Đồng hồ mặt trời bao gồm ba phần: gnomon, nghĩa là, một vật thể tạo ra bóng, mặt số mà bóng này đổ xuống và chính mặt trời. Các vạch trên mặt số, hình dạng và kích thước của gnomon được tính toán riêng cho từng chiếc đồng hồ, tùy thuộc vào tọa độ địa lý của nơi chúng được lắp đặt. Vị trí của các vạch trên mặt số của đồng hồ mặt trời phụ thuộc vào hướng của mặt số so với cực thiên thể, đường chân trời toán học và đường xích đạo thiên thể. Mặt số có thể được vẽ ở bất cứ đâu, ví dụ, trên một bề mặt hình cầu. Xem xét cách hoạt động của đồng hồ mặt trời nằm ngang điển hình. Quy mô. Yếu tố chính của mặt số là thang điểm để đăng ký thời gian. Độ chính xác của cân phụ thuộc vào độ chính xác của việc sản xuất đồng hồ mặt trời và sự cẩn thận khi lắp ráp các bộ phận của nó. Ngoài ra, độ chính xác của cân được quyết định bởi kích thước của đồng hồ mặt trời (kích thước càng lớn thì cân càng chính xác). Các vạch chia của thang đo là các phân đoạn của cái gọi là vạch giờ. Đó là, các đường được hình thành bởi bóng của gnomon trên mặt số của đồng hồ mặt trời. Trong ảnh dưới đây, các vạch giờ được tô màu. Trước đây, trước khi ra đời giờ chuẩn, chỉ có một thang đo được thiết kế để đăng ký giờ địa phương - đó là thời gian trên kinh tuyến đi qua nơi lắp đặt đồng hồ mặt trời. Bây giờ trên mặt số, bạn có thể thấy hai hoặc thậm chí ba thang đo. Một là để đăng ký giờ địa phương, thứ hai là để đăng ký giờ mùa hè tiêu chuẩn, và thứ ba là để đăng ký giờ mùa đông tiêu chuẩn. Điều này được thực hiện để không làm người dùng nhầm lẫn với các phép tính. Cần lưu ý rằng đây không phải là những loại thời gian khác nhau, mà chỉ đơn giản là những cách khác nhau để đo cùng một thứ. Có những trường hợp đặc biệt khi các thang đo bổ sung được đặt trên mặt số. Nhu cầu này nảy sinh khi một đồng hồ mặt trời được lắp đặt ở một múi giờ, nhưng được thiết kế để đăng ký thời gian ở một múi giờ khác, cách xa nơi lắp đặt hàng nghìn km. Ví dụ như trên đồng hồ mặt trời này được lắp đặt ở Umea (Thụy Điển) nhưng lại ghi giờ ở Moscow.  Đồng hồ mặt trời cho múi giờ GMT + 3 và GMT + 1 Đôi khi, ngoài các thang đo dùng để ghi thời gian, các thang đo được thực hiện trên đồng hồ mặt trời để đo góc phương vị của mặt trời và độ cao của mặt trời trên đường chân trời, cũng như thang đo kinh độ địa lý. Tỷ lệ phương vị của mặt trời và tỷ lệ chiều cao của mặt trời trên đường chân trời, độ cung. Góc phương vị là góc giữa hướng của cực và hướng của một số vật thể ở xa. Trong gnomonics, không giống như trắc địa, theo truyền thống, phương vị được đo từ hướng đến cực nam địa lý. Điều này có nghĩa là tại thời điểm đúng giữa trưa, phương vị của mặt trời theo định nghĩa là 180º và tại thời điểm khi mặt trời chính xác ở phía tây hoặc chính xác ở phía đông, phương vị của nó lần lượt là 90º và -90º. Hầu hết mọi người đều cho rằng mặt trời luôn mọc ở hướng Đông và lặn ở hướng Tây. Sử dụng thang phương vị, có thể dễ dàng xác minh rằng không phải như vậy. Chỉ hai lần một năm, vào điểm phân, mặt trời mọc ở phía đông và lặn ở phía tây. Một thang đo độ cao của mặt trời trên đường chân trời thường được đặt trên mặt số của đồng hồ mặt trời được thiết kế để phục vụ cho việc giảng dạy về địa lý và thiên văn học. Trong cuộc sống bình thường, trong cuộc sống hàng ngày, không cần biết độ cao hiện tại của mặt trời trên đường chân trời là bao nhiêu. Nhưng trên đồng hồ mặt trời được lắp đặt trên nền tảng thiên văn học, thang đo như vậy là phù hợp. Tỷ lệ kinh độ địa lý, được bổ sung bởi tên thành phố Thang kinh độ cho phép bạn quan sát chuyển động của mặt trời xung quanh hành tinh. Khi mặt trời đi qua bất kỳ kinh tuyến địa phương nào, buổi trưa mặt trời thực sự xảy ra trên kinh tuyến đó, mặt trời chiếm điểm cao nhất trên đường đi hàng ngày và phương vị của nó chính xác là 180º. Tức là tại thời điểm này mặt trời đang ở chính nam. Nếu quy mô kinh độ địa lý được bổ sung với danh sách các thành phố theo cách mà tên của thành phố nằm đối diện với kinh độ tương ứng, thì bằng bóng của gnomon, có thể tìm ra trong thành phố nào bây giờ đúng là buổi trưa. Phương trình của thời gian và thế lưỡng nan. Trên mặt số của đồng hồ mặt trời hoặc bên cạnh đồng hồ mặt trời, một bảng phương trình thời gian (hoặc đồ thị của nó) và một phép tương tự thường được đặt. Để hiểu nó là gì, một số lời giải thích là cần thiết. Thực tế là số đọc của đồng hồ mặt trời trùng với số đọc của đồng hồ đeo tay chỉ bốn lần một năm - vào ngày 15 tháng 4, ngày 12 tháng 6, ngày 1 tháng 9 và ngày 24 tháng 12. Vào những ngày còn lại của năm, đồng hồ mặt trời tăng hoặc chậm trong vòng (+ 14) - (-16) phút. Lý do là đồng hồ mặt trời đo thời gian thực, hiện có một cách khách quan, trong khi đồng hồ đeo tay đo thời gian được gọi là thời gian trung bình, được con người phát minh