научились достаточно четко определять время.

Если и сейчас обратиться к подсказкам природы, то можно овладеть знаниями предыдущих поколений.

  • Прежде всего, нужно определить стороны света.

Еще со школьной парты нам известно о мхе, растущем на северной стороне коры деревьев, или о муравьях, строящих свои сооружения с южной стороны деревьев.

В зависимости от места размещения путника, в северном или южном полушарии, нужно обратить лицо к югу (в первом случае и тогда восток будет слева, или на север – во втором наоборот). Нужно изобразить в воздухе, посредством воображения, путь солнца на небе. Прикинув, среднюю продолжительность дневного времени суток (зимой – в пределах 10-ти часов, летом – 14-ти), разделить воображаемую дугу на равные отрезки. Например, пусть их будет двенадцать, как весной или осенью. Так, шесть из них окажутся в восточном секторе солнечного пути, а шесть – на его западе.

Астрономия - это целый мир, полный прекрасных образов. Эта удивительная наука помогает найти ответы на важнейшие вопросы нашего бытия: узнать об устройстве Вселенной и ее прошлом, о Солнечной системе, о том, каким образом вращается Земля, и о многом другом. Между астрономией и математикой существует особая связь, ведь астрономические прогнозы являются результатом строгих расчетов. По сути, многие задачи астрономии стало возможным решить благодаря развитию новых разделов математики.

Из этой книги читатель узнает о том, каким образом измеряется положение небесных тел и расстояние между ними, а также об астрономических явлениях, во время которых космические объекты занимают особое положение в пространстве.

Книга:

<<< НазадВперед >>>

Солнечные часы указывают солнечное время, которое отличается от того, что показывают привычные наручные часы. И в этом заключена огромная проблема: если вы не умеете правильно читать данные солнечных часов, то можете решить, что они показывают неправильное время. Однако на самом деле солнечные часы указывают истинное солнечное время.

До изобретения механических часов время определялось по солнечным. Однако в соответствии со вторым законом Кеплера Земля вращается вокруг Солнца с переменной скоростью. Следовательно, в разные периоды движение Солнца, видимое с Земли, будет отличаться. И эта особенность движения Солнца стала огромной проблемой при изготовлении механических часов: сконструировать механизм, в котором длительность часов различалась бы в зависимости от времени года, непросто. Тогда было найдено более простое решение: ученые определили мнимое Солнце, которое следовало вдоль той же траектории, что и настоящее, но с постоянной скоростью. Различие между положением двух солнц определяется так называемым уравнением времени. Как показано в таблице, разница во времени между реальным и мнимым Солнцем не превышает четверти часа. Но именно эта разница заставляет неопытного наблюдателя думать, что солнечные часы показывают неверное время.

На следующем графике приведено уравнение времени для разных месяцев года. Иногда этот график изображают в виде восьмерки, или аналеммы, и такой график точнее соответствует видимому движению Солнца по небу. Если мы регулярно будем фотографировать Солнце на небе в разные дни года в один и тот же час (в час, который будут указывать механические часы, то есть без учета уравнения времени), а затем наложим фотографии друг на друга, то полученное изображение будет очень похоже на аналемму.

Солнце в движении по небу описывает аналемму - график уравнения времени.

Но на этом неудобства не заканчиваются. В действительности солнечные часы указывают реальное время в точке наблюдений, а наручные часы - общее время для всей страны или определенного региона. Этим регионом может быть часть страны или даже сразу несколько небольших стран, граничащих друг с другом. К примеру, практически во всей Западной Европе используется время Гринвичского меридиана. Согласитесь, это удобно: путешествуя, не нужно постоянно подводить часы. Но если мы хотим сравнить время на наручных часах с реальным солнечным, нужно учитывать долготу места, в котором мы находимся. Земной шар разделен на 24 часовых пояса начиная с нулевого, или Гринвичского меридиана. Чтобы внести поправку с учетом долготы, нужно знать долготу места, где мы находимся, и долготу стандартного меридиана нашего часового пояса. При смещении на восток поправка вносится со знаком «плюс», при смещении на запад - со знаком «минус». Долготу следует выражать в часах, минутах и секундах (1 градус соответствует 4 минутам времени).

