Zegar słoneczny — definicja, budowa i zasada działania

Poznaj historię, budowę i działanie zegara słonecznego — jak cień mierzy czas, typy tarcz i praktyczne porady do budowy własnego ogrodowego zegara.

Zegar słoneczny pokazuje aktualny czas słoneczny w ciągu dnia. Dzieje się tak, ponieważ słońce wydaje się poruszać po niebie — w różnych porach dnia, kiedy słońce świeci, cień jest rzucany w różnych miejscach na tarczę. Na tarczy zaznacza się odpowiednie godziny w miejscach, które zajmuje cień o danym czasie, dzięki czemu użytkownicy mogą odczytać godzinę bez mechanizmu zegarowego. Istnieje kilka powszechnie spotykanych wzorów, takich jak popularny ogrodowy zegar „poziomy”, ale zegary słoneczne można zaprojektować niemal dla każdej powierzchni, na której stały obiekt rzuca przewidywalny cień.

Co to jest i z czego się składa?

Podstawowe elementy zegara słonecznego to:

• gnomon (zwany też prętem lub wskazówką) — element rzucający cień; jego oś zwykle ustawia się równolegle do osi obrotu Ziemi,
• tarcza — powierzchnia z naniesionymi liniami godzinowymi,
• oznaczenia godzinowe i ewentualne skalowania do korekt (np. linia południa, równanie czasu).

Gnomon może mieć prostą listwę, igłę lub być częścią bardziej dekoracyjnej konstrukcji; ważne jest, aby jego położenie względem tarczy i kąta nachylenia było zgodne z projektem zegara (zazwyczaj kąt między gnomonem a płaszczyzną tarczy równy jest szerokości geograficznej miejsca).

Rodzaje zegarów słonecznych

• Poziome — tarcza leży poziomo; popularne w ogrodach. Linie godzinowe są tu rozmieszczone nierównomiernie w zależności od szerokości geograficznej.
• Pionowe — tarcza przymocowana pionowo do ściany; często spotykane na fasadach budynków.
• Równikowe (ekwatorialne) — tarcza ustawiona równolegle do równika; linie godzinowe są równomiernie rozłożone co 15° i łatwiejsze do wykonania matematycznie.
• Analemmatyczne — tarcza z eliptycznymi liniami; gnomon przesuwa się zależnie od daty (stosowane w interaktywnych instalacjach i edukacji).
• Specjalistyczne — pierścieniowe, astronomiczne i precyzyjne zegary obserwacyjne (np. do pomiaru czasu południowego, obserwacji przesileń).

Zasada działania

Zegar słoneczny działa na prostej zasadzie: pozycja Słońca na niebie zmienia się w ciągu dnia, w wyniku czego cień gnomonu przesuwa się po tarczy i wskazuje godzinę. W układzie lokalnym ruch Słońca odpowiada kątowi godzinowemu (ok. 15° na godzinę względem południa słonecznego). Jednak odczyt z zegara słonecznego to czas słoneczny (czas prawdziwy słoneczny), który różni się od czasu zegarowego (średniego) z powodu:

• różnicy długości dnia wynikającej z ekscentryczności orbity Ziemi i nachylenia osi (tzw. równanie czasu),
• różnicy długości geograficznej względem środka strefy czasowej (każdy stopień długości geograficznej odpowiada około 4 minutom czasu),
• ewentualnie stosowania czasu letniego (DST).

Jak odczytywać i ustawić zegar słoneczny

Podstawowe kroki dla prostego, poziomego zegara słonecznego:

• Ustaw tarczę poziomo na stabilnej powierzchni.
• Ustaw gnomon tak, aby jego krawędź lub oś była skierowana na Północ geograficzną (w półkuli północnej) i aby kąt między gnomonem a płaszczyzną tarczy był równy szerokości geograficznej miejsca — w ten sposób gnomon jest równoległy do osi ziemskiej.
• Zaznacz pozycję cienia o różnych porach dnia lub nanieś linie godzinowe obliczone dla danej szerokości geograficznej — linie nie będą równomiernie rozmieszczone na tarczy poziomej.
• Aby przeliczyć czas słoneczny na czas urzędowy, uwzględnij korektę wynikającą z równania czasu i różnicę długości geograficznej względem strefy czasowej oraz ewentualne przesunięcie na czas letni.

Dokładność i ograniczenia

Zegary słoneczne mogą być bardzo precyzyjne, jeśli są prawidłowo wykonane i skalibrowane, ale mają naturalne ograniczenia:

• działają tylko przy widocznym Słońcu — nie pokażą czasu przy zachmurzonym niebie ani nocą,
• wpływ mają refrakcja atmosferyczna i rozmiar cienia (grubość gnomonu),
• odchylenia w ustawieniu (np. błąd w orientacji na północ lub zła wartość szerokości geograficznej) powodują błędy odczytu,
• równanie czasu powoduje sezonowe różnice (do około ±16 minut) względem czasu średniego.

Krótka historia

Zegary słoneczne to jedne z najstarszych przyrządów do pomiaru czasu. Starożytny Egipt używał prostych przyrządów opartych na cieniu już kilka tysięcy lat temu. Inne kultury rozwijały je dalej, w tym Grecy i Rzymianie. W późniejszych wiekach Arabowie i uczeni średniowiecznej Europy ulepszali konstrukcje i metody obliczeń, a w epoce nowożytnej zegary słoneczne znalazły szerokie zastosowanie zarówno praktyczne, jak i dekoracyjne.

Zastosowania dziś

Współcześnie zegary słoneczne pełnią często funkcję edukacyjną, dekoracyjną i symboliczną. Spotyka się je w ogrodach, na budynkach publicznych, w parkach oraz jako elementy artystyczne. Precyzyjne konstrukcje nadal służą do określania czasu południowego w eksperymentach astronomicznych i kalibracji innych przyrządów.

Jeśli chcesz zbudować prosty zegar słoneczny, zacznij od przygotowania poziomej tarczy, ustawienia gnomonu pod kątem równym szerokości geograficznej i obserwowania pozycji cienia w ciągu kilku godzin, by nanieść linie godzinowe — to dobry projekt do nauki podstaw astronomii i geometrii.

Szukaj według litery