Мы потеряли точный момент, когда люди начали наблюдать за небом. Возможно, это была палка, воткнутая в землю. Возможно, это был камень. Сейчас это не имеет значения. Важно то, что эти ранние догадки легли в основу каждого часового механизма на вашем запястье.
Древние культуры не заботились о самом времени. Им оно было необходимо. Выживание означало знать, когда сеять урожай. Это означало знать, когда придет время сбора урожая. Без этих знаний вы голодали.
Ранние методы были очень простыми. Воткните стержень в землю. Наблюдайте за движением тени. Эта тень и есть суть так называемых «солнечных часов». Вертикальная часть, отбрасывающая тень, имеет свое название. Гномон. Произносится как но́мон.
Вы, вероятно, видели большие их экземпляры. Мегалитические камни. По сути, это гигантские солнечные часы, вырезанные из камня. Но настоящая история скрыта не внутри монументов. Она найдена в небольших портативных устройствах, которые люди носили с собой и использовали каждый день.
Египетское происновение портативного времени
Египтянам приписывают изобретение солнечных часов. Не больших храмов. А рабочих инструментов.
История обелисков уходит корнями в 3500 год до н.э., но какова самая старая сохранившаяся портативная версия? Египетский теневой часы. Он стал популярным около 1500 года до н.э.
Эти циферблаты не были круглыми, как мы ожидаем сегодня. Они имели форму буквы Т или L. На конце находился приподнятый стержень. Простая геометрия.
Как они работают? Вы выравнивали их на утро. Солнце перемещалось по небу. Тень отслеживала часы. Затем вы переворачивали часы. И использовали их снова для второй половины дня.
Египтяне не были единственными, кто занимался этой математикой. Это делали все.
Шумеры. Вавилоняне. Майя. Греки. Китайцы.
Все они одержимы измерением времени. Минутами. Днями. Годом. Их результаты были удивительно точными. Их система повлияла на современные числовые модели способами, которые мы используем до сих пор.
Мы принимаем как должное, что в сутках 24 часа. В неделе 7 дней. Это не закон природы. Это выбор древних часовых мастеров.
Почему простое устройство на самом деле сложно
Вы можете подумать, что отслеживание тени легко. Это не так.
Угол падения солнечных лучей меняется в зависимости от сезона. Длина дня изменяется. Часы, которые работают летом, не работают зимой. Если их не корректировать.
Египтяне знали об этом. Но они не решили эту проблему с помощью шестеренок. Они решили ее с помощью геометрии. И специфических выравниваний.
Это не просто trivia из урока истории. Понимание того, как работали механизмы ранних солнечных часов, показывает нам, как люди начали количественно оценивать неосязаемое. Мы не просто живем во времени. Мы начали его измерять.
Шумеры дали нам шестидесятеричную систему счисления. Вот почему в минуте 60 секунд. Почему 360 градусов в круге? Все это уходит корнями в те ранние игры с тенями.
Вавилоняне усовершенствовали ее. Греки добавили математическую дисциплину. Китайцы повысили свою точность.
Ничто из этого не случайно. Всем цивилизациям требовалась синхронизация. Для координации действий. Для выживания.
Давайте рассмотрим подробнее создателя концепции смарт-часов. Без дисплея. Логика. Идея о том, что время можно разделить. Измерение. Это было предсказано.
Когда я думаю об этом, это кажется странным. Теперь мы смотрим на солнце и видим свет. Они смотрели на солнце и видели календарь. Расписание. Способ остаться в живых.
Тень двигалась. Циферблат оставался на месте. Двигайтесь вперед. Но мы все еще следуем правилам, установленным тысячи лет назад.
Солнечные часы начинаются с простоты. Они могут быстро усложняться. Чтобы понять, почему тени не всегда совпадают со временем по часам, нам нужно изучить астрономию. Земля вращается вокруг Солнца. Орбита не является кругом. Она овальная. В форме эллипса. По мере того как планета приближается к звезде, Солнце кажется движущимся быстрее по циферблату. Это первая переменная.
Другая переменная — это наклон. Экватор Земли не совпадает с плоскостью её орбиты. Наклон составляет около 23,5 градусов. Дисбаланс. Это сочетание наклона и эллиптической орбиты создаёт разрыв между солнечным временем и временем по часам.
Разрыв между солнцем и часами
Солнечное время отображается с помощью солнечных часов. Время по часам — это среднее солнечное время или время, показываемое на часах. Редко они полностью совпадают. В зависимости от сезона разница может достигать 15 минут. Этот переход называется уравнением времени.
До появления механических часов эта разница в 15 минут не была столь заметной. Однако ранние механические таймеры приходилось перезагружать. Солнечные часы являются стандартом. Изобретатели должны были корректировать конструкцию солнечных часов, чтобы учесть смещение. Они больше не могут полагаться исключительно на линейные тени.
