Кто первым изобрел часы? Все про возникновение солнечных часов Самые древние солнечные часы

Вероятно, это древнейший научный инструмент, дошедший до нас без изменений и представляющий первое применение человеком его знаний о движении небесных тел.

Хотя известны самые разнообразные солнечные часы, все их можно разделить на несколько основных типов. Наиболее распространены часы горизонтального типа; их можно увидеть во многих парках и садах. Часы с вертикальным циферблатом обычно встречаются на стенах, ориентированных по сторонам света. Повернутый циферблат делают у вертикальных часов, размещенных на стенах, которые не ориентированы по сторонам света. А отклоненный и склоненный циферблаты наклонены соответственно от наблюдателя и к нему. Обычно они встречаются на многосторонних часах, объединяющих в себе три или более циферблатов и часто имеющих форму куба; их размещают на крышах и гребнях стен, ориентированных по сторонам света. Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты размещают на неориентированных по сторонам света зданиях. У экваториальных и полярных часов плоскости циферблатов параллельны соответственно плоскости экватора и полярной оси. Армиллярные часы имеют экваториальный циферблат; их часто используют для декоративных целей. Они содержат от двух до десяти колец, представляющих большие круги земной и небесной сфер. Часовые деления нанесены внутри экваториального круга, а отбрасывающим тень гномоном служит стержень, представляющий полярную ось.

Древнейшие из известных ныне солнечных часов были изготовлены около 1500 до н.э. Они сделаны из камня в форме бруска длиной около 30 см с вертикальным Т-образным навершием на одном конце. Время отсчитывалось по засечкам, нанесенным на бруске через неравные интервалы. Часы выставлялись горизонтально по отвесу. Т-образный конец утром поворачивали к востоку, а после обеда – к западу. Тень от верхней кромки «Т» указывала время. Эти и другие древние солнечные приборы показывали «неравные часы», образующиеся в результате деления времени от восхода до заката Солнца на фиксированное число частей. Поскольку длительность светового дня в течение года меняется, менялась и длина часа: летом он был длиннее, а зимой – короче.

Сделать такие часы было несложно. Многие из них имели часовые линии для определенных дней года, разделенных примерно месяцем, а также для дат равноденствий и солнцестояний. Часовые отметки на каждый день получали, соединяя точки, на которые ложилась в данный час тень, отброшенная гномоном в дни равноденствий и солнцестояний.

Примерно в начале христианской эры был открыт принцип наклонного гномона, позволившего ввести «равные часы», обеспечившие более точное хранение времени. Было обнаружено, что если стержень гномона направить на полюс мира, то он как бы станет осью той параллельной экватору окружности, по которой обращается Солнце. Разделив ее на 24 равные части, получили часы одинаковой длительности. После этого изготовление точных и равномерно идущих солнечных часов стало простым геометрическим и тригонометрическим занятием.

Эволюция солнечных часов шла бок о бок с развитием математики и астрономии. Однако многие века искусством создания солнечных часов владели только мастера, знакомые с гномоникой. С 14-го по 18-е столетие многие ремесленники проявили изобретательность и мастерство в изготовлении карманных солнечных часов высокой точности, ставших жемчужинами часового искусства.

Появление механических часов не упразднило вплоть до 18 в. использование солнечных часов для хранения времени. Изготовители солнечных часов шли в ногу с конструкторами механических часов, изобретая солнечные приборы для определения «среднего времени». Когда было введено «поясное время», солнечные часы приспособили и для этого. (Поясное время – это среднее солнечное время на определенном меридиане.) В конце 19-го и начале 20-го столетий было сделано много очень точных солнечных часов для определения поясного времени, названных гелиохронометрами .

Постройка часов.

Чтобы от солнечных часов была польза, их нужно сооружать в подходящем месте. Должна быть известна широта места, а также положение относительно горизонта и меридиана той площадки или поверхности, на которой будут нанесены часовые линии.

Важнейшие части солнечных часов – это циферблат , т.е. поверхность, на которой нанесены часовые линии, и гномон для отбрасывания тени. Указатель , т.е. тот край гномона, тень которого указывает время, всегда направляют на полюс мира. Высота указателя – это угол, под которым указатель наклонен к циферблату, а центр циферблата (точка, из которой радиально расходятся часовые линии) – это точка пересечения указателя с плоскостью циферблата. Узел – это особая точка на указателе, тень от которой используют для отсчета высоты, склонения и азимута, а также времени.

Методы определения времени по солнцу.

Существуют три метода определения времени по солнцу: путем измерения его часового угла от меридиана, как в обычных садовых солнечных часах; по измерению его высоты над горизонтом и по его азимуту (угол, измеряемый в плоскости горизонта, между направлением на точку юга и вертикальным кругом, проходящим через солнце), для чего требуется вертикальный указатель у гномона. В большинстве стационарных солнечных часов измеряется часовой угол. Два других метода часто используют в портативных часах.

Существуют также три способа индикации времени: тенью, световой точкой и магнитной стрелкой. В большинстве часов используется тень. Свет редко используют в стационарных часах. А в портативных применяют все три способа. Часы с магнитной стрелкой бывают двух типов. В первом часовые отметки наносят на корпусе компаса, которому обычно придают квадратную форму. Повернув корпус так, чтобы тени на его боковых гранях исчезли, по направлению стрелки считывают время. В приборах второго типа часовые метки наносят на эллиптический пояс, который передвигается в соответствии с днем года, как во многих азимутальных часах. В этом случае также корпус поворачивают до исчезновения тени на боковых гранях и по направлению стрелки считывают время. Часы этого типа более точны; их ошибка определяется лишь тем, что магнитная стрелка отклоняется от истинного направления на север.

Появление солнечных часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время. Создание так называемых теневых (мы их называем солнечными) часов приписывают египтянам, которые придумали их еще во втором тысячелетии до нашей эры. Они представляли из себя простую деревянную доску с отметинами. Теневые часы, разделенные на двенадцать дневных промежутков, и стали первым изобретением человека, предназначенным для ОПРЕДЕЛЕНИЯ времени. Таким образом, «Солнечные часы» - это прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но поскольку «работали» такие часы только днем, то ночью им на замену приходила клепсидра - так греки называли водяные часы.

Различают солнечные часы горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг), экваториальные. Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы.

Простейшие солнечные часы.

Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии:

Четвертая книга Царств, глава 20

9. И сказал Исаия: вот тебе знамение от Господа, что исполнит Господь слово, которое Он изрек: вперед ли пройти тени на десять ступеней, или воротиться на десять ступеней?

