Сонячні та зоряний годинник.

Сонячний годинник

Людство відраховує час за сонячним годинником з незапам'ятних часів. Складно сказати, хто і коли вперше запропонував використовувати Сонце (і тінь від нього) в якості годинникової стрілки. Одне очевидно - винахід це було геніальним! Ось чому і зараз - у вік сверхточной механіки, електроніки та ядерних частинок - любителям астрономії вельми корисно виготовити хоча б найпростіші сонячний годинник, стрілки яких буде служити тінь від найближчої до нас зірки ...

Як відомо, існує три основних види сонячних годин: екваторіальні, вертикальні і горизонтальні. Екваторіальні годинник - найпростіші. Площина їх циферблата лежить в площині небесного екватора (тобто розташована під кутом (90 ° - f), де f - географічна широта). Сам циферблат розділений на однакові кути з розрахунку 1 година = 15 °. Покажчиком може служити будь-який "штирек", укріплений в центрі годин перпендикулярно їх площини. Виготовити екваторіальні сонячний годинник нескладно, але в північній півкулі вони будуть працювати тільки тоді, коли схилення Сонця позитивно (від весняного рівнодення до осіннього). У зимовий період доведеться використовувати нижню частину циферблата, що дуже незручно.

Вертикальні годинник набагато більш витончені. Але і тут є кілька "підводних каменів". По-перше, їх математична модель досить складна. По-друге, (і це головне!) Для виготовлення вертикальних сонячних годин потрібно точно виміряти азимут стіни будівлі, де вони будуть прикріплені. Звичайно, всі труднощі переборні, але на першому етапі я б порадив власноруч змайструвати горизонтальні сонячний годинник, які вдало поєднують в собі точність, ефективність і простоту. Такі годинники можуть мати різний розмір: від переносних (10-20 см в діаметрі), до стаціонарних (1-2 метра і більше). Отже, горизонтальні сонячний годинник складаються з двох частин: 1) циферблата, розташованого в площині горизонту; 2) відкидає тінь покажчика, який в найпростішому випадку являє собою трикутник, один з кутів якого дорівнює географічній широті місця установки. Площина покажчика лежить в площині небесного меридіана (тобто розташована в напрямку північ - південь). При цьому кут трикутника, що дорівнює широті місця, повинен вказувати на північ (полюс світу), а лінії годин (і хвилин) на циферблаті повинні як би "віялом" розходитися від південної точки підстави покажчика. Тепер про градуировке циферблата. Якщо ми хочемо, щоб наші горизонтальні сонячний годинник "показували" той же самий час, що і звичайний годинник, чинимо так.

1) Розраховуємо момент істинного полудня. Це нескладно зробити за формулою:

Т (пол) = 12 + h-L + n + 1, де

Т (пол) - момент істинного полудня, h - рівняння часу (різниця між середнім сонячним і істинним сонячним часом), L - географічна довгота (виражена в годинній мірі), n - номер часового поясу, 1 - поправка за декретний час. У літній період доведеться додати ще один годину (через перехід на "літній час"). Що стосується рівняння часу, то їм, в принципі, можна знехтувати, оскільки протягом року воно змінюється від -16 хвилин (приблизно 2 листопада) до +14 хвилин (близько 11 лютого), звертаючись в нуль біля 15 квітня, 14 червня, 1 вересня і 24 грудня. Ну, а якщо ви хочете виготовити суперточні сонячний годинник, то вам доведеться розрахувати кілька циферблатів і міняти їх у міру зміни рівняння часу.

Наприклад, для Вологди в літню пору (L = 2 год 40м, h = 0, n = 3) маємо:

Т (пол) = 12 + 0 - (2 год 40м) + 3 + 1 = 13ч 20м Саме в цей момент Сонце знаходиться точно на півдні і, відповідно, відкидає тінь від покажчика на північ (N на малюнку). Значить, в полудень наші годинник повинні показати 13ч 20м. (В період дії зимового часу - 12год 20м).

2) оцифровувати циферблат. Озброїмося калькулятором і скористаємося наступною формулою: tg (a) = sin (f) * tg (t), де а - кути, на які буде розкреслений циферблат, f - широта, t - інтервал часу, виражений, звичайно, в градусній мірі ( з розрахунку 1ч = 15 °). Наприклад, ми хочемо дізнатися, на якому кутовому відстані від напрямку на північ буде знаходитися відмітка "13 годин". Нескладно здогадатися, що замість t треба підставити 20 хвилин, виражені в градусах і їх долях. (Для цього ділимо 20 на 60 і множимо на 15). Після обчислень (підставляючи точні значення широти для м Вологди) отримуємо 4,4 °. Саме такий кут потрібно відкласти від напрямку на північ проти годинникової стрілки. Після всіх обчислень отримуємо таблицю (негативні кути для а вказують, що їх потрібно відкладати на циферблаті за годинниковою стрілкою). Зрозуміло, не слід розраховувати дані для ночі ...