ДВЕНАДЦАТЕРИЧНАЯ И ШЕСТИДЕСЯТЕРИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ В АСТРОНОМИИ

В современном обществе, в котором практически повсеместно используется десятичная система счисления, сутки делятся на 24 часа, час - на 60 минут, минута - на 60 секунд. Главная заслуга в этом принадлежит ученым Месопотамии, Древнего Египта и Древней Греции. Вавилонские математики использовали шестидесятеричную систему счисления, то есть систему счисления по основанию 60. Эта система счисления сохранилась и в астрономии, где используется при измерении углов, координат и времени. Возможно, математические открытия вавилонян состоялись благодаря тому, что число 60 имеет много делителей (1, 2,3, 4, 5, 6,10,12,15, 20,30 и 60), что упрощает действия с дробями. Вавилоняне использовали настоящую позиционную систему счисления, в которой цифры, записанные слева, обозначали величины больших порядков, как и в десятичной системе. Однако им не был известен эквивалент десятичной запятой, поэтому простота расчетов с дробями была для них очень важной.

Большинство историков считают, что первыми день на части разделили египтяне, которые примерно в 1500 году до н. э. создали солнечные часы в форме буквы Т. Их циферблат был разделен на 12 частей, так как египтяне частично использовали двенадцатеричную систему счисления.

День и ночь делились на 12 частей. Таким образом, сутки делились на 24 часа, имевших, однако, неодинаковую продолжительность. Часы неизменной продолжительности ввелГиппарх Никейский(ок. 190 года до н. э. - ок. 120 года до н. э.), который первым стая делить день на 24 равноденственных часа (он использовал 12 световых часов и 12 ночных часов в дни весеннего и осеннего равноденствия). Несмотря на его предложение, в течение многих веков люди по-прежнему использовали часы разной продолжительности в зависимости от времени года. Часы фиксированной продолжительности стали применяться только с появлением в Европе первых механических часов. Гиппарх и другие древнегреческие астрономы использовали различные методы, созданные вавилонянами и шумерами. Эратосфен (276 год до н. э.- 194 год до н. э.) разделил круг на 60 равных частей и определил систему горизонтальных линий, соединявших точки земной поверхности одинаковой широты. Сто лет спустя Гиппарх дополнил эту систему параллельными линиями, указывавшими долготу. Лишь в 150 году н. э. Клавдий Птолемей в «Альмагесте», взяв за основу труды предшественников, разделил каждый из 360 градусов широты и долготы на более мелкие части: minutae primae («первая минута») - которые стали называться минутами, а те, в свою очередь, на minutae secundae («вторые минуты»), которые стали называться секундами. Минуты и секунды начали использоваться лишь спустя несколько веков после выхода в свет «Альмагеста». Циферблаты часов делились на 2, 3,4 и даже на 12 частей, но не на 60. Люди, как правило, не обращали внимания на минуты, пока в конце XVI века не появились первые механические часы.

Кроме того, во многих странах с целью экономии электроэнергии введено летнее и зимнее время: при переходе на летнее время стрелки часов переводятся на час вперед. Обычно это происходит в воскресенье, в два часа ночи. Таким образом, если учесть уравнение времени, поправку на долготу и переход на летнее время, вероятность того, что солнечные часы будут показывать тот же час, что и наручные, практически равна нулю. Кроме того, следует учитывать и рвение реставраторов, которые, не обладая достаточными знаниями астрономии, «подводят» солнечные часы во время работ по восстановлению фасадов. Они считают, что решить проблему очень просто: некоторые пытаются подвинуть гномон так, чтобы он указывал «то, что нужно», подобно тому, как мы подводим минутную стрелку часов. После этого не остается никаких шансов на то, что солнечные часы будут показывать точное время.