đặc biệt để đơn giản hóa quá trình đo lường. Để tìm ra thời gian trung bình so với thời gian thực được đo bằng đồng hồ mặt trời, một hiệu chỉnh đặc biệt được gọi là phương trình thời gian nên được thêm vào các kết quả đọc của chúng. Phương trình thời gian là sự khác biệt giữa số đọc của đồng hồ đeo tay và đồng hồ mặt trời. Trong các tài liệu chuyên ngành, nó thường được gọi là µ hoặc EoT. Vào những ngày khác nhau trong năm µ có ý nghĩa khác nhau. Thể hiện sự phụ thuộc bằng đồ thị µ từ một ngày lịch được gọi là biểu đồ, biểu đồ hoặc bảng phương trình thời gian. Biểu đồ hình tròn của phương trình thời gian và một phép tương tự được thiết kế để tính thời gian trung bình từ các kết quả đọc của đồng hồ mặt trời. Trái đất quay quanh mặt trời trong một mặt phẳng gọi là mặt phẳng hoàng đạo. Trục quay của trái đất hướng lên phía bắc và nghiêng với mặt phẳng này một góc xấp xỉ 23 độ. Điều này có nghĩa là trong nửa năm, chúng ta thấy rằng mặt trời ở dưới đường hoàng đạo. Vào thời điểm này, đang là mùa đông ở Bắc bán cầu. Trong nửa năm còn lại, chúng ta thấy rằng mặt trời ở trên mặt trời lặn. Vào thời điểm này, đang là mùa hè ở Bắc bán cầu. Độ cao của mặt trời trên mặt hoàng đạo được biểu thị bằng độ của cung được gọi là độ nghiêng. ρ . Biểu thị bằng đồ thị sự phụ thuộc của phương trình thời gian µ từ sự suy tàn của mặt trời ρ được gọi là analemma. Trong tọa độ ρ, µ analemma là một đường cong hình số tám tuyệt đẹp. Đồng hồ mặt trời nằm ngang với bảng phương trình thời gian và đồng hồ kim dọc theo vạch giờ. Trên đồng hồ mặt trời này, kim đồng hồ được sử dụng như một công cụ để kiểm tra đồng hồ cơ, điện tử hoặc bất kỳ loại đồng hồ nào khác. Khi áp dụng cho đồng hồ mặt trời, phép tương tự có thể được sử dụng theo hai cách. Cách đầu tiên là các điểm tương ứng với ngày lịch được đánh dấu trên phép tương tự. Sau đó, nếu chúng ta biết hôm nay là ngày gì, chúng ta có thể sử dụng tọa độ µ xác định xem phải thêm bao nhiêu phút vào ngày đó vào số đọc của đồng hồ mặt trời để tìm ra mấy giờ trong điều kiện thời gian trung bình được chấp nhận chung. Đồng thời, dọc theo tọa độ ρ , chúng ta có thể tìm ra độ nghiêng của mặt trời. Biểu đồ của phương trình thời gian có thể được chạm khắc trên đá và đặt bên cạnh đồng hồ mặt trời như một tác phẩm nghệ thuật riêng biệt. Phương pháp thứ hai không yêu cầu kiến thức về ngày lịch hiện tại. Trong trường hợp này, một phép tương tự được tính toán đặc biệt, được chia thành các phân đoạn tương ứng với ngày lịch, được đặt dọc theo một trong các vạch giờ. Vào thời điểm khi bóng của nốt sần (về nó bên dưới) vượt qua thế lưỡng nan (không phải vạch giờ, sic!), Số đọc của đồng hồ mặt trời trùng với thời gian trung bình và điểm của vân ngược tại đó bóng của nút qua nó tương ứng với ngày lịch. Một chiếc đồng hồ được sắp xếp theo cách này rất thuận tiện để sử dụng để kiểm tra đồng hồ cơ và xác định ngày lịch hiện tại. Nếu kích thước của một chiếc đồng hồ mặt trời đủ lớn và việc ghép nối các bộ phận của nó chính xác, chúng ta có thể chia loại đồng hồ này thành 365 phần và do đó cung cấp cho đồng hồ mặt trời một chức năng khác - dùng như một lịch vạn niên. Bóng của nốt sần vượt qua "số tám" của phép tương tự hai lần. Do đó, việc sử dụng phép đồng dao như một công cụ để kiểm tra đồng hồ và xác định ngày tháng giả định rằng người dùng nhận thức được rằng phép đồng dao phân biệt giữa hai phần - mùa đông và mùa hè và chúng không đối xứng với nhau. Về mặt đồ họa, chúng trông giống như các đường cong hình chữ S được phản chiếu tương đối với nhau. Phần mùa đông được sử dụng giữa mùa thu và mùa xuân phân, phần mùa hè được sử dụng giữa mùa xuân và mùa thu phân. Để làm quen chi tiết hơn với khái niệm phép tương tự, bạn có thể tham khảo tài liệu video đào tạo Ivan Korolev. Có hàng tá cách để biểu diễn những phụ thuộc này bằng đồ thị và rất nhiều cách để triển khai chúng trong tài liệu. Dưới đây là một số trong số họ. Biểu đồ và bảng của phương trình thời gian có thể được làm bằng đá và bằng kim loại màu mạ vàng, gỉ hoặc lâu năm. Gnomon. Gnomon là một vật thể phủ bóng lên mặt số và dùng để ghi lại thời gian. Trên đồng hồ mặt trời nằm ngang, nó thường có hình dạng tam giác và góc nghiêng của nó tương ứng với vĩ độ địa lý. Mặt phẳng của tam giác song song với kinh tuyến địa phương, và mặt trên của nó song song với trục của trái đất và luôn hướng về cực bắc thiên thể. (Tất nhiên, chỉ ở Bắc bán cầu). Một gnomon là một đối tượng vật chất, và nó có độ dày. Nó cần được tính đến khi tính toán quay số. Các dấu ngắt được thực hiện theo các vảy, chiều rộng của nó bằng độ dày của gnomon. Nói một cách chính xác, một đồng hồ mặt trời chính xác có hai gnomon - đông và tây. Phía tây là một cạnh được tạo thành bởi các mặt phía tây và phía trên. Bóng của nó ghi lại