Звёздные и солнечные дни
Существует ещё один фактор. Это связано с тем, как Земля движется по своей орбите при вращении.
Представьте, что вы стоите на своём заднем дворе. Вы считаете дни. В течение этих 24 часов Земля завершает своё вращение. Но иногда она сбивается с курса. Некоторые. Это изменение меняет перспективу, с которой мы смотрим на звёзды с ночной стороны Земли. Каждую ночь звёздное небо выглядит немного иначе.
Астрономы называют это звёздным днём. Оно резко контрастирует с солнечным днём. Сегодня мы ассоциируем звёздное время преимущественно с созвездиями. Древние астрономы использовали его для предсказания событий на Земле. Это ключ к чтению неба.
Настройка солнечных часов
Наклон Земли вызывает две сложности. Долгота и широта.
Долгота наиболее важна для гномона. Указателя. Он должен быть параллелен оси планеты. Если вы находитесь в Северном полушарии, направляйте гномон на Северный полюс.
Не доверяйте магнитным компасам слепо. Северный магнитный полюс движется. Он коварен. Нам нужен истинный север. Посмотрите на звёзды. Полярная звезда находится на северном небе. Она показывает путь.
Широта также является препятствием. Солнечные часы, сделанные для одной широты, не работают в другой. Нужно регулировать угол. Однако часовые метки на циферблате могут быть неверными. Правильное размещение требует тригонометрии. Без расчётов тень будет указывать на неверное число.
В следующем разделе мы исследуем, как древние культуры определяли время и как эти паттерны развивались.
Развитие солнечных часов
Солнечные часы часто считают антикварными садовыми украшениями или реликвиями примитивной истории. Но это лишь половина истории. Даже после того как механические часы стали популярными, солнечные часы оставались необходимыми. Почему? Ранние механические часы были notorious ненадежными. Они отставали или спешли. Их постоянно нужно было корректировать. Солнечные часы предлагают неоспоримые факты о солнце, которые можно проверить.
Но практичность — не единственная реальная причина выживания этих устройств. Это страсть. Люди обожают их. Это культурное влияние сохранило эту древнюю технологию гораздо лучше, чем ожидали их механические преемники.
Сезонные часы
Давайте разберемся. Ранние солнечные часы не измеряли равномерное время, которое мы используем сегодня. Они отслеживали сезонные часы.
Как это работает: день делится на 12 часов. Однако зимой эти часы короче. Летом они очень длинные. Если вы живете близко к экватору, разница незначительна. Если вы живете близко к полюсам, вариации могут быть очень большими. Это резко контрастирует с современной жесткой сеткой 24-часового времени.
«День делится на 12 часов, но эти часы короче зимой, чем летом, потому что дни длиннее летом.
Полусферический дизайн и солнечная геометрия
Солнечные часы показывают не только время. Они фиксируют сезоны, солнцестояния и равноденствия. Греки называли их полусферическими солнечными часами.
Представьте себе полую чашу с острым стержнем (иглой, создающей тень). Кончик гномона отмечал время суток. Размер и распределение теней указывают на сезон. В зависимости от производителя, половина чаши может быть отсоединена. Эта вариация стала известна как гемисиклиум или гемисикл. Основные механические принципы остаются неизменными.
Наклон оси Земли усложняет конструкцию солнечных часов. Их необходимо тщательно настраивать. Но тот же самый наклон полезен. Изогнув поверхность и правильно выровнив гномон, конструкторы смогли выгравировать линии, соответствующие лету, зиме и равноденствию.
Исламские инновации и равные часы
Спустя века другие культуры подхватили эстафету. В эпоху Темных веков в Европе исламские ученые были очень заняты. Они использовали тригонометрию для создания плоских круглых солнечных часов. Они выглядят очень похожими на стандартные садовые солнечные часы, которые можно увидеть сегодня.
Мусульманские изобретатели также одними из первых предложили равные по длине часы. Их циферблаты часто были подписаны временами молитв, что укрепляло связь между измерением времени и религиозной практикой.
Эта концепция равного рабочего времени постепенно укреплялась. Механические часы появились в 14 веке. Однако сезонные часы сохранялись еще много лет. Среднее солнечное время постепенно внедрялось, и в конечном итоге часовые пояса полностью заменили старую систему.
Путь к точности
Эти инновации позволили древним обществам фиксировать свою историю и планировать будущее. Они стандартизировали государственное управление, религию и социальную жизнь согласно общему расписанию. Мы продолжаем эту традицию и сегодня.
Сегодня мы перешли от теней к цезиевым атомным часам. Точность резко улучшилась. Фундаментальная потребность синхронизировать человеческую деятельность по-прежнему существует.
