ساعت های آفتابی

چگونه گذشتگان از سایه ها زمان را می سنجیدند انواع ساعت های آفتابی اصول و ساخت آنها چگونه است در این مقاله همه چیز درباره مفاهیم ابتدایی ساعت های آفتابی و ساخت و استفاده از آنها شرح داده شده است

چگونه گذشتگان از سایه‌ها زمان را می‌سنجیدند؟ انواع ساعت‌های آفتابی اصول و ساخت آنها چگونه است؟ در این مقاله همه چیز درباره مفاهیم ابتدایی ساعت‌های آفتابی و ساخت و استفاده از آنها شرح داده شده است (همراه با نمودار تعدیل زمان قابل استفاده برای سراسر ایران).

اصول حاکم بر همه ساعت‌های آفتابی خیلی ساده‌تر از آن است که اغلب مردم فکر می‌کنند و هدف این مقاله آن است که این اصول را توضیح دهد و برخی فرمول‌های مفید را عرضه کند. امیدواریم این مقاله شما را تشویق کند تا چند ساعت آفتابی آزمایشی برای خودتان درست کنید. هیچ لزومی ندارد که این ساعت‌های آفتابی پیچیده و دائمی باشند. آنها می‌توانند موقتی باشند. آزمایش با طرح‌های ساده، جالب است و بسیار خوشایند است که ببینیم ابزارهای ساده‌ای که ساخته‌ایم زمان را با دقت نشان می‌دهند. شاید این ما را به‌ساختن ساعت‌های آفتابی دیگر با مصالح دائمی‌تری بکشاند. استفاده از وسایل طبیعی برای نشان دادن مفهومی بنیادی مثل زمان بسیار جذاب است. این پند را هم هرگز فراموش نکنید <ایام عزیز عمر دریاب!>

برای این که دریابیم ساعت‌های آفتابی چطور کار می‌کنند باید چرخش زمین و مدار آن به‌دور خورشید را در نظر بگیریم.

زمین‌حول محوری گذرنده از قطب شمال و قطب‌جنوب‌می‌چرخد و در ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۱/۴ ثانیه یک دور کامل می‌زند. همه نقاط روی زمین هم طی این مدت یک دور کامل می‌زنند. باید بفهمیم چرا طول شبانه‌روز که ۲۴ ساعت است به‌اندازه یک دور چرخش زمین نیست. زمین همچنین در‌مداری‌حول خورشید در فاصله تقریبی ۱۵۰ میلیون‌کیلومتر می‌گردد. در طول یک سال مدار کامل را طی می‌کند و صفحه حرکت آن صفحه دایره`‌البروج نامیده می‌شود. محور چرخش زمین همیشه در یک راستا باقی می‌ماند.

هر روز زمانی را که خورشید در بالاترین نقطه در آسمان دیده می‌شود <ظهر> می‌نامیم. همه مکان‌های روی یک نصف‌النهار ظهر مشترکی دارند. در هنگام ظهر نصف‌النهار ما بخشی از سطح زمین است که درست رو به‌روی خورشید قرار دارد.

زمان را روی زمین از ظهر یک روز تا ظهر روز بعد اندازه می‌گیریم. این مدت زمان به ۲۴ ساعت مساوی تقسیم می‌شود. چون زمین به‌اندازه ۳۶۵/۱ مدار خود را هم در ۲۴ ساعت می‌پیماید. باید کمی بیشتر از یک دور هم بگردد تا دوباره درست روبه‌روی خورشید قرار بگیرد. میانگین زمان انجام این کار ۳ دقیقه و ۹/۵۵ ثانیه است. به‌همین دلیل طول شبانه روز به‌اندازه زمان چرخش زمین به‌دور خودش نیست.

برای کار با ساعت‌های آفتابی بهتر است دیدگاه زمین­‌مرکزی اختیار کنیم. می‌توانیم خودمان را ثابت و بقیه جهان را در حال حرکت به‌دورمان فرض کنیم. در این صورت به‌نظر می‌رسد خورشید در مسیر دایره‌وار به‌دور زمین می‌گردد. در یک عرض جغرافیایی که به‌تدریج با فصل تغییر می‌کند خورشید در لحظه ظهر درست از بالای سر می‌گذرد. تمام عرض‌های جغرافیایی که در آنها خورشید در زمانی درست از بالای سر می‌گذرد در نواری بر دو سوی خط استوا بین عرض‌های جغرافیایی ۲۳ درجه و ۲۶ دقیقه شمالی و ۲۳ درجه و ۲۶ دقیقه جنوبی واقع شده‌اند، که آن را منطقه استوایی می‌نامیم.

از اول دی تا اول تیر به‌نظر می‌رسد مسیر خورشید هر روز کمی شمالی‌تر می‌شود. در اول فروردین از استوا می‌گذرد و در اول تیر در عرض جغرافیایی ۲۳ درجه و ۲۶ دقیقه شمالی (مدار رأس‌السرطان) از بالای سر می‌گذرد. سپس به‌نظر می‌رسد مسیرش هر روز قدری جنوبی‌تر می‌شود. در اول مهر از استوا می‌گذرد و در اول دی دوباره به‌جنوبی‌ترین موضع خود در ۲۳ درجه و ۲۶ دقیقه جنوبی (مدار را‡س‌الجَدی) می‌رسد.