thời gian từ lúc mặt trời mọc đến giữa trưa. Phía đông là một cạnh được tạo thành bởi các mặt phía đông và đỉnh của tam giác. Bóng của nó ghi lại thời gian từ trưa đến hoàng hôn. Gnomon được chế tạo bằng cách đúc nhựa. Đồng, được mài mòn. Gnomon với bề mặt có kết cấu lớp gỉ. Thau. Gnomon với nốt sần. Ở mặt đông của gnomon có khắc một câu trong cuốn sách "Chú chuột thép đi lính" của Harry Harrison. Đồng thau, vàng 999. Một trong những mặt của gnomon là mặt cong. Điều này được thực hiện, rõ ràng, không chỉ vì lý do thẩm mỹ, mà còn để không nhầm lẫn nên sử dụng khuôn mặt nào để đăng ký thời gian. Mặt phẳng của gnomon không cần phải rắn. Nó có thể được thực hiện bằng cách ép phun, cắt bằng tia nước hoặc bất kỳ phương pháp nào khác tùy theo sở thích. Điều quan trọng duy nhất là cạnh dùng để ghi thời gian phải thẳng và nằm ở các điểm được tính toán của mặt đồng hồ. Nốt sần Gnomon. Trên khuôn mặt phía tây của gnomon, một cụm từ trong văn bản của bài báo của M.V. Lomonosov "Về việc cải tiến kính thiên văn" vào năm 1762. Thường chỉ có một gnomon trên đồng hồ mặt trời. Ngoại lệ là cái gọi là đồng hồ mặt trời Ottoman. Hai gnomon được cài đặt trên chúng. Một là để ghi lại thời gian, còn lại, nhỏ hơn, là để xác định thời gian của những lời cầu nguyện Hồi giáo. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ. Ví dụ: trên mặt đồng hồ mặt trời này, kim đồng hồ lớn được thiết kế để ghi lại thời gian, trong khi kim đồng hồ hình nón nhỏ được thiết kế để mỗi năm một lần, vào ngày sinh nhật của chủ sở hữu, bóng từ đỉnh của hình nón đi theo một đường kỷ niệm được tính toán đặc biệt. Đồng hồ mặt trời nằm ngang với hai gnomon. Vào ngày sinh nhật của chủ nhân của chiếc đồng hồ mặt trời này, bóng đổ từ đỉnh của mặt đồng hồ hình nón đi theo một đường được tính toán đặc biệt. Trong một số trường hợp hiếm hoi, nhiều hơn hai gnomon được cài đặt trên một đồng hồ mặt trời. Vì vậy, trên đồng hồ mặt trời này có ba mặt số, mỗi mặt số được trang bị gnomon riêng. Một trong số chúng được thiết kế để đo giờ địa phương thực trên kinh tuyến của vị trí lắp đặt, thiết bị còn lại được thiết kế để đo thời gian chuẩn thực sự và thứ ba là để đo góc phương vị của mặt trời. Đồng hồ mặt trời với ba gnomon. Nodus, đường xiên, đường thánh giá. Nodus (dịch từ tiếng Hy Lạp - nút thắt) là một điểm như vậy trên gnomon, bóng của nó tương ứng với độ nghiêng của mặt trời. Độ nghiêng là độ cao của mặt trời trên mặt trời hoàng đạo. Mặt phẳng hoàng đạo là mặt phẳng mà trái đất quay quanh mặt trời. Nốt thường được tạo thành một vết trên mặt cực của gnomon. Mỗi ngày trong năm tương ứng với một giá trị nhất định của độ nghiêng của mặt trời. Khi mặt trời di chuyển từ đông sang tây theo lộ trình hàng ngày, bóng của nốt sần di chuyển trên mặt số từ tây sang đông. Quỹ đạo của bóng của nốt sần là duy nhất cho mỗi ngày trong năm và không thay đổi đáng kể trong suốt nhiều thế kỷ. Quỹ đạo này được gọi là đường nghiêng. Giảm dòng. Mặt số được khắc các vạch số nghiêng tương ứng với ngày mặt trời chuyển từ chòm sao hoàng đạo này sang chòm sao hoàng đạo khác. Vào Ngày Quốc tế Bảo tàng, bóng của nốt ruồi theo một đường nghiêng kỷ niệm được tính toán đặc biệt. Các vạch xiên trên mặt số có thể được tính toán cho bất kỳ ngày nào. Nhưng thông thường chúng được tính cho những ngày có ý nghĩa thiên văn. Ví dụ, đối với ngày phân và chí. Khi Trái đất thực hiện một vòng quay hàng năm xung quanh mặt trời, nền đầy sao của ngôi sao của chúng ta sẽ thay đổi. Từ thời xa xưa, người ta chia thành 12 cung gọi là chòm sao hoàng đạo, và nhiều người vẫn có xu hướng coi sự chuyển đổi của mặt trời từ chòm sao hoàng đạo này sang chòm sao hoàng đạo khác là một sự kiện thiên văn quan trọng. Nếu các đường nghiêng trên đồng hồ mặt trời được tính cho từng cung trong số mười hai cung này, thì đồng hồ mặt trời sẽ có thêm một chức năng nữa. Ngoài thời gian, họ sẽ đăng ký ngày thay đổi của các chòm sao hoàng đạo. Trong suốt một năm, có rất nhiều sự kiện diễn ra trong cuộc đời của mỗi người. Một số người trong số họ chủ quan quan trọng hơn nhiều so với sự thay đổi của các tháng hoàng đạo. Đường nghiêng của mặt trời, được tính cho một ngày như vậy, có tầm quan trọng đặc biệt trong đời sống cá nhân của một người, được gọi là đường năm thánh. Có thể đặt một số vạch số ghi ngày kỷ niệm trên một mặt số. Một cho mỗi thành viên trong gia đình. Thông thường dòng kỷ niệm được tính cho ngày cưới hoặc cho ngày sinh nhật. Nhưng có nhiều sự kiện khác đáng để so sánh với vị trí của Trái đất trên quỹ đạo của nó. Ví dụ, ngày một ngôi nhà được hoàn thành, ngày bảo vệ luận án, ngày một bài thơ được xuất bản đều là những dịp rất đáng để ăn mừng hàng năm với đồng hồ mặt trời. Trên một mặt số, bạn có thể đặt nhiều dòng kỷ niệm cho từng thành viên trong gia