10. И сказал Езекия: легко тени подвинуться вперед на десять ступеней; нет, пусть воротится тень назад на десять ступеней.

11. И воззвал Исаия пророк к Господу, и возвратил тень назад на ступенях, где она спускалась по ступеням Ахазовым, на десять ступеней.

Исаия, глава 38

8. Вот, я возвращу назад на десять ступеней солнечную тень, которая прошла по ступеням Ахазовым. И возвратилось солнце на десять ступеней по ступеням, по которым оно сходило.

В библейском стихе упоминаются солнечные часы, построенные в Иерусалиме при царе Ахазе в VIII веке до н.э.

Одни из первых солнечных часов, найденных в захоронении Наут (Ирландия), датируются 5000 годом до н.э.

Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте - надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306-1290 гг. до н. э. Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце её прикреплён невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад.

Реконструкция по описанию Египетских солнечных часов из гробницы Сети I в послеобеденном положении. Утром они были развернуты в другую сторону.

Сделанные по такому принципу инструменты также были найдены. Один из них восходит ко времени правления Тутмоса III и датируется 1479-1425 гг. до н. э., второй - из Саиса, он на 500 лет моложе. На конце у них есть только брусок, без горизонтальной планки, а также имеется желобок для отвеса для придания устройству горизонтального положения.

Солнечные часы времен правления Тутмоса III. Эти часы так же требовалось разворачивать после полудня.

Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса. С одной стороны модели - две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня - на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу-вверх, в полдень тени не было. С другой стороны модели - две наклонные плоскости без ступеней, этот тип часов действовал аналогично часам со ступенями.

Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 до н. э. с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом. Плоскость ориентировалась на Солнце.

Рисунок часов с наклонной плоскостью. Примерно так выглядели часы из Кантары.

В 2013 году учёные Базельского университета сообщили о находке солнечных часов, предположительно вертикальных, возрастом в 3,3 тысячи лет, нарисованных на остраконе известняка. Они были обнаружены в Долине царей возле жилища рабочих между гробницами KV29 и KV61.

Часы – скафис.

По рассказу Витрувия, вавилонский астроном Берос, поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши - так называемым скафисом. Эти солнечные часы были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. Древние греки и римляне, как и египтяне, делили промежуток времени от восхода до заката Солнца на 12 часов, и поэтому их час (как мера времени) был различной длины в зависимости от времени года. Поверхность выемки в солнечных часах и «часовые» линии на них подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Последующие геометры и астрономы (Евдокс, Аполлоний, Аристарх) придумывали разнообразные формы солнечных часов. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда гномон, отбрасывающий тень, располагался параллельно оси земли.

Из Греции солнечные часы достигли Рима. В 293 г. до н. э. Папирий Курсор велел соорудить солнечные часы в храме Квиринал, а в 263 г. до н. э. другой консул, Валерий Мессала, привёз солнечные часы из Сицилии. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 г. до н. э. Марцием Филиппом.

Скафис - солнечные часы древних. На сфероидальной выемке нанесены линии часов. Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут, или шарик в центре инструмента. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Поэтому строились такие часы в том месте, где должны были и использоваться.

Горизонтальные солнечные часы.

Горизонтальные солнечные часы состоят из кадрана и гномона . Кадран устанавливается параллельно плоскости горизонта. Чаще всего гномон представляет собой треугольник, перпендикулярный плоскости кадрана, а одна из его сторон наклонена к ней на угол, равный географической широте места установки часов. Линия пересечения гномона и кадрана направляется параллельно полуденной линии - линии, вдоль которой в данном месте направлена тень вертикального стержня в истинный полдень.

Старинные горизонтальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы обычно размещают на стенах зданий и различных строений. Поэтому их кадран вертикален - перпендикулярен плоскости горизонта, но может быть повёрнут в различные стороны. От стороны, в которую повёрнут кадран, зависит расположение часовых делений на кадране. Симметричными относительно полуденного деления они будут лишь при кадране, обращённом строго на юг (географический, а не магнитный!) - в северном полушарии, или на север - в южном полушарии, иными словами - при кадране, перпендикулярном полуденной линии. Для так направленного кадрана гномон должен лежать в плоскости небесного меридиана, иными словами - быть перпендикулярным как плоскости кадрана, так и плоскости горизонта, а одна из его сторон должна быть параллельной земной оси.

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные Солнечные Часы на фасаде храма Мерафима Саровского в Помосковье. Инаерманский известняк, медь, 100х50см.

Вертикальные Солнечные часы, 1623. Реконструкция в 1991г.

В Московском планетарии установлены вертикальные солнечные часы, показывающие время и дату.

Это редкая конструкция солнечных часов, в которых гномон, указывающий на Полярную звезду, нижним концом соединен с диоптром. Световое отверстие в виде Солнца с короной отбрасывает зайчик на вертикальный щит-циферблат, на поверхности которого нанесена система дат и часов. Плоскость часов ориентирована в направлении запад-восток.

Сверху вниз по стенду идет веер прямых линий, размеряющих часы и минуты, а по горизонтали – пучок гипербол, вдоль которых тень от Солнца скользит в разные месяцы на разной высоте. Солнечный зайчик одновременно указывает время суток и время года.

Хорошо видно, что в день летнего солнцестояния, когда Солнце отдаляется максимально высоко от небесного экватора и достигает тропика Рака, зайчик ходит по нижней кромке координатной сетки. В дни весеннего и осеннего равноденствий солнечный круг пройдет по средней горизонтальной линии, по экватору. А зимой зайчик будет ходить по верхам.

Экваториальные часы.

Экваториальные солнечные часы так же состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона. Часовые деления на кадран наносятся через равные угловые промежутки, как на циферблате обыкновенных часов, а гномон обычно представляет собой металлический стержень, устанавливаемый на кадране перпендикулярно его поверхности. Затем кадран ориентируется в горизонтальной плоскости так, чтобы прямая, соединяющая основание гномона и часовое деление, соответствующее полудню, была направлена параллельно полуденной линии в сторону юга - для Северного полушария, или в сторону севера - для Южного полушария, и наклоняется относительно плоскости горизонта, соответственно, в сторону севера или сторону юга на угол α=90°-φ, где φ - географическая широта места установки солнечных часов. Кадран будет параллелен небесному экватору (отсюда - название этого типа солнечных часов), а поскольку небесная сфера в течение дня вращается равномерно, то и тень от гномона за любой час дня будет описывать равные углы (поэтому часовые деления и проводятся так же, как на циферблате обычных часов).

Схема Экваториальных солнечных часов. Их еще называют наклонными.