Циферблат, розкреслений згідно приведеним обчислень, можна бачити на малюнку. Для невеликих горизонтальних сонячних годин (діаметром близько 15 см) годинниковою розмітки цілком достатньо, так як хвилини легко оцінити на око, дивлячись на тінь покажчика. Більші годинник потребуватимуть додаткових розрахунків хвилин (або хоча б четвертьчасових відміток) - це також можна зробити за вищенаведеної формулою.

Зоряний годинник

Якщо ясним днем ​​час можна відраховувати по Сонцю, то як бути вночі? Правильно! Нам допоможуть зірки! Для справжнього любителя астрономії не складе великих труднощів визначити час по характерному розташуванню зірок у той чи інший сезон року. Але простіше дізнатися який зараз година по орієнтації сузір'я Великої Ведмедиці. Тим більше, що в безхмарну погоду в середніх і північних широтах "Небесний Ковш" ніколи не опускається під горизонт. Уявіть собі величезний небесний циферблат, в центрі якого розташована Полярна зірка. Тоді сузір'я Великої Ведмедиці стане гігантській космічній стрілкою.

Зверніть увагу (див. Рис), що наш циферблат розділений нема на 12 годин (як в звичайних годинах), а на 24 години. При цьому відмітка "0ч" знаходиться над точкою півночі, відмітка "12год" - по іншу сторону від Полярної зірки. Значення "6ч" і "18ч" відповідно розташовуються в східному і західному напрямках. Іншими словами, хід часу в зоряних годиннику відраховується проти годинникової стрілки, оскільки саме так "обертається" Велика Ведмедиця, як, втім, і всі інші навколополярні сузір'я. Далі. Проводимо пряму лінію від Полярної зірки до зірок "Дельта" (Мегрец) і "Гамма" (Фекда), що прикрашають ліву сторону Ковша Великої Ведмедиці (див. Рис). Стрілка вкаже на точку осіннього рівнодення. (Неважко здогадатися, що точка весняного рівнодення буде знаходитися в діаметрально протилежному напрямку, в якому, на жаль, немає зірок Великої Ведмедиці).

Тоді цифри на нашому уявному небесному циферблаті покажуть так зване зоряний час (часовий кут точки весняного рівнодення). Так, на малюнку зоряний час вийшло рівним приблизно 1 год 30 м. З сферичної астрономії відомо, що зоряний час (S) дорівнює сумі прямого сходження (RA) будь-якого небесного об'єкта (наприклад, зірки, Місяця, Сонця ...) і його годинного кута (t).

S = RA + t

Оскільки зоряний час нам уже відомо, то будь-яким чином дізнавшись пряме сходження Сонця, ми зможемо обчислити його годинний кут (t = S - RA). Додавши до отриманого результату 12 годин, ми отримаємо місцевий сонячний час. (Після цього можна перейти до поясного часу). Але як дізнатися пряме сходження Сонця ??? Звичайно, можна скористатися астрономічними календарями, де на кожен день наводяться екваторіальні координати Сонця. Краще, однак, ці відомості "вирахувати" самостійно - астрономічний щорічник не завжди буває під рукою! Насправді, якщо не гнатися за суперточна, то дізнатися пряме сходження Сонця для будь-якої дати нескладно.

Потрібно лише запам'ятати, що 21 березня (в день весняного рівнодення) пряме сходження Сонця дорівнює 0 год, 22 червня (літнє сонцестояння) - 6 год, 23 вересня (осіннє рівнодення) - 12год і 22 грудня (зимове сонцестояння) - 18 год. Крім того, запам'ятайте, що за добу пряме сходження Сонця збільшується приблизно на 4 хвилини.

Отже, припустимо, ми поглянули на зоряні годинник і знайшли зоряний час рівним 1ч 30м. Нехай ми проводимо спостереження, скажімо, 1 жовтня. Від осіннього рівнодення пройшло 8 днів і RA Сонця збільшилася на 8 х 4 = 32 хвилини і становить 12 год 32 м. Знайдене значення, звичайно, округлимо до 12 год 30 м. Знаходимо годинний кут Сонця t = 1ч 30м - 12год 30м = 25ч 30м - 12год 30м = 13ч 00м

Значить (додаємо 12 годин), місцевий сонячний час одно 25 год 00 м (або 1 ч 00 м). Припустимо, ми спостерігаємо в Вологді. Довгота цього міста дорівнює 2 год 40 м. Віднімаємо з 25 год 00 м 2 год 40 м, отримуємо 22 год 20 м - саме таке в даний момент всесвітній час. Переходимо до поясного часу (додаємо 3 години) і ось він, довгоочікуваний результат: зараз 1 ч 20 м! Перевіряємо по рухомій карті зоряного неба і переконуємося, що ми не помилилися ...

Головна сторінка розділу