đình. Hoặc bạn có thể thực hiện nhiều mặt số cho mỗi mặt số trên một đồng hồ mặt trời. Mỗi năm vào cùng một ngày, bóng của mặt trời theo một đường kỷ niệm được tính toán đặc biệt. Điều này sẽ tiếp tục miễn là hệ mặt trời còn tồn tại. Tức là trong 4 tỷ rưỡi năm tới. Sự khác biệt giữa đồng hồ mặt trời và đồng hồ cơ thông thường là gì?. Đồng hồ mặt trời hiển thị thời gian mặt trời đúng. Đồng hồ đeo tay hiển thị thời gian năng lượng mặt trời. Thời điểm mặt trời đạt đến điểm cao nhất trên đường đi hàng ngày của nó và đi qua kinh tuyến địa phương được gọi là buổi trưa mặt trời thực sự. Khoảng thời gian giữa hai buổi trưa liên tiếp được gọi là một ngày mặt trời thực sự. Ngày mặt trời thực sự là một giá trị có thể thay đổi. Đôi khi chúng dài hơn, đôi khi ngắn hơn. Do đó, các phần của chúng, nghĩa là, giờ, phút và giây, không phải lúc nào cũng bằng nhau. Trước khi phát minh ra đồng hồ nguyên tử, đơn vị thời gian ổn định nhất là ngày cận kề, được xác định bằng khoảng thời gian giữa hai lần bay lên liên tiếp của một ngôi sao ở xa. Theo truyền thống, để đo khoảng thời gian của một ngày mặt trời, và sau đó tính toán để xác định khoảng thời gian của ngày trung bình, đó là thời gian cận kề được sử dụng - giờ, phút và giây cận kề. Độ dài so sánh trong ngày, được biểu thị theo thời gian trung bình, như sau: Ngày năng lượng mặt trời (dân dụng) trung bình đúng ngày mặt trời ngày cận kề Trục của hành tinh chúng ta nghiêng so với mặt phẳng quay quanh mặt trời một góc 23 °. Ngoài ra, quỹ đạo của hành tinh chúng ta có độ lệch tâm, có nghĩa là tốc độ quay của nó xung quanh mặt trời là không đổi. Vì hai lý do này, thời điểm rơi chính xác vào giữa ngày dân sự và được gọi là buổi trưa mặt trời trung bình chỉ trùng với buổi trưa mặt trời thực sự chỉ bốn lần một năm. Vào những ngày khác, buổi trưa dân sự hoặc dẫn đầu buổi trưa mặt trời thực sự, hoặc trễ hơn so với nó. Điều này nói chung áp dụng cho bất kỳ thời điểm nào, và không chỉ cho buổi trưa. Sự khác biệt giữa thời gian thực và thời gian mặt trời trung bình được gọi là phương trình của thời gian. Để có được số đọc của đồng hồ đeo tay từ số đọc của đồng hồ mặt trời, cần phải tính đến phương trình thời gian. Ngoài ra, các điều chỉnh cho giờ tiêu chuẩn, giờ tiết kiệm ánh sáng ban ngày và, nếu loại thứ hai được giới thiệu, cho thời gian tiết kiệm ánh sáng ban ngày thường được yêu cầu. Đồng hồ thông thường giúp giải quyết các vấn đề thực tế - không đi làm muộn, thức dậy đúng giờ. Đây là một thứ rất hữu ích - một chiếc đồng hồ bình thường. Trong một thế giới mà lịch trình tàu hỏa và giá xăng còn thực tế hơn cả định luật Kepler, bạn không thể sống một ngày mà không có đồng hồ thường xuyên. Tuy nhiên, kết quả của quá trình tiến hóa không thể bị hủy bỏ và cơ thể chúng ta tiếp tục sống theo thời gian mặt trời thực và tiếp tục ghi nhớ tổ tiên xa xôi của chúng ta đã cảm thấy như thế nào, chưa tách rời thời gian khỏi không gian, mà là bản thân họ với thiên nhiên và hạnh phúc chỉ vì lý do này. Đồng hồ mặt trời giúp chúng ta đánh giá vừa phải hơn vai trò của mình trong thế giới này. Chúng giúp chúng ta nhớ rằng Trái đất là một hành tinh rất nhỏ với nguồn tài nguyên hạn chế, nó xoay quanh một ngôi sao màu vàng cỡ trung bình, và bản thân ngôi sao đó chỉ là một trong số rất nhiều ngôi sao tương tự tạo nên quê hương nhỏ bé của chúng ta - Milky Way Galaxy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét lịch sử của đồng hồ mặt trời, chiếc đồng hồ đầu tiên do con người tạo ra. Nhu cầu đo thời gian là do nhu cầu của người cổ đại theo dõi sự thay đổi của các mùa trong năm. Thời điểm gieo hạt, thu hoạch, tính thời vụ của sự di chuyển của các loài chim di cư có ý nghĩa quan trọng đối với con người. Lịch sử của đồng hồ mặt trời bắt đầu khi mối quan hệ giữa vị trí và độ dài của bóng Mặt trời từ các vật thể và vị trí của Mặt trời trên bầu trời trở nên rõ ràng đối với con người. Một số cấu trúc vĩ đại cổ đại vẫn tồn tại cho đến ngày nay, cho phép theo dõi vị trí của Mặt trời, các ngôi sao và Mặt trăng trên bầu trời, mặt trời và hoàng hôn của các thiên thể vào mỗi ngày trong năm với độ chính xác đáng kinh ngạc. Một trong những công trình kiến trúc này ở châu Âu là Stonehenge, đóng vai trò như một lịch rất chính xác để dự đoán sự thay đổi của các mùa cần thiết cho nông nghiệp và một đài quan sát để dự đoán nhật thực và nguyệt thực, dường như cần thiết cho việc thực hiện các nghi lễ tôn giáo. Theo các nhà khoa học, thời điểm xây dựng nó là từ năm 1850 trước Công nguyên. Các công trình kiến trúc bằng đá khổng lồ để quan sát thiên văn đã được tìm thấy ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới: trong các lãnh thổ của Babylon Cổ đại, Ai Cập và Trung Quốc. Nổi tiếng nhất trong số đó là "Cleopatra's Needle", hiện ở London, và