Равные угловые промежутки (t=15°) между соседними часовыми делениями, как на циферблате обычных часов, и перпендикулярность гномона кадрану являются основными преимуществами экваториальных солнечных часов над горизонтальными и вертикальными. Главный недостаток экваториальных солнечных часов - то, что они, в отличие от горизонтальных, будут работать только от дня весеннего равноденствия до дня осеннего равноденствия (в Северном полушарии весеннее равноденствие - в марте, осеннее - в сентябре, в Южном полушарии весеннее равноденствие - в сентябре, осеннее - в марте). В остальную часть года они работать не будут, поскольку Солнце будет находиться по другую сторону от плоскости небесного экватора, и вся верхняя поверхность кадрана будет в тени. Конечно, этот недостаток можно устранить, если сделать кадран в виде пластины, нанести часовые деления и на верхнюю, и на нижнюю поверхность, а гномон продолжить под пластину, но и тогда в дни, близкие к дню весеннего или осеннего равноденствия солнечные часы не будут работать - Солнце будет светить на пластину не сверху и не снизу, а сбоку.

В средние века арабские астрономы (Сабит ибн Корра, Ибн аш-Шатир, Абу-л-Хасан ибн Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось ещё направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы.

С введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники значительно упростилась: вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если штифт расположен по направлению земной оси, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол Солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору (экваториальные, или равноденственные часы); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.

Гномоника занималась составлением правил нахождения различных положений тени на этих поверхностях. Солнечные часы, как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных часов, которая указывала бы «средний» полдень в различное время года. В средневековой Европе гномоникой занимались: Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI в. Мюнстер был признан «отцом гномоники».

В Китае, в эпоху Чжоу применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпоху Цин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные - опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные - с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определённые инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове, и на странный узор («меандры») над ними. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли ещё в XI веке.

Во время царствования Анны Иоанновны, 23 августа 1739 года вышел сенатский указ, в соответствии с которым на дороге из Санкт-Петербурга в Петергоф устанавливались деревянные верстовые столбы-обелиски, в 1744 году был издан указ о столблении дороги из Санкт-Петербурга в Царское Село. Вместо верстовых столбов-обелисков впоследствии поставили «мраморные пирамиды» с оформлением по работам Антонио Ринальди. Некоторые из них имели солнечные часы, и путник мог узнать по ним расстояние и время. «Мраморные пирамиды» с солнечными часами сохранились в следующих местах: в Санкт-Петербурге на углу набережной реки Фонтанки и Московского проспекта (отмечающий одну версту от здания Почтамта) и в Пушкине у Орловских ворот, расположенных на южной границе Екатерининского парка. На «мраморной пирамиде» у Орловских ворот указана дата установки - 1775 год.

Солнечные часы - прибор для измерения времени по Солнцу, относится к простейшему хронометрическому прибору, который разработан на суточном движении Солнца, в редких случаях - годовом. Представляет собой древнейший научный измерительный инструмент, который не претерпел существенных изменений, пройдя сквозь века до наших дней. Солнечные часы - это прибор, в который было вложено все доступное познание человека древности относительно движения небесных тел.
Самые древние солнечные часы, о которых известно, были созданы примерно в 1500 г. до н. э. Они представляли собой каменные часы в виде бруска, длина которого составляла приблизительно 30 см, оснащенного Т-образным навершием, установленным на одном конце бруска. На брусок были нанесены засечки, представлявшие собой неодинаковые промежутки. Время определялось по этим насечкам. Устанавливались по отвесу горизонтально, каждое утро Т-образный конец устанавливался на восток, после обеда поворачивался на запад, полученная от верхней кромки тень и принималась за время. Многие древние солнечные часы относились к «неравным часам», которые разрабатывались на основе деления времени от восхода до заката Солнца на заданное количество составляющих. Протяженность светового дня за период полного года подвергается изменениям, вследствие этого зимой световой день короче, а летом длиннее. Солнечные часы создавались с часовыми линиями относительно определенных дней года, которые разделялись приблизительно одним месяцем, относительно дней равноденствий и солнцестояний.
Письменное описание солнечных часов относится к 73 г. до н. э., в Библии, двадцатой главе Книги Царств рассказывается о солнечных часах Ахаза, которые представляли собой обелисковые часы.

Начало христианской эры стало моментом открытия принципа наклонного гномона, это привело к созданию «равных часов», что позволяло определять более точное время. При установлении стержня гномона на полюс мира стержень представлял собой ось, параллельную экватору окружности, являющейся окружностью обращения Солнца. Эта окружность делилась на 4 равные части, что позволяло создать часы равной продолжительности. Солнечные часы точного и равномерного порядка стали представлять собой исключительно геометрическую и тригонометрическую деятельность. Развитие математики и астрономии способствовало усовершенствованию и солнечных часов. Очень долгое время созданием таких часов занимались мастера, которые владели гномоникой. В XIV-XVIII вв. достаточно широко изготавливались карманные солнечные часы высокой точности, которые считаются жемчужиной мирового часового искусства. Практически до XVIII в. применялись солнечные чат сы для хранения времени. Затем вместе с разработками, механических часов развивались и солнечные часы, которые создавались для установления среднего времени. С введением поясного времени солнечные часы также были ориентированы на поясное время. В XIX- XX вв. разработаны точные солнечные часы для измерения поясного времени, среднего солнечного времени на фиксированном меридиане, такие часы были названы гелиохронометрами.

Для установки солнечных часов находится специальное место, для которого определяются его широта, положение относительно горизонта и меридиана, где будут расположены часовые линии.
Главными частями солнечных часов являются циферблат, представляющий собой поверхность с нанесенными часовыми линиями, и гномон, предназначенный для отбрасывания тени. Край гномона, указывающий на время, в обязательном порядке устанавливаемый на полюс мира, получил название «указатель».

Высота указателя соответствует углу наклона указателя к циферблату. Центр циферблата представляет собой точку радиального расхождения часовых линий и является точкой пересечения указателя с плоскостью циферблата.

На указателе находится специальная точка, называемая узлом, тень от узла предназначена для отсчета высоты, склонения, азимута, времени.

По солнцу определяют время тремя способами:

1) измерение времени основано на часовом угле от меридиана, применяется в обычных садовых солнечных часах;

2) состоит на измерении высоты над горизонтом;

3) измерение высоты по азимуту, т. е. по углу, расположенному между направлением на точку юга и вертикальным кругом, движущимся через Солнце, измеряется в плоскости горизонта, также для измерения по азимуту необходим вертикальный указатель у гномона.

Во многих стационарных солнечных часах определение времени основано на способе измерения часового угла. Остальные способы используются для портативных солнечных часов.