Автор этих строк собрала коллекцию фотографий солнечных часов, которые, предположительно, были «исправлены». Несколько лет назад мне довелось побывать в недавно восстановленном деревенском доме. В верхней части стены были укреплены прекрасно отреставрированные солнечные часы. Я поздравила хозяина дома и отметила, что часы отреставрированы очень качественно, на что хозяин ответил: «Что вы такое говорите! Эти часы показывают неправильное время. Мы даже приглашали университетского профессора, чтобы он их исправил. Однако он приехал ночью. Как же солнечные часы будут показывать точное время, если профессор исправил их ночью?»

На самом деле часы были в полном порядке, а профессор приехал ночью, чтобы убедиться, что гномон указывает точно на Северный полюс мира, на Полярную звезду. Циферблат часов был размечен верно, а неточность была вызвана поправками на уравнение времени, долготу и летнее время. Я попыталась объяснить это крестьянину, который выслушал меня внимательно, но что он при этом думал, неизвестно. Может быть, что-то вроде: «Эти, которые из университетов, всегда горой стоят друг за дружку».

Как бы то ни было, солнечные часы стали частью нашей культуры. Я хочу, чтобы читатель понял, как они работают, и при желании мог сделать такие часы сам.

<<< НазадВперед >>>

В солнечный день определить стороны света достаточно точно можно по тени от какого - либо линейного объекта, например, палки, столба или от самого себя. Линия, соединяющая отметки оконечности тени, сделанные через небольшой промежуток времени, будет приблизительно указывать направление на восток и запад. Другой способ потребует нескольких часов ожидания, но зато он более точен.

⚠ БЫСТРЫЙ СПОСОБ

✏ Воткните шест в землю на ровной, свободной от растительности площадке, на которой отчетливо видна тень. Шест не обязательно должен стоять вертикально. Наклон его для получения лучшей тени (по размеру и направлению) не влияет на точность этого способа.

✏ Отметьте конец тени небольшим колышком, палочкой, камнем, веткой, собственным пальцем, углублением в снегу или любым другим способом. Первая метка всегда будет показывать на запад.

Подождите, пока конец тени не передвинется на несколько сантиметров.

При длине шеста в один метр надо подождать 10-15 мин. Чем больше времени пройдет, тем точнее будет линия направления и снова отметьте конец тени.

✏ Проведите прямую линию от первой отметки до второй и продлите ее примерно на 30 см за вторую отметку. Это будет линия будет приблизительно ориентирована по оси восток-запад. Чем выше палка, тем точнее определение направления.

✏ Встаньте так, чтобы первая метка была слева от вас, а вторая - справа, тогда вы будете смотреть точно на север.

Определите другие стороны света. Чтобы отметить направления на земле (для ориентации других), проведите линию, пересекающую первую в виде креста (+), и обозначьте стороны света.

⚠ ТОЧНЫЙ СПОСОБ

Требует нескольких часов наблюдений. Начинать наблюдения нужно до того как солнце поднимется в зенит.

✏ Установите палку или шест так же, как в первом случае, и первый раз отметьте конец тени.

✏ Протяните веревку между основанием палки и первой меткой и, начиная с отметки, прочертите на земле полукруг (по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном).

✏ По мере того как солнце будет подниматься по небу, а день приближаться к полудню, тень будет сокращаться, удаляясь от прочерченной на земле дуги. Перемещение будет в восточном направлении. После полудня солнце станет клониться к западу, тень начнет удлиняться и, наконец, коснется дуги на земле. В этот момент отметьте конец тени второй меткой.

✏ Теперь соедините две метки прямой. Для определения направления на север встаньте так же, как описано выше.

⚠ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ

✏ Передвиньте шест до точки пересечения линий восток - запад и север - юг и установите его на земле вертикально. В любом месте земного шара западная часть линии соответствует 6.00 часам, а восточная часть - 18.00.