một đài tưởng niệm khổng lồ gần Cairo, được xây dựng vào năm 3000 trước Công nguyên. Lịch sử của đồng hồ mặt trời bắt nguồn từ Assyria và Babylon. Người Babylon đã đạt được những bước tiến dài trong thiên văn học và toán học. Một trong những công cụ cần thiết để quan sát thiên văn là đồng hồ mặt trời hình bán cầu, chúng cũng thích nghi để xác định thời gian ban đêm. Mười hai chòm sao được các nhà thiên văn cổ đại biết đến, mà ngày nay chúng ta gọi là "các cung hoàng đạo", đã xuất hiện trên bầu trời với sự chênh lệch một giờ. Một quả cầu bằng dây trượt trên mặt số dưới dạng một cái bát. Xung quanh địa cầu là một vòng tròn đại diện cho hoàng đạo. Nó mô tả mười hai chòm sao, để các khoảng cách góc tương ứng với thực tế. Sử dụng một công cụ như vậy, người ta có thể xác định vị trí của Mặt trời trên một quả cầu dây, nếu một người có kiến thức về vị trí của ánh sáng ban ngày trong một hoặc một cung hoàng đạo khác. Công cụ thiên văn này giúp nó có thể nhận thấy sự khác biệt giữa thời gian mặt trời và thời gian cận nhật, để so sánh thời gian di chuyển của Mặt trời và các chòm sao dọc theo hoàng đạo. So sánh được thực hiện bằng cách sử dụng đồng hồ nước (clepsydra). Do đó, đồng hồ mặt trời (gnomon) của Babylon cổ đại đánh dấu sự khởi đầu của sự phát triển một nhánh khoa học độc lập - gnomonics, liên quan chặt chẽ đến thiên văn học và toán học. Việc đề cập sớm nhất đến đồng hồ mặt trời trong các bản thảo của người Ai Cập có từ năm 1521 trước Công nguyên, mặc dù điều này không có nghĩa là chúng không được sử dụng ở đó trước thời điểm đó. Đồng hồ mặt trời của Ai Cập trong thời kỳ đó xác định thời gian bằng độ dài của bóng từ gnomon. Chúng ta biết về đồng hồ mặt trời ở Judea cổ đại từ Sách Tiên tri Isaiah. Khi Vua Hezekiah hỏi Chúa về một dấu hiệu, Chúa đã trả lời ông qua Nhà tiên tri của ông: "Này, ta sẽ đưa bóng mặt trời lùi lại mười bước, bóng mặt trời đã đi ngang qua các bước của Ahazov. Và mặt trời quay lại mười bước dọc theo bậc mà nó đi xuống. . " (Ê-sai 38; 8) Vậy, "Các bước Akhazov" là gì? Các học giả về Kinh thánh tin rằng đây không gì khác hơn là một chiếc đồng hồ mặt trời, thiết bị mà Ahaz đã mượn từ người Assyria và Babylon. Cũng như các nhà nghiên cứu tin rằng, chúng là một cái cột đứng trên một cái lỗ, các bậc thang đi xuống từ nó, đó là sự phân chia, bởi sự sụp đổ của bóng đen mà thời gian đã được xác định. Triều đại của vua Ahaz 873-852 trước Công nguyên Tại quận Quý Châu, các nhà khảo cổ học đã tìm thấy một chiếc đồng hồ mặt trời bằng ngọc bích có niên đại từ thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Do đặc thù của việc tính toán thời gian, lịch sử của đồng hồ mặt trời ở Trung Quốc khá đặc biệt. Đó là một đĩa đá với một gnomon ở trung tâm. Trên cả hai mặt của đĩa có một cái cân, gần vạch chia có ghi tên của 12 chiếc đồng hồ đôi của Trung Quốc. Phần trên của đĩa đo thời gian từ xuân phân đến thu phân, và phần dưới từ thu đến xuân phân. Vào thế kỷ III trước Công nguyên. ở Hy Lạp, đồng hồ mặt trời hình bán cầu đã được sử dụng, trong đó độ nghiêng của bán cầu lặp lại độ nghiêng của hoàng đạo tại vĩ độ của nơi nó được tạo ra. Ở Hy Lạp cổ đại, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong thiên văn học và toán học. Đồng hồ mặt trời hình nón được phát minh dựa trên lý thuyết về mặt cắt hình nón của Apollonius. Hình nón hướng cùng chiều với hình nón nằm ngang. Ở mặt chính về phía nam của mặt đồng hồ mặt trời, có một mặt số nằm vuông góc với trục hình nón và song song với đường xích đạo. Các đường giờ được vẽ qua các vòng cung được chia thành 12 phần bằng nhau. Bóng đổ cắt ngang những vòng cung này, và từ các điểm giao nhau người ta có thể biết được đó là mấy giờ. Một số đồng hồ mặt trời hình nón hiện được lưu giữ tại Louvre. Đồng hồ mặt trời phẳng xuất hiện là kết quả của việc cải tiến hình nón. Một chiếc đồng hồ với mặt số đứng như vậy đã được lắp đặt trên tháp để bạn có thể nhìn thấy mấy giờ từ xa. Ở Rome, đồng hồ mặt trời đầu tiên xuất hiện vào năm 292 trước Công nguyên. Kết quả của Chiến tranh Punic lần thứ nhất và sau khi kết thúc, các hòn đảo của Hy Lạp đã bị chinh phục bởi người La Mã và chiếc đồng hồ được mang ra khỏi đó như một chiến tích. Tuy nhiên, vì điều này, họ đã hiển thị thời gian của nơi mà chúng được thực hiện. Rất nhanh chóng, đồng hồ mặt trời đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của người La Mã. Chúng được lắp đặt ở các quảng trường, gần đền thờ và những nơi công cộng khác. Người La Mã bắt đầu cài đặt và sử dụng đồng hồ mặt trời cho các nhu cầu khác nhau của gia đình. Vì vậy, họ đã quy định lối vào các phòng tắm. Có đồng hồ trong các biệt thự riêng và đồng hồ mặt trời cầm tay có thể được mang đi trên đường. Họ đã tính đến chênh lệch múi giờ ở các thành phố lớn - Rome, Alexandria