Время подвергается трем методам индикации: тенью, световой точкой, магнитной стрелкой. Для основной части солнечных часов свойственна индикация тенью, в редких случаях в стационарных часах используется индикация света, три метода употребляются только в портативных солнечных часах. Магнитная стрелка применяется в солнечных часах двух видов. К первому относятся часы с часовыми отметками, расположенными на корпусе компаса квадратной формы, при этом корпус поворачивается с исчезновением тени на его боковых гранях, затем по ориентациям стрелки определяют время. Второй тип солнечных часов с магнитной стрелкой представляет собой часы с часовыми отметками, расположенными на эллиптическом поясе, перемещающемся относительно дня года. Такой подход характерен для большого количества азимутальных часов, при этом корпус разворачивается до момента исчезновения тени на боковых гранях. Далее, ориентируясь по указаниям стрелки, определяют время. Отмечено достаточно точное измерение времени при помощи солнечных часов такого типа. Их недостаток состоит в отклонении магнитной стрелки от истинного направления на север.

Солнечные часы горизонтального типа стали самыми распространенными, они часто устанавливаются в городских садах и парках.

Вертикальный циферблат используется на часах, установленных на стенах, которые ориентированы по сторонам света. В случае неориентирования стен по сторонам света применяется повернутый циферблат.
Склоненные и отклоненные типы предназначены для многосторонних часов, включающих в себя 3 и даже больше циферблатов, таким часам свойственна форма куба. Циферблаты при этом наклоняются к наблюдателю или отклоняются от наблюдателя. Солнечные часы такого типа располагают на гребнях стен, которые ориентированы по сторонам света, или на крышах. Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты предназначены для установления на строениях, которые не ориентированы по сторонам света.

Экваториальные и полярные солнечные часы оснащаются плоскостями циферблатов, которые параллельны плоскости экватора и полярной оси соответственно.

Аналемматические экваториальные часы оснащались стрелкой, направленной перпендикулярно плоскости часовой шкалы, расположенной не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, даже прямо на земле. Для измерения при помощи аналемматических часов времени необходимо вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и вместе с этим перемещать стрелку в меридиональной плоскости относительно времени года. Солнечные часы такого типа были описаны в астрономических трудах XVI в., однако применение для определения времени было детально разработано в середине XVIII в. астрономом Джозефом Джаромом Лаландом, являвшимся директором Парижской обсерватории.
Армиллярные солнечные часы обеспечиваются экваториальным циферблатом, оснащаются несколькими кольцами, отождествляющими большие круги земной и небесной сферы, количество которых может исчисляться десятками. В этих часах часовые деления расположены во внутренней части экваториального круга. В часах установлен стержень, показывающий полярную ось.

Рефракционные солнечные часы оснащались чашей с часовой шкалой и теневой стрелкой. В основе действия лежит принцип преломления светового луча, проходящего наклонно на плоскость раздела двух разнообразных сред.

Чаша наполняется водой на заранее установленную высоту, преломление происходит на разделе воздуха и воды. Полученный при этом преломленный луч направлен на установленную в воду временную шкалу, определяя время.

Изготавливались рефракционные часы в виде кубков или сосудов.

Зеркальные солнечные часы созданы на основе отражения солнечного луча при помощи зеркала на циферблат, который устанавливался на стену дома. Впервые такие часы упоминаются Бене-диктусом в научных трудах, которые были изданы в 1754 г. в Турине. На замке в Ольштыне сохранился циферблат для зеркальных солнечных часов, создание которых приписывается Николаю Копернику. Довольно широкое распространение солнечные часы такого типа получили в начале XVII в.

Цель статьи: Узнать историю возникновения солнечных часов. Составить задачи для учеников 7 класса с использованием материала, связанного с возникновением и развитием солнечных часов.

Педагогическая цель: способствовать развитию интереса к истории борьбы человеческого гения за понимание и овладение силами природы на примере совершенствования солнечных часов, воспитанию бережного отношения к памятникам старины.

Интерес к прошлому стал характерным признаком современного общества. Для того чтобы понять происходящее надо заглянуть в далекое прошлое.

В предлагаемой статье предпринята попытка дать характеристику солнечным часам. Вопрос о значимости солнечных часов актуален, так как, несмотря на все достижения современной техники связи, каждый корабль сегодня непременно имеет морской хронометр, настроенный по солнечному времени для определения географической долготы и в случае отказа ультрасовременной космической аппаратуры, пользуются дедовскими методами перевозки часов, открытыми еще в 1510 году. Основополагающий вопрос проекта можно сформулировать словами Маршака:

Была нам стрелкой солнечная тень,

И солнце было нашими часами.

Лениво время, как песок, текло,

Но вот его пленили наши предки,

Нашли в нем лад, и меру, и число.

С тех пор оно живет в часах, как в клетке.>>

У меня две причины написать эту статью- это любовь к памятникам старины и огромный интерес к математике.

И станет на земле ещё теплее>> (В. Мигуля)

Древнее желание человека соотнести течение собственной жизни с вечным движением небесных тел с незапамятных времен находило свое воплощение в различных средствах измерения времени. Первым его помощником при этом было солнце, а первыми солнечными часами был гномон.

Солнечные часы - это единственный и, увы, забытый инструмент измерения того времени, которое называется истинным или местным солнечным. Именно по этому времени живет природа и наша Земля, и только такое время имеет объективный смысл.

Солнце являлось первыми часами для человека. Давным-давно человек определял, сколько времени, взглянув на солнце, как оно движется по небу. Было легко отличить восход солнца от заката, но значительно трудней узнать время, когда солнце поднималось над горизонтом. Именно в эти дневные часы было трудно назвать время, ориентируясь по солнцу.

Невольно возникает вопрос: как были открыты солнечные часы? Где и когда их впервые изобрели? Какие виды солнечных часов существуют? На все эти вопросы я попытаюсь ответить в своей работе.

ПЕРВЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ

Человек заметил, что длина тени изменяется в течение всего дня. Стало ясно, что точней можно определить время, если глядеть на тень, а не на солнце. От этого открытия оставалось всего один шаг до изобретения солнечных часов, которые на самом деле являются теневыми часами. Вместо попыток взглянуть на солнце и связать с этим время дня, лучше взглянут на тень, которая отражает положение солнца на небе.

Первыми солнечными часами был просто столб, воткнутый в землю. Камни, размещенные вокруг столба, показывали положение тени, как она двигается в течение дня. Так человек мог измерить текущее время.