✏ Теперь линия С-Ю становится полуденной линией. Тень от шеста является как бы часовой стрелкой на солнечных часах и при помощи ее вы можете определить время. В зависимости от вашего местонахождения и времени года тень может двигаться или по часовой стрелке, или против нее, но это не мешает определению времени.

✏ Солнечные часы не являются часами в обычном понимании. Продолжительность „часа" в течение года на них неодинакова, но обычно принимается, что 6.00 всегда со- ответствует восходу солнца, а 18.00 - заходу. Однако солнечные часы вполне годятся для определения времени при отсутствии настоящих часов или для того, чтобы правильно поставить часы.

Хотя в отличии от пространства, во времени люди могут передвигаться только в одну сторону и с одной скоростью, умение ориентироваться во времени еще никому не мешало. Часы, как и любые механизмы, созданные людьми слишком часто ломаются, чтобы на них полагаться вне досигаемости часовой мастерской. А солнце, луна, звезды показывают время миллиарды лет без остановки и ни раз не дали сбоя.

Для начала несколько цифр. Земля движется со скоростью 29.8 км/сек по орбите длиной 930 млн. км. Наклон земной оси относительно плоскости вращения составляет 66° 5″. Он определяет максимальный угол поднятия Солнца над горизонтом и приводит к смене времен года. Период обращение Земли вокруг Солнца составляет 365 дней и 6 часов. Эти самые 6 часов приводят к необходимости каждые 4 года устраивать високосный год.

Продолжительность истинных (солнечных) суток, т.е. дня вместе с ночью, в течение года несколько изменяется в зависимости от промежутка времени между возвращениями Солнца к меридиану. Самые длинные истинные сутки бывают 22 декабря, они длиннее самых коротких истинных суток 22 июня на 51.2 сек. Ну правда такая точность нужна скорее в обсерватории, чем в лесу.

21 мартаСолнце находится в зените на экваторе восходит точно на востоке и заходит точно на западе — это день весеннего равноденствия, астрономическое начало весны «утро года».

22 июня— день летного солнцестояния. Солнца отходит от экватора к северу на 23’5″ этот день самый длинный, солнце поднимается на максимальную для данной широты высоту.

Все очень просто. Для проведения точных наблюдений за Солнцем и определения даты остается только построит, что-то похожее размерами на египетскую пирамиду и Вы будете прекрасно ориентироваться в месяцах, неделях и даже днях.

Для определения часов и минут можно обойтись более простыми приборами

Определение времени по солнцу

  • 6утра — на Востоке
  • 9утра — на Юго-Западе
  • 12— на Юге, самая короткая тень
  • 15— на Юго-Западе
  • 18— на Западе
  • 24— солнце на Севере, не спешите улыбаться, не везде солнца «по ночам» не видно. В приполярных районах в полночь оно просто занимает самое низкое положение над горизонтом.

В экваториальных районах все наоборот. Определить запад или восток на закате или рассвете очень просто. Но вот в полдень оно может быть как на севере, так и на юге.

Определение времени по Солнцу и компасу

Сразу запомните, что Солнце перемещается по небу со скоростью 15 градусов в час. Для того чтобы определить время по компасу измеряем, азимут на солнце, допустим, он равен 90°. Потом 90° надо разделить на 15° в час, получим 6.

Для России необходимо учитывать декретное время, т.е. прибавлять 1 час, кроме того сейчас практически во всех странах северного полушария на летний период введится летнее время, т.е. прибавляется еще один час.

Значит плюс один час (декретное время) и получаем 7 часов. Или, например, азимут на Солнце составляет 180°, значит время будет составлять 12ч + 1ч(на декретное время) =13ч.

Определение времени по луне

Немного вводной информации. Лунный месяц несколько меньше привычного для европейцев и составляет 29 суток 12 ч 44 мин, т.е. фазы луны сменяют друг другв примерно 29.5 суток.

Новолуние— начало месяца: в этой фазе Луна не видна

Первая четверть— видимый серп луна наблюдается половиной круга в первой половине ночи, заходит в середине ночи.