và những thành phố khác. Ngoài ra còn có đồng hồ mặt trời cho tất cả các vĩ độ, trong đó có hai bản sao vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Người La Mã đã phát triển rất ít gnomonics, họ sử dụng những gì mà các bậc thầy Hy Lạp đã làm. Vào đầu thời Trung cổ, chỉ có đồng hồ mặt trời và đồng hồ nước được sử dụng ở châu Âu. Khoảng thế kỷ XIII. có sử dụng đồng hồ cát, mà, thay thế cho nước, đã được sử dụng rộng rãi vào đầu thế kỷ 14. Sự phát triển lượng giác ở người Ả Rập được dẫn đầu bởi sự xuất hiện của các bản dịch các tác phẩm của Ptolemy và "siddhantas" của Ấn Độ. Sau khi người Thổ Nhĩ Kỳ chinh phục Constantinople, một đồng hồ mặt trời đã được lắp đặt trên tất cả các nhà thờ Hồi giáo, nơi các Nhà thờ Chính thống giáo thường được chuyển đổi. Họ xác định thời gian của những lời cầu nguyện, và một vạch được áp dụng trên mặt số chỉ hướng đến Mecca. Các đài quan sát được xây dựng ở Baghdad và Damascus. Từ người Byzantine đã áp dụng nghệ thuật tạo ra các thiên thể và dụng cụ đo đường sinh dục, nước và đồng hồ mặt trời, các nhà khoa học Hồi giáo đã đạt được thành công lớn trong việc cải tiến chúng. Vào thế kỷ XII - XIII, các bảng và luận thuyết thiên văn Ả Rập được dịch sang tiếng Latinh. Gnomonika tiếp tục phát triển ở Châu Âu. Việc dịch các văn bản tiếng Hy Lạp vào thế kỷ 14 đã góp phần tạo nên một mối quan tâm mới đối với khoa học và thuật tượng thanh, như một hướng đi cụ thể của nó. Cuối thế kỷ thứ XIV. Châu Âu đã chuyển sang một tài khoản mới về thời gian, dựa trên số giờ ngày và đêm bằng nhau. Và đó là một bước tiến rất quan trọng đối với toàn bộ lịch sử của đồng hồ. Nó là cần thiết để hiện đại hóa đồng hồ mặt trời cho tài khoản thời gian này. Vào thế kỷ 16, đồng hồ mặt trời đã được lắp đặt trên mặt tiền của các tòa nhà công cộng và Nhà thờ, tháp và tường. Chúng đã được điều chỉnh để đo số giờ bằng nhau. Đồng hồ mặt trời di động, bao gồm cả đồng hồ kết hợp với la bàn, đang trở nên phổ biến. Vào thế kỷ 16-18, chúng vẫn còn khá phổ biến, nhưng khi đồng hồ cơ ngày càng rẻ và được cải tiến, việc sử dụng chúng bắt đầu giảm dần. Như chúng ta có thể thấy, lịch sử của đồng hồ mặt trời bao gồm các khoảng thời gian khác nhau trong quá trình phát triển của đồng hồ đeo tay: từ Thế giới cổ đại, qua thời kỳ cổ đại và thời Trung cổ, đến thế kỷ 14, khi đồng hồ cơ học bắt đầu trở nên phổ biến. để thay thế dần các đồng hồ mặt trời. Tuy nhiên, trong thời đại của chúng ta, việc trang trí công viên, đại lộ và quảng trường thành phố bằng đồng hồ mặt trời đã trở thành mốt. Đồng hồ mặt trời của Sevastopol.Ví dụ, vào năm 2008, nhân dịp kỷ niệm 225 năm thành lập thành phố, trên Đại lộ Primorsky của Sevastopol, gần Đài tưởng niệm những con tàu bị đánh chìm, một đồng hồ mặt trời đã được bố trí, chắc chắn đã trở thành một vật trang trí cho thành phố. Chúng thu hút sự quan tâm của đông đảo khách du lịch và người dân. Mặt số được xếp bằng gạch nhiều màu, bóng của một viên kim loại nhỏ hiển thị thời gian khá chính xác. Lịch sử của đồng hồ mặt trời đã có hơn một thiên niên kỷ, nhưng chính xác thì người ta bắt đầu sử dụng chúng khi nào thì vẫn chưa được biết chắc chắn. Người ta đã xác định rằng ở Ai Cập cổ đại, Babylon và Trung Quốc, những thiết bị như vậy đã được sử dụng sớm hơn một nghìn năm trước Công nguyên. Lần đầu tiên đề cập đến việc xác định thời gian bằng tia nắng mặt trời bằng một thiết bị đặc biệt có từ năm 1306-1290. BC. Bất kỳ đồng hồ mặt trời nào cũng có một mặt số với thang đo và kim giờ được gọi là gnomon. Đồng thời, theo định hướng của chúng, đồng hồ mặt trời được chia thành ngang, dọc và xích đạo. Có rất nhiều sửa đổi của chúng, chẳng hạn như bước, vòng, tấm, gương, bifilar và những thứ khác. Đồng hồ mặt trời không nhất thiết phải là một đĩa có gnomon vuông góc. Vì vậy, mặt số có thể là một bán cầu hoặc một chiếc nhẫn. Đồng hồ xích đạo phổ quát có thể được sử dụng ở tất cả các vĩ độ. Thiết kế của chúng bao gồm hai vòng vuông góc với nhau và một gnomon. Để xác định thời gian, bạn phải đặt vĩ độ trên thang đo trên một trong các vòng và đặt ngày. Sau đó, đồng hồ được quay quanh một trục thẳng đứng cho đến khi một điểm hiển thị thời gian xuất hiện trên mặt số. Tại thời điểm này, một vành đai được định hướng về phía bắc dọc theo kinh tuyến, và vành đai thứ hai song song với mặt phẳng của đường xích đạo. Trong đồng hồ mặt trời nằm ngang, mặt phẳng của mặt số không vuông góc với gnomon, mà phải song song với trục của trái đất và cũng hướng về phía bắc, tức là góc giữa chúng bằng vĩ độ của khu vực. Đồng hồ nằm ngang rất tiện lợi và dễ dàng lắp đặt. Để sử dụng chúng ở một vĩ độ khác, chỉ cần thay đổi góc và hướng gnomon về phía bắc là đủ. Ở Ai Cập cổ đại, các mô hình đồng hồ mặt trời khác nhau đã được xây dựng, chẳng hạn, với tỷ lệ nằm ngang