حداکثر ارتفاع خورشید در هر روز در ظهر رخ می‌دهد و برای آن روز با یک فرمول ساده به‌میل خورشید مربوط می‌شود.

متمَم عرض جغرافیایی - حداکثر ارتفاع = میل خورشید

مثلا‌ً حداکثر ارتفاع خورشید در رشت که عرض جغرافیایی‌اش ۳/۳۷ درجه است، ۵/۶۹ درجه اندازه‌گیری شده است. متمم عرض جغرافیایی ‌‌‌ْ۷/۵۲=‌‌ْ۳/۳۷-‌‌ْ۹۰ است: ْ۸/۱۶=‌‌ْ۷/۵۲-‌‌ْ۵/۶۹. بنابراین میل ۸/۱۶ درجه یا ۱۶ درجه و ۴۸ دقیقه است.

با استفاده از نقشه‌های جغرافیایی می‌توانیم ببینیم خورشید آن روز در هنگام ظهر درست از بالای سر بیجاپور (در هند) می‌گذشته است. همچنین با استفاده از جدول می‌توانیم دریابیم آزمایش باید در ۱۷ یا ۱۸ اردیبهشت یا در روز ۱۵ یا ۱۶ مرداد انجام شده باشد.

قسمتی از ساعت آفتابی را که سایه ایجاد می‌کند شاخص می‌نامند. این واژه‌ای عربی به‌معنای مشخص‌کننده یا نشان ‌دهنده است. اگر شاخص را در راستای ستاره قطبی بگیریم، در این صورت با محور چرخش زمین موازی خواهد بود و همیشه با صفحه دایره`‌البروج زاویه ثابتی می‌سازد. اگر بخواهیم یک ساعت آفتابی بسازیم که در سرتاسر سال کار کند، این کار ضروری است.

سایه باید روی یک سطح بیفتد تا دیده شود و واضح است که جهت شیب سطح دریافت‌کننده بر جهت سایه تأثیر می‌گذارد. با اختیار دیدگاه زمین­‌مرکزی خورشید در هر شبانه‌روز یک‌بار به‌دور زمین می‌گردد، بنابراین سایه محور آن بر صفحه استوا باید به‌طور یکنواخت دقیقاً ۳۶۰ درجه در ۲۴ ساعت یا ۱۵ درجه در هر ساعت بچرخد. این چرخش معادل یک درجه در هر ۴ دقیقه زمان است.

سایه روی هر صفحه دیگری که موازی صفحه استوا نباشد با سرعتی ثابت حرکت نخواهد کرد. بنابراین برای تعیین دقیق جایی که سایه در ساعت ‌خاصی می‌افتد به‌مثلثات یا ترسیم هندسی دقیق نیاز داریم. اما اگر شاخص در راستای قطب شمال آسمانی باشد سایه دقیقاً هر روز در همان ساعت به‌همان نشانه‌ها می‌رسد.

ساعت آفتابی زمان را به‌طور کامل نشان می‌دهد؛ ساعت مُچی و ساعت دیواری هم همین کار را انجام می‌دهند. اما ساعت آفتابی و مثلا‌ً ساعت دیواری به‌ندرت زمان را یکسان نشان می‌دهند زیرا اساس کار آنها متفاوت است.

ساعت‌های آفتابی <زمان محلی ظاهری> را اندازه می‌گیرند که براساس ظهر در طول جغرافیایی محلی است. برای مثال، زمانی که خورشید در جنوب قرار می‌گیرد یا از نصف‌النهار می‌گذرد ظهر محلی نامیده می‌شود. طول جغرافیایی جاهایی که خورشید درحال گذر از نصف‌النهار آنهاست به‌طور یکنواخت با سرعت ۱۵ درجه در ساعت به‌سوی غرب جابه‌جا می‌شود. مثلا‌ً طول جغرافیایی رشت ­۶/۴۹ شرقی و طول جغرافیایی تهران ْ۴/۵۱ شرقی است. پس تفاوت طول جغرافیایی آنها ۸/۱ درجه است و در نتیجه ظهر محلی رشت همیشه ۲/۷ دقیقه یا ۷ دقیقه و ۱۲ ثانیه دیرتر از ظهر محلی تهران است (دقیقه ۲/۷= ْ۱۵/ دقیقه ۶۰* ْ۸/‌۱). بنابراین ساعت آفتابی در رشت همیشه زمان را ۷ دقیقه و ۱۲ ثانیه کمتر از ساعت آفتابی در تهران نشان می‌دهد.

چنین تفاوتی در زمان ساعت‌های دیواری موجب دردسر می‌شد. بنابراین در همه جای ایران زمان براساس نصف‌النهار مبدا‡ زمان رسمی ایران که از طول جغرافیایی ­۵/۵۲ شرقی می‌گذرد بیان می‌شود و ساعت مُچی در رشت همان زمان ساعت مچی در تهران را نشان می‌دهد. وقتی ساعت آفتابی در رشت ساعت ۱۲ را اعلام می‌کند ساعت مچی در رشت مثلا‌ً ساعت ۱۲ و ۷ دقیقه را نشان می‌دهد که هر دو درست هستند. علا‌وه‌براین، به‌دلیل تغییر محل خورشید در طول سال و تغییر ساعت برخی کشورها در تابستان، زمان رسمی با زمانی که ساعت آفتابی نشان می‌دهد، ممکن است متفاوت باشد.