Солнечные часы были важнейшим и самым распространенным простейшим хронометрическим прибором. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска, неизвестна. Некоторые исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н. э. Самым старым из сохранившихся письменных документов о солнечных часах, датируемых 732 г. до н. э. , мы находим в Библии, в двадцатой главе Книги Царств. Здесь упоминаются обелисковые солнечные часы царя Ахаза, жившего около 732 г. до н. э. Найденные древнеегипетские солнечные часы XIII и XV вв. до н. э. свидетельствует о том, что действительный период возникновения солнечных часов был значительно раньше, чем это вытекает из известных до сих пор письменных памятников.

Итак, гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени (на греческом языке > означает >. О том, что египтянам эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца, говорят записи древних писателей Аристофана, Атенея, Эвбола и других. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны на общественных площадях, на рынках. Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н. э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.

Живший в I веке до н. э. архитектор Марк Витрувий Поллион оставил нам следующие сведения о конструкции солнечных ча - сов древнего мира и их изобретателях: >.

Итак, солнечные часы состоят из предмета, дающего резкую и длинную тень, и циферблата, на котором нанесены деления, соответствующие часам и долям часа. Получение отсчета времени с помощью солнечных часов основано на том, что в течение дня тень, отбрасываемая предметами, освещенными Солнцем, все время изменяется. Она перемещается, одновременно меняя свою длину: рано утром тени длинные, затем они укорачиваются, а после полудня снова удлиняются. Утром тени обращены к западу, в полдень в нашем северном полушарии - к северу, а вечером - к востоку. В соответствии с этим отсчитывать время можно двумя способами по длине тени или по ее направлению. Второй способ более удобен и точен.

Многие ученые и изобретатели древнего мира занимались улучшением солнечных часов. Для того чтобы сде - лать их пригодными для любого дня и месяца, циферблат солнечных часов делался в виде многих линий с деления - ми, из которых каждая предназначалась для определенного месяца. Такими, например, были солнечные часы древне - греческого астронома Аристарха из Самоса. В этих часах циферблат имел форму чаши с прочерченной на ее внутренней поверхности сложной сетью линий. Часы другого древнегреческого астронома, Эвдокса, были названы > - паук, вследствие того, что сложная сеть линий их циферблата напоминала паутину. К этому же типу принадлежат сохранившиеся до наших дней солнечные часы Андроника из Кирра с сеткой делений, рассчитанной на разные месяцы года.

Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III - первой половине XV в. до н. э. Это сравнительно небольшой прибор, горизонтальная часть которого - линейка с хронометрической шкалой длиной около 30 см - имеет другое, перпендикулярное плечо, отбрасывающее тень на шкалу.

Известны более ранние сведения о солнечных часах в Древнем Египте, например изображение солнечных часов и способа пользования ими на гробнице Сети около 1300 г. до н. э.

При измерении времени линейка со шкалой устанавливалась так, чтобы тень вертикального плеча под линейкой падала как раз на линейку со шкалой. Расстояние конечной точки тени от нулевой прямой у основания указателя указывало время суток.

Другим видом египетских солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток - запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей - восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.

На описанных выше солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Самым старым доказательством этого являются, конечно, вертикальные солнечные часы из слоновой кости, украшенные мифологическими рельефами, найденные при раскопках в месте Гезер в Палестине. Они восходят к эпохе правления фараона Мернефта в начале XIII в. до н. э. Другие настенные вертикальные солнечные часы были обнаружены тоже при раскопках в Луксоре. Хронометрические шкалы этих часов были различными. Портативные часы с перпендикулярной плоскостью тени имели деления через 13°, а стационарные часы - через 15°. Для получения правильного показания времени было необходимо, чтобы верхняя линия шкалы была горизонтальной и чтобы шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку египтянам того времени компас еще не был известен, они с этой целью вынуждены были вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.

Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год - в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

До сих пор сохранился египетский обелиск высотой в 34 метра. Считается, что в царствование Августа он был перевезен из Египта в Рим и по указанию императора установлен на Марсовом поле, а руководил этой операцией математик Факундус Новус. Гномон поставили в центре специальной панели, на которой начертили циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых частей. По словам Плиния Старшего, обелиск служил для определения времени года и долготы дня. Он простоял несколько веков, но в эпоху упадка Древнего Рима был сброшен и надолго забыт. В 1463 году его опять нашли, но только в 1792 году вновь установили на площади Монтечиторио в Риме, где он стоит и поныне.

Первая встреча греков с солнечными часами произошла, по-видимому, на острове Додеканес, куда их занесли халдеи. Завоевание Вавилона Александром Великим способствовало слиянию халдейской и эллинской культур. И Анаксимандр Милетский, который будто бы установил в Греции первый гномон в конце V в. до н. э. , черпал свои знания, по-видимому, в Египте, где он изучал астрономию. Указывают, что именно Анаксимандр построил в Спарте в 547 г. до н. э. первые солнечные часы. Однако первоначально эти часы были предназначены не для измерения времени суток, а для контроля и корректирования календарных данных.

Среди простого народа распространился обычай измерять время длиной тени от собственного тела. Знание времени имело для грека важное значение, так как, помимо срока его трудовых обязанностей, время указывало на приближение желанного момента для подкрепления пищей и для отдыха. В книге >, написанной примерно около 400 г. , Палладий указывает, что длина тени измерялась также длиной человеческой стопы. Правильность этого утверждения Палладия подтверждают и таблички, вытесанные на античном храме V-VI вв. в Техсе в Нубии. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, описывает в своем сочинении > не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы - так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320- 250 гг. до н. э. , который изготовил также солнечные часы с полукруглыми шкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса (ученик Платона), живший в 408-356 гг. до н. э.

Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.

В Рим солнечные часы попали из Греции. Римский военачальник Папириус Курсор приказал в 93 г. до н. э. построить солнечные часы в храме Квиринал, а через 30 лет после этого консул Манлиус Валериус Мессала привез из Сицилии другие солнечные часы, которые затем установили на Римском форуме рядом с ораторской трибуной. Эти часы служили в Риме почти 100 лет - до 164 г. до н. э. , пока Квинтий Марцин Филиппус не построил рядом с ними другие солнечные часы. Около 250 г. до н. э. в Риме появились портативные солнечные часы в виде пластинок из бронзы или слоновой кости. При раскопках в 1755 г. нашли портативные бронзовые солнечные часы римского происхождения, засыпанные в Портице при извержении Везувия в 79 г. На поверхности часов имелось семь горизонтальных и вертикальных кругов, а под ними - названия 12 месяцев. На правой стороне был стержень, выполнявший роль гномона.