tạo một góc 90 độ với mặt phẳng của kinh tuyến địa phương và các gnomon của chúng là các tháp, chiều cao của chúng thường đạt tới vài mét. Để tìm ra thời gian từ chúng, hướng được chỉ ra bởi cái bóng từ gnomon đã được sử dụng. Một đồng hồ mặt trời khác, được gọi là "bậc", có hai bề mặt, nghiêng về phía đông và phía tây, và được chia thành các cấp. Khi mặt trời di chuyển, bóng đen di chuyển từ bước này sang bước khác, và thời gian được xác định bởi độ dài của nó. Ở Trung Âu, cho đến thế kỷ 15, đồng hồ mặt trời dọc treo tường, gnomon của nó nằm ngang, đã được sử dụng rộng rãi. Đúng, độ chính xác của việc xác định thời gian trên chúng rất thấp. Đồng thời, có một số biến thể của máy đo thời gian đường, ví dụ như đồng hồ mặt trời dạng vòng. Chúng là hai vòng, trong một vòng có một lỗ để tia sáng mặt trời đi qua, và thang đo tháng và giờ được áp dụng cho vòng còn lại. Cũng có đồng hồ đĩa, giải pháp xây dựng bao gồm hai, đôi khi ba, đĩa giống hệt nhau, có hình chữ nhật và được gắn chặt với nhau, trong khi một la bàn được lắp ở phía dưới. Có một mô tả về những chiếc gậy hình bát giác thời trung cổ với bốn lỗ trên tay cầm, trong đó các thanh kim loại phải được đưa vào để xác định thời gian. Cùng lúc đó, máy đo thời gian cửa sổ xuất hiện. Chúng thẳng đứng. Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ mặt trời là sử dụng cửa sổ của tòa thị chính hoặc đền thờ làm mặt số với thang đo trong mờ được áp dụng. Điều này giúp bạn có thể tìm hiểu thời gian khi ở trong nhà. Một chiếc đồng hồ mặt trời được nhân đôi sử dụng một tia nắng phản chiếu bởi một tấm gương, chúng chiếu thẳng vào bức tường của tòa nhà nơi đặt mặt số. Từ thời xa xưa, con người đã tổ chức cuộc sống của mình theo sự chuyển động biểu kiến của mặt trời. Chúng ta nói "chuyển động biểu kiến" vì tất nhiên chuyển động quay của Trái đất trên trục của nó dẫn đến chuyển động của các bóng tối mà chúng ta quan sát hàng ngày. Mỗi giờ Trái đất quay 15 °, có vẻ như Mặt trời đã di chuyển 15 ° trong đường đi hàng ngày của nó. Cả hai cách tiếp cận đều được sử dụng trong sản xuất đồng hồ mặt trời, nhưng người ta thường chấp nhận rằng chính Mặt trời chuyển động. Có lẽ cách dễ nhất để hiểu cách hoạt động của đồng hồ mặt trời là hình dung quả địa cầu từ Bắc Cực. Trong hình trên, Mặt trời này dường như di chuyển 15 ° mỗi giờ. Phần tử của đồng hồ mặt trời tạo ra bóng được gọi là gnomon. Nếu bạn nhìn chính xác từ trên cao, từ phía bên của một máy ảnh tưởng tượng, bạn có thể chụp ảnh của cái bóng từ một gnomon tưởng tượng vào các thời điểm khác nhau: Giữa mùa đông xảy ra ở Bắc bán cầu khi trục quay của Trái đất bị nghiêng khỏi Mặt trời. Từ tháng 10 đến tháng 3, Mặt trời không bao giờ mọc ở Bắc Cực và không bao giờ lặn ở Nam Cực. Giờ với một gnomon béo và đánh dấu buổi trưa của họ Hình này được gọi là analemma. Sự xuất hiện của một hình như vậy là do sự chuyển động không đều của Mặt trời trong thiên cầu. Do sự lệch tâm của quỹ đạo trái đất, vào mùa đông ở bán cầu bắc, ngày kéo dài hơn một chút so với mùa hè và ngược lại ở bán cầu nam. Do đó, một khái niệm như vậy đã được đưa ra như là ngày mặt trời trung bình, bằng 24 giờ trong cả năm. Để xác định khái niệm về ngày mặt trời trung bình, một khái niệm bổ sung về "Mặt trời trung bình" được đưa ra - một điểm hư cấu di chuyển đồng đều dọc theo xích đạo thiên thể (không dọc theo hoàng đạo!). Sự khác biệt giữa thời gian trung bình và thời gian mặt trời được gọi là phương trình của thời gian. Phương trình thời gian cho phép bạn di chuyển từ thời gian mặt trời thực sự sang thời gian mặt trời trung bình và ngược lại. Để sử dụng phương trình thời gian, chúng ta cần một bảng với các giá trị hiệu chỉnh theo phút và giây cho mỗi ngày hoặc một biểu đồ hàng năm mà từ đó chúng ta có thể xác định giá trị hiệu chỉnh hàng ngày. Nếu Trái đất đóng băng ở một nơi và chỉ quay quanh trục của nó, thì thời gian của tất cả các ngày sẽ như nhau. Tuy nhiên, khi nhìn vào Mặt trời, chúng ta tự quan sát nó khi đang chuyển động. Chính sự thay đổi tốc độ chuyển động của chúng ta trong quỹ đạo hình elip quanh Mặt trời và độ nghiêng của trục quay của Trái đất quyết định các giá trị của phương trình thời gian. Mặt đồng hồ mặt trời trên các bức tường không được định hướng chặt chẽ với các điểm chính được gọi là xoay. Đường giữa trưa của đồng hồ quay cũng sẽ thẳng đứng, nhưng bản thân gnomon sẽ quay sao cho trùng với trục quay của Trái đất. Đồng hồ mặt trời là một mặt phẳng có gnomon được cố định trên đó. Tùy thuộc vào vị trí của mặt phẳng, đồng hồ được chia thành xích đạo, ngang và dọc. Có thể tạo ra nhiều loại đồng hồ mặt trời phức tạp hơn, nhưng chúng tôi sẽ không xem xét chúng trong cuốn sách này, vì mục tiêu của chúng tôi là giải thích các khái niệm thiên văn cơ bản và các định luật