Полнолуние— Луна наблюдается в виде диска-круга, восходит вечером и заходит утром, т.е. светит всю ночь.

Последняя четверть— луна наблюдается половиной круга во второй половине ночи, восходит в середине ночи.

Определение времени по луне и компасу

Допустим Луна прибывает. Направим север на лимбе компаса на Луну (буквой С на Луну), отсчитываем градусы от северного конца магнитной стрелки до этого направления. Получаем азимут Луну (напр.270) затем делим его на 15 и прибавляем 1

Определяем, что видимая часть Луны составляет 5 долей его диаметра из расчета, что полный диск 12 долей. Затем прибавляем их 19 + 5 = 24 это и есть интересующее нас время. Если сумма > 24 вычесть из нее 24.

В полнолуние следует поступать точно также. Например, азимут = 90

7 + 12 = 19 — т.е. сейчас 19 часов (7 вечера)

А если Луна убывает, надо делать все тоже самое, но отсчет в долях видимого диска Луны вычитаем.

Ориентирование во времени по звездам

Определение времени по созвездию Большая Медведица. Каждая звезда и любая точка небосвода описывает полный круг за 23 часа 56 минут.

Звездные сутки являются основной единицей времени, и их продолжительность остается все время постоянной.

Звездное время непригодно для исчисления из-за того, что начало звездных суток в течение года переходит на различное время дня или ночи.

Когда созвездие находится внизу условно соответствует 6 часам. Стрелка звездных часов., т.к. все звезды обращаются на небосклоне не ровно 24 ч, а на ~4 минуты быстрее, то показания звездных часов каждый месяц уменьшаются на 1 условный час.

Следовательно стрелка циферблата звездных часов показывает в полночь

  • 6 усл.ч. 22 сентября 12 усл.ч. 22 марта
  • 5 усл.ч. 22 октября 11 усл.ч. 22 апреля
  • 4 усл.ч. 22 ноября 10 усл.ч. 22 мая
  • 3 усл.ч. 22 декабря 9 усл.ч. 22 июня
  • 2 усл.ч. 22 января 8 усл.ч. 22 июля
  • 1 усл.ч. 22 февраля 7 усл.ч. 22 августа

Допустим, что путешественник решил узнать, когда наступит полночь 7 ноября. Из таблицы он определит, что 7 ноября находится между 22 октября и 22 ноября, и в этот день стрелка звездных часов должна показывать 4.5 условных часа.

Определить сколько времени находится в дороге еще проще. Какое время показывают звездные часы в начале и в конце

Чтобы перевести звездные часы в настоящие нужно удвоить полученное число.

Стрелка звездных часов показывает 1 усл. час. По таблице находим, что в полночь 7.11. Стрелка показывала 4.5 часа. Следовательно 4.5-1=3.5 усл.ч. =7 часов

Если стрелка звездных часов показывает 6.5 усл. часов, то 4.5+12=16.5

16.5-6.5=10 усл. часов=20ч т.е. 8 вечера

Другой способ определения

Допустим, что стрелка звездных часов показывает 6.5 усл.часов Найдем порядковый номер месяца с начала года с десятыми долями, прошедшими от начала данного месяца (каждые 3 дня считает за 1/10 долю месяца) например. 12 сентября = 9.4 Полученное число складываем с показаниями зввездных часов и умножает на 2.

(6.5 + 9.4) * 2 = 31

Это число нужно вычесть из некоторого постоянного для небесной стрелки.

Большая Медведица имеет 55.3, т.е. 55.3 — 31 = 23.5

Если бы после вычитания получилось число больше 24, то нужно вычесть из него 24.

Можно взять и др. небесную стрелку, напр. Малую Медведицу (самую яркую звезду) ее постоянное число 59.1

Определение времени по движению звезд

Кульминации Полярной звезды бывает в разное время года в разные часы. Для определения времени безразлично, находится ли кульминации, и поэтому обе кульминации можно обобщить, прибавив один в час (декретное время)

Добавить комментарий