Около 24 г. до н. э. Витрувий упомянул о дорожных солнечных часах. Правдивость его сообщения подтвердили раскопки, произведенные в 1894 г. у Форбаха, при которых были обнаружены такие часы в виде бронзовой пластинки диаметром 47 мм с пятимиллиметровым ободом и двумя отверстиями: одним - для подвески, а вторым - для прохождения солнечного луча.

Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года. При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов.

СРЕДНЕВЕКОВЬЕ

В течение XVI столетия и позже в Англии стали изготовлять солнечные часы, которые уже не только прикреплялись к зданиям или строениям, а могли устанавливаться отдельно. Их конструкция была весьма разнообразна, часто она отражала возврат к ранним античным типам часов. В камнях выдалбливали полости и наносили часовые линии, на которые и падала тень от гномона. Циферблаты с полостями, высеченными в камне, стали так варьировать по форме, что в результате появились циферблаты, неизвестные древней гномонике: полусферические, в форме сердца, цилиндрические, прямоугольные, с косым наклоном, которые образовывались в камнях, имеющих горизонтальные, вертикальные плоскости и т. д. , что разнообразило формы солнечных часов. Создавая комбинации полостей, высеченных в камнях, с различными плоскостями, стремились так усовершенствовать солнечные часы, чтобы они были не только хорошим инструментом для измерения времени, но и предметом украшения. Кроме того, они вызывали широкий интерес к изучению гномоники.

Устанавливая их во дворцах, садах, на площадях и скверах, стремились вписывать их в местную архитектуру.

В 1582 г. вертикальные солнечные часы с наклонным центральным стержнем были установлены в портале Шартрского кафедрального собора (Франция). Циферблат этих часов начерчен на полукруглой каменной плите, удерживаемой ангелом, полным величия и достоинства византийских фигур. Не менее величественна фигура юноши, держащего полукруглую каменную плиту с начерченным на ней циферблатом вертикальных солнечных часов, которые находятся в портале Страсбургского собора.

Циферблаты солнечных часов полукруглой формы с часовыми линиями, расходящимися в виде лучей от центрального гномона, весьма типичны для средних веков.

С начала XVI в. и позднее солнечные часы, устанавливаемые на общественных зданиях, на кафедральных соборах, были уже приспособлены к учету равных часов при помощи гномона, поставленного параллельно земной оси. Одни из таких часов, установленные на стене общественного здания и относящиеся к 1695 г. , показаны на рисунке.

В соборе одного монастыря такой гномон был установлен даже в 1829 г. Самый большой гномон, который можно видеть и теперь, был установлен на куполе Флорентийского собора в 1467 г. Павлом Тосканским. Отверстие было сделано на высоте 90 м над основанием собора. В 1502 г. был установлен гномон на южной стене церкви св. Лаврентия в Нюрнберге Иоганном Стабиусом. 19-метровый гномон устроил в 1636 г. Гассенди в марсельской церкви. Игнатий Данти сделал гномон высотой 25 м в Болонье в церкви св. Петрония. В 1653 г. эта церковь была перестроена Джиованни Франческо Кассини. Бианчини построил в домовой церкви в Риме два прекрасных гномона в 21 и 25 м. Сулли и Лемонье в Париже устроили гномон в 26 м в церкви св. Сульпиция.

В 1786 г. астрономами Цезарем и Рожжио гномон был установлен в соборе Милана. В старинных обсерваториях гномоны еще встречаются, но в новое время ими уже не стали пользоваться, поскольку они не обеспечивают той точности определения времени полудня, какая достигается при помощи других инструментов

Самыми ранними типами портативных солнечных часов являются >. Портативные солнечные часы, ориентированные на определение времени не по длине тени, а по изменению направления тени, получили распространение в Западной Европе только после того, как она перешла на исчисление времени по равноденственным часам и вошел во всеобщее употребление компас. Наиболее ранние известные нам часы с компасом относятся к 1451 г. ; они хранятся в музее Фердинанда в Инсбруке. Приблизительно с 1500 г. в Европе пробудился интерес к созданию солнечных часов, которые могли бы показывать равные по длительности часы.

Много изобретательности было проявлено в изготовлении переносных солнечных часов. В течение XVII - XVIII вв. солнечные часы продолжали еще применяться.

Кроме солнечных часов, годных для определения времени в светлые часы дня, в Европе был известен прибор для определения ночных часов - ноктурнал (nocturnal), изобретенный в 1520 г.

и применявшийся в навигационной практике до 1700 г

Звездное время превращается в солнечное и может быть определено с точностью до 15 мин. При помощи ноктурнала полдень и полночь с приблизительной точностью могут быть зафиксированы. Широта места находится по результатам определения полудня. Ноктурналы по устройству весьма сложны.

Портативные солнечные часы, измеряющие время по изменению длины тени, находим уже в древнем мире. Такими часами были солнечные египетские часы, римские часы, выполненные в виде свиного окорока. Известно применение часов такого типа и в Индии. Паломники, приходившие с далекого севера в священный город Бенарес, несли с собой солнечные часы- посохи

В Западной Европе > портативные солнечные часы имели цилиндрическую форму, поскольку их проще было изготовить. До нас дошли экземпляры таких часов, относящиеся к XIII в. Часовые линии проведены по вертикали вдоль цилиндра, а гномон расположен горизонтально над циферблатом. Эти цилиндрические часы назывались также >, > или >. Они представляли собой небольшие цилиндры из дерева или слоновой кости, заканчивавшиеся фигурной крышкой, на которой был шарнирно укреплен гномон.

Когда часами пользовались, гномон поворачивали и устанавливали против деления соответствующего месяца, цилиндр ставили вертикально, кончик гномона должен был быть направлен на Солнце; падая на изогнутые часовые линии, тень показывала время.

В XVII в. нередко изготовлялись часы в виде блокнотов. Циферблат был выгравирован на их золоченых бронзовых обложках. Кольцевые солнечные часы широко использовались в Германии в XVII - XVIII вв.

С XVI в. в Западной Европе стали входить в моду переносного типа солнечные часы.

Наибольшее распространение они получают в Англии и Германии. Были часы, которые ставились на стол, были такие, что носились на цепочке. В XVI - XVII вв. можно было встретить немало солнечных часов портативного типа, представлявших собой драгоценные изделия, изготовленные из слоновой кости, украшенные драгоценными камнями.