toán học cần thiết để tạo ra thiết bị này. Nguyên lý hoạt động của đồng hồ mặt trời dựa trên chuyển động biểu kiến của Mặt trời mà chúng ta quan sát được từ Trái đất. Vì Trái đất quay trên trục của nó từ tây sang đông, nên đối với chúng ta, dường như đối với chúng ta rằng Mặt trời mọc ở phía đông và lặn ở phía tây mỗi ngày. Vì chúng ta nhìn thấy Mặt trời chuyển động quanh trục quay của Trái đất nên gnomon của mặt trời phải hướng dọc theo trục đó bất kể chúng ta đặt nó ở đâu. Vì vậy, điều quan trọng là phải biết tọa độ của nơi đồng hồ của chúng ta sẽ được lắp đặt, đặc biệt là vĩ độ (bạn sẽ chỉ cần biết kinh độ để xác định thời gian bằng cách sử dụng đồng hồ mặt trời, nhưng chúng ta sẽ nói về điều này một chút một lát sau). Để gnomon hướng dọc theo trục quay của Trái đất, nó cần phải hướng về sao Bắc Cực, hoặc Bắc cực của thế giới (nếu chúng ta ở Bắc bán cầu), hoặc hướng Nam. Cực của Thế giới (nếu chúng ta ở Nam Bán cầu). Trong mọi trường hợp, góc giữa gnomon và mặt phẳng của đường chân trời phải bằng vĩ độ của nơi đặt đồng hồ. Như trong hình, độ cao góc của cực thiên thể trên mặt phẳng chân trời bằng vĩ độ của điểm quan sát, tức là góc giữa xích đạo của trái đất và điểm quan sát, được vẽ trên kinh tuyến của địa điểm. Vĩ độ được xác định bởi góc giữa mặt phẳng của xích đạo trái đất và đường dây dọi, hoặc tương tự, chiều cao góc của cực, hoặc trục quay của trái đất, so với mặt phẳng của đường chân trời. Các góc này bằng nhau vì các cạnh của chúng lần lượt là vuông góc. đồng hồ mặt trời xích đạo Tùy thuộc vào vị trí của mặt số mà có các loại đồng hồ khác nhau. Hãy bắt đầu với trường hợp đơn giản nhất - một đồng hồ mặt trời có mặt số song song với đường xích đạo. Vào những ngày thu và xuân phân, Mặt trời di chuyển dọc theo xích đạo thiên thể, và vào những ngày khác - song song với nó và cuối cùng đến chí tuyến Bắc (với độ lệch +23,5 °) hoặc chí tuyến Nam (với độ lệch là -23,5 °). Để tạo ra đồng hồ mặt trời đơn giản nhất, chỉ cần đặt mặt phẳng song song với mặt phẳng của xích đạo thiên thể và cố định gnomon trên đó, hướng dọc theo trục quay của Trái đất, như thể hiện trong hình sau. Như vậy, góc nghiêng của gnomon so với phương ngang sẽ bằng vĩ độ của nơi đặt đồng hồ. Gnomon phải hướng về cực của thế giới, tức là dọc theo đường bắc nam. Để làm điều này, bạn có thể sử dụng la bàn và tính đến độ lệch nhỏ do thực tế là cực Bắc địa lý và cực Bắc từ tính không trùng nhau. Tuy nhiên, lỗi này có thể được bỏ qua. Mặt phẳng của đường xích đạo sẽ nằm vuông góc với trục quay của Trái đất và do đó, vuông góc với đường thẳng Bắc - Nam, nằm trong mặt phẳng của đường chân trời. Đường trên mặt số nối giao điểm của gnomon với mặt phẳng của đồng hồ và giao của mặt phẳng của đồng hồ với đường bắc nam trên đó đồng hồ sẽ chỉ buổi trưa. Rõ ràng là Mặt Trời sẽ đi qua đường bắc nam chính xác vào buổi trưa. Các giờ còn lại được đánh dấu ở các góc bằng nhau là 13 °, vì Mặt trời quay hoàn toàn 360 ° trong 24 giờ (360/24 = 15 °). Những chiếc đồng hồ mặt trời này chắc chắn là dễ chế tạo nhất, nhưng chúng có một đặc điểm gây tò mò: vào mùa xuân và mùa hè, chúng chỉ thời gian ở phần trên của máy bay, vào mùa thu và mùa đông - ở phần dưới của máy bay. Do đó, mặt số phải được đánh dấu ở cả hai mặt, như trong hình. Đây là loại đồng hồ đơn giản nhất, nhưng không phổ biến nhất: mặt số của đồng hồ mặt trời thường nằm ngang hoặc dọc. Đồng hồ ngang và đồng hồ đứng có thể được tạo ra từ đồng hồ xích đạo bằng cách xây dựng một phép chiếu đơn giản và áp dụng các hàm lượng giác cơ bản. Đồng hồ mặt trời nằm ngang Mặt phẳng của đồng hồ này nằm ngang. Gnomon tạo thành một góc với đường bắc-nam bằng vĩ độ của điểm đặt đồng hồ và hướng về cực của thế giới. Một hướng Bắc - Nam thẳng sẽ chỉ ra 12 giờ. Vị trí của các vạch còn lại trên mặt số được xác định bằng biểu thức sau ở đâu ? - góc giữa vạch chỉ 12 giờ và vạch giờ mong muốn, H= 15 °, 30 °, 43 °… tương ứng theo hình minh họa sau. Đồng hồ mặt trời dọc Bằng cách chiếu các vạch giờ của đồng hồ mặt trời ở xích đạo lên một mặt phẳng thẳng đứng hướng dọc theo đường tây - đông, chúng ta sẽ có được các vạch quay số của đồng hồ mới. Chúng ta chỉ cần tính đến tg đó? \ u003d SA / AO, tg H \ u003d SA / AB, sin (90 ° - f) \ u003d AB / AO, từ đó nó theo sau tg đó? = tg H cos f. Tại H = 15 °? sẽ là góc mà tại đó vạch giờ chỉ 11 giờ và 13 giờ. Ở góc H \ u003d 30 °? sẽ cho biết vị trí của vạch giờ 10 giờ và 14 giờ và cứ tiếp tục như vậy cho đến vạch 6 giờ và 18 giờ. Tuy nhiên, tường của hầu hết các ngôi nhà không hướng theo đường đông tây mà tạo thành một góc với đường này có thể đo được chính xác. Trong trường hợp này, việc đánh dấu mặt số trở nên phức tạp hơn đáng kể. Các phép tính lượng giác cần thiết cho việc này được đưa ra trong phần phụ lục. |