На следующей странице есть ссылки на дополнительную информацию об астрономии и часах, а также ответы на интересные вопросы об античном мире.
Часто задаваемые вопросы
Какие самые старые солнечные часы?
Самые старые солнечные часы — это египетские солнечные часы, датируемые примерно 1500 годом до н.э.
Связанные публикации в блоге
-
Как работает атомные часы
-
Как работает Aurora
-
Как происходят лунные затмения
-
Как работает метеорология
-
Как происходят солнечные затмения
-
Как работает Розеттский камень
-
Меняется ли скорость времени?
-
Каковы сходства между Лос-Анджелесом и древним Римом?
-
Что такое астрофотография?
-
Видна ли кривизна Земли только из космоса?
-
Заимствовали ли древние греки идеи у африканцев?
-
Проклята ли на самом деле гробница Тутанхамона?
-
Что происходит, если смотреть прямо на солнечное затмение?
-
Что бы вы сделали, если бы хотели построить великую пирамиду сегодня?
-
Почему Плутон больше не считается планетой?
Дополнительные полезные ссылки
-
Солнечные часы этого месяца
-
Солнечные часы в Интернете
-
Британская ассоциация солнечных часов
-
Североамериканская ассоциация солнечных часов
Источники
—«Прогулка во времени». Национальный институт стандартов и технологий, Лаборатория физики. (01.05.2009) http://physics.nist.gov/GenInt/Time/ancient.html
-
«Биологические часы пчел более похожи на человеческие, чем на часы насекомых». ScienceDaily. 26 октября 2006 г. (29 декабря 2008 г.) http://www.sciencedaily.com/releases/2006/10/061025185102.htm
-
Эрик Чэссон и Стив Макмиллан. Современная астрономия. Prentice Hall. 1999 г. (5 января 2009 г.)
—-«Циркадные ритмы». Британская энциклопедия. (29.12.2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/118220/circadian-rhythm
-
«Часто задаваемые вопросы». Национальный институт стандартов и технологий, Лаборатория физики. (01.05.2009) http://tf.nist.gov/timefreq/general/history.htm#Anchor-16136
-
Лабак, Ким Мари. «Циркадные ритмы влияют на поведение домашних животных». Колледж ветеринарной медицины Иллинойсского университета. 28 марта 2004 г. (29 декабря 2008 г.) http://vetmed.illinois.edu/petcolumns/showarticle_pf.cfm?id=449
-
Леннокс-Бойд, Марк. «Солнечные часы: история, искусство, люди, наука» Frances Lincoln LTD., 2006 г. (31 декабря 2008 г.) http://books.google.com/books?pg=PT15&lpg=PT15&dq=sundials+early+man&sig=6g9gvA-7H0Iqgby4Fstx-ovEtsE&ct=result&id=EL0H7Sqc_tYC&ots=SFIMtkVlQ
-
Миллс, А.А. «Введение в историю хронометрии: Лестерский маршрут времени» Кафедра физики и астрономии, Лестерский университет. 2000/2001 гг. (31.12.2008) http://www.sundials.co.uk/~leicester.htm
——»Простые солнечные часы». Чикагский музей науки и промышленности. 2001 г. (5 января 2009 г.) http://www.msichicago.org/scrapbook/scrapbook_exhibits/time/educ_pages/act_sundial.html
- Стерн, Дэвид. «От наблюдателя за звездами до звездолета». 21 января 2008 г. (5 января 2009 г.) http://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sintro.htm
——»Солнечные часы». Национальный морской музей. (31.12.2008) http://www.nmm.ac.uk/explore/astronomy-and-time/time-facts/sundials/*/viewPage/
——»Солнечные часы». Британская энциклопедия. (31.12.2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/573826/sundial
——»Солнечные часы и компас». Музей Уильяма Р. и Кларис В. Сперлок при Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне. http://www.spurlock.uiuc.edu/collections/artifact/sundialcompass.html
——»Солнечные часы». Национальный музей Ливерпуля. (31.12.2009) http://www.liverpoolmuseums.org.uk/nof/sun/san5.html
-
Солнечные часы в Интернете. (31.12.2008) http://www.sundials.co.uk/
-
«Часовой пояс». NationMaster.com. (01.05.2009) http://www.nationmaster.com/encyclopedia/Time-zone
-
Веб-сайт Британской ассоциации солнечных часов. (31.12.2008) http://www.sundialsoc.org.uk/
-
Тулпин, Кристофер и Элизабет, Трейси. «Наука и математика в древнегреческой культуре» Oxford University Press. 2002 г. (5 января 2009 г.) http://books.google.com/books?id=ajGkvOo0egwC&pg=PA141&dq=ancient+egypt+sundial+museum&client=firefox-a#PPA140,M1