Более удобным является устройство для определения утренних и вечерних часов на солнечных часах из Аугсбурга, которое было изготовлено в 1720 г. Часовой циферблат снабжен там двумя часовыми окружностями или, скорее, сегментами. Часовые окружности регулируются для определенной широты с помощью небольшого квадранта, находящегося между ними, так что они сами устанавливаются относительно плоскости экватора, а звездочка, выгравированная на подставке градуированного квадранта, указывает направление стран света. Под прямоугольной плитой основания находится вращающийся вечный календарь и список, в котором перечислены 40 городов с указанием их широты

На рис. показаны солнечные часы, изготовленные в Лондоне около 1620 г. На этом циферблате солнечные лучи, проникая через специальное отверстие, падали на центральную линию часовой окружности и показывали время. Гномон представлял собой небольшое отверстие в скользящей бронзовой пластинке, передвигаемой в соответствии с временем года. Чтобы определить время, предполагали, что внешняя окружность являлась меридиональной окружностью, часовая окружность - экватором, а пластинка с прорезью, по которой скользит гномон, - полюсом.

Есть много разновидностей этого квадранта, некоторыми из них пользовались до конца прошлого столетия даже в Англии.

Солнечные часы, по форме напоминающие древний корабль с башнями на каждом конце, возможно, изготовлены в Германии в конце XVI в. Время на них отмечается с помощью отвеса.

Значительное удобство в пользование солнечными часами внесло применение компаса. С конца XIII в. в Англии появляются солнечные компасные часы. Обычно они представляли собой небольшую круглую латунную коробочку с компасом, над которым находился горизонтальный солнечный циферблат. Гномон укреплялся так, чтобы крышка могла закрываться.

Внимание, уделяемое солнечным часам королями и вельможами, нередко заставляло строителей часов стремиться не только к тому, чтобы сделать их более точными, но и эффектными или забавными. Механик Ренье сделал солнечные часы, которые с помощью стекол, пороха и колокольчиков в полдень сами поднимали трезвон. Мастер Руссо сделал еще более оригинальный указатель времени: с помощью соответствующим образом установленного и направленного зажигательного стекла он добился того, что солнечный луч управлял пушкой, заставляя ее стрелять в определенное время.

СРЕДНИЙ ВОСТОК

Развитие астрономии на Среднем Востоке связано со становлением Арабского Халифата в VII - VIII вв. Введение новой эры "хиджры", исчисляемой со дня перехода пророка Магомета из Мекки в Медину (16 июля 622 г.), повлекло за собой необходимость создания нового календаря с датами мусульманских обрядов.

Бурное развитие и расширение государств требовало всё более глубоких знаний математики и астрономии, вследствие чего начали создаваться астрономические обсерваторию. В начале XV века возникла самаркандская астрономическая школа, идейным и научным вдохновителем которой был Улугбек (сын Шахруха, родился 22 марта 1394 года в военном обозе своего знаменитого деда Амира Тимура во время стоянки в городе Султании (ныне это территория Ирана). Рождение Улугбека ознаменовалось актом милосердия: в честь рождения внука Тимур, воевавший тогда в Месопотамии, объявил пощаду жителям покорённого накануне города Мардина и отменил уже назначенную дань.)

Судьба предназначала ему участь наследника престола великой империи, а природный талант, ум и целеустремлённость открыли путь к научному подвигу.

Главным детищем Улугбека, а может быть и главной целью его жизни, стала обсерватория, которая была построена в 1428-29 годах на скалистом холме у подножия возвышенности Кухак (современный Чупан-Ата) на берегу арыка Обирахмат и представляла собой трёхэтажное здание, покрытое прекрасными изразцами. На стене своего дворца Улугбек установил солнечные часы.

Природа щедро наделила Улугбека талантом ученого: острый глаз, великолепная память, широчайшая эрудиция, приверженность идее и целеустремленность в ее осуществлении. Созданная им астрономическая школа по праву считается золотым веком средневековой астрономии.

Увлечение Улугбека наукой, его просветительская деятельность вызвали ожесточение реакционно настроенных шейхов. 27 октября 1449 г. старший сын Улугбека Абдал-Латиф, подстрекаемый ими, убил отца и захватил власть. Обсерватория была разрушена, но библиотека Улугбека и его главный труд, к счастью, были спасены. Один их главных сподвижников Улугбека Али-Кушчи покинул Самарканд и уехал в Герат. Ему удалось вывезти звёздный каталог и другие сокровища библиотеки Улугбека. Таким образом, можно предположить, что обсерватория Улугбека работала, и в ней производились наблюдения ещё в течение почти двадцати лет после убийства великого учёного, и только потом она была разрушена, пришла в запустение, а с течением веков и вовсе было забыто её местонахождение.

После разгрома Самаркандской обсерватории и падения Константинополя астрономические исследования на Ближнем и Среднем Востоке надолго замирают. И только в XVII и XVIII вв. в Индии возрождается интерес к астрономическим исследованиям. Это подтверждается двумя индийскими манускриптами, составленными Абу Мулла-Фаридом Деклеве - придворным астрономом индийского шаха Джаконе (1628 - 1698), и магараджей Савай-Джай Сингхом (1686 - 1743).

Савай-Джай Сингх создал свою первую обсерваторию в Дели около 1724 г. Затем в 1734 г. основал в Джайпуре обсерваторию еще большего размера, чем в Дели. Затем он создал небольшие обсерватории в Уджане, Бенаресе и Муттре. На них были установлены гигантского размера экваториальные солнечные часы Самрай, представлявшие собой целые архитектурные сооружения из камня. Все они подобны часам, которые были созданы в Дели - первой обсерватории Сингха. Отличались они лишь размерами.

Гномон этих часов представлял собой архитектурное сооружение в виде прямоугольного треугольника с вертикальным катетом 27 м. Гипотенуза длиной 45,1 м направлена к оси мира. По обеим сторонам гномона расположены западный и восточный квадранты (четверть круга). До полудня тень падает на западный, а после полудня - на восточный квадрант. Плоскость квадранта параллельна плоскости экватора, а гномон перпендикулярен плоскости квадранта и установлен, как нам уже известно, параллельно оси мира.

Западнее экваториальных солнечных часов были установлены еще 12 других солнечных часов: они являлись уменьшенными копиями >, но с той разницей, что плоскости квадрантов у них были ориентированы по отношению к плоскости эклиптики. Каждый из них был расположен в своем знаке зодиака. Савай-Джай Сингх, создавая обсерватории с исполинскими размерами основного инструмента, следовал традиции Самаркандской обсерватории.

Имеется описание деревянных восьмигранных палок длиной 160 см, с металлическим острием и с вырезанными часовыми шкалами. Это солнечные часы (ашадах), которыми пользовались в Средние века индийские паломники. В ручке такой палки просверливали обычно четыре сквозные отверстия, в которые над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование > эти часы получили по тому сезону (июнь - июль), в котором совершались паломничества.

СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ РУСИ

Традиционно считалось, что в России часовое дело было не в почете. Но это не так. Даже в совсем древних документах XI века, летописцы Великого Новгорода указывали не только дни, но и часы событий, показавшихся им достойными упоминания. Конечно, в это время Русь жила по солнечным часам.

При реставрации Спасо-Преображенского собора в Чернигове (1036 г.) были обнаружены уникальные солнечные цилиндрические часы. Одна из башен собора, называющаяся Красный терем, имела двух ярусную систему неглубоких ниш и своеобразный декор. Расшифровка декора и изучение ниш показало, что вся башня является громадными солнечными часами. Солнце летом попадает последовательно в каждую из семи верхних ниш, обеспечивая показания прибора времени с 11 до 17 часов и зимой с 10 до 15 часов, когда в работу включаются ниши нижнего яруса и выступы - водоотливы, орнаментованные знаками зодиака. Подобные культовые постройки с часами имелись во Владимире, Ярославле, Новгороде, Суздале, Ростове, Киеве но, к сожалению, до нашего времени они не сохранились.

В 1569 г. на колокольне Святогорского монастыря в 4 км от Михайловского (Пушкинский заповедник) имелись солнечные часы. Над теремом царевича Дмитрия, сына Ивана IV и Марии Нагой (1582-1591), имелись "настоящие солнечные часы столбиком". Сохранившиеся документы свидетельствуют, что царь Михаил Федорович приобрел у московского купца Михаила Смывалова солнечные часы.

Петр Великий лично сконструировал несколько видов солнечных часов. Сохранилось их описание. Соратник Петра Яков Брюс, выйдя в отставку, построил в своем подмосковном имении Глинки мастерскую, где изготавливал солнечные часы и другие точные приборы.

В XVIII-XIX в. по проекту архитектора Антонию Ринальди в мастерских, обслуживающих строительство и отделку Исаакиевского собора в С. Петербурге, были изготовлены мраморные верстовые столбы для царскосельской и петергофской дорог. Столбы эти были снабжены солнечными часами, а некоторые из них сохранились до сих пор.

В 1795 г. князь Потемкин организовал в с. Купавна под Москвой часовую мануфактуру. Там крепостные мастера изготавливали несколько видов солнечных часов. Эти часы пользовались известностью и хорошо продавались. В XVIII в солнечные часы очень популярны в помещичьей среде. Их устанавливают на стенах усадебных построек, либо на специальных колоннах в барских дворах или приусадебных парках. Солнечные часы - элемент престижа, символ принадлежности к образованной и богатой элите. Умение пользоваться солнечными часами позволяет подчеркнуть свою исключительность. Например, в 1790 г. полковник Черниговского полка, а позднее генерал Милорадович П. С. , переезжал из одной усадьбы в другую. Стационарные солнечные часы были разобраны и переехали вместе с ним. Солнечные часы становятся едва ли не обязательным атрибутом садово-паркового хозяйства. Их устанавливают для себя не только известные аристократы, но и небогатые помещики, и даже крестьяне. Гномоника входит в образовательные программы и излагается в курсе математики.

В середине XIX в. солнечные часы в России встречались уже повсеместно. Их можно было увидеть не только в уездных городах, но даже на почтовых станциях.

Солнечные часы, как прибор для определения времени и как элемент культуры сохранились вплоть до начала XX века. В деревне Глухово, Владимирской области, в доме-музее великого русского ученого Жуковского Н. Е. сохранилась тумба с солнечными часами. Николай Егорович пользовался этими солнечными часами до 1919 г. Гномон их сейчас утрачен, циферблат полустерт.

Совершенствование маятниковых и пружинных часов, развитие радиосвязи, введение общемировых стандартов времени привели к тому, что трудная наука гномоника стала не нужна. Солнечные часы по инерции продолжали строить, однако масштаб этой деятельности был уже не тем. О гномонике вспоминали лишь в самых тяжелых обстоятельствах. В блокадном Ленинграде из-за отсутствия электроэнергии не работали электрические часы на улицах. Профессор Прянишников построил солнечные часы. Они простояли до самого конца Великой Отечественной войны.

Сейчас сохранились отдельные экземпляры солнечных часов. До сих пор украшают города России солнечные часы, изготовление которых происходило позднее, вплоть до ХХ века. Только в Москве старинные солнечные часы можно увидеть на Никольской улице, в Новодевичьем монастыре, в Коломенском, на здании Московского университета на Манежной площади.

Солнечные часы в Кадашевском переулке, дом 7. Храм Воскресения Христова в Кадашах.

Солнечные часы на стене Лопухинских палат на территории Новодевичьего монастыря.

Эти солнечные часы установлены на пешеходной аллее Космонавтов, ведущей к Мемориальному музею космонавтики. ВДНХ.

Уникальные в своем роде солнечные часы появились в мае 2008 года у нас в Сибири, в городе Новосибирске. Их установили на левом берегу Новосибирска, в парке имени Кирова. По словам создателей, часов подобной конструкции больше нет ни в Сибири, ни на Дальнем Востоке.

В древности солнечные часы имели широкое распространение. Недостаток солнечных часов в том, что они бесполезны в отсутствии солнца. Но как сказал Козьма Прутков: "Стоящие часы не всегда испорчены. " И сегодня солнечные часы можно увидеть в Санкт-Петербурге. В музее Арктики и Антарктики хранятся трое солнечных часов, обнаруженных при раскопках в Сибири. Солнечные часы сохранились на Московском проспекте и на Васильевском острове в Санкт-Петербурге, а также в городе Пушкине у Орловских ворот.

Поэтому солнечные часы сегодня не только раритет. Несмотря на все достижения современной техники связи, каждый корабль сегодня непременно имеет морской хронометр, настроенный по солнечному времени для определения географической долготы и в случае отказа ультрасовременной космической аппаратуры, пользуются дедовскими методами перевозки часов, открытыми еще в 1510 году.

Солнечные часы были свидетелем появления водных часов, механических и даже атомных и пережили их все, потому что свойства солнечных часов уникальны. Они не только соединяют два мира: земной и космический. Они напоминают о самой главной тайне вселенной - о том, что кто-то более сильный и мудрый, чем мы, заводит их стрелки, о том, что время необратимо и что каждое прожитое мгновение бесценно.

Солнечные часы подобны человеческой душе. Они > только когда светло. Время бурь и штормов они не учитывают.

> солнечных часов заводит сам Бог. Солнце, планеты, звезды и вообще вся видимая вселенная вращаются вокруг их стрелки. Ресурс этого механизма вечен.

Солнечные часы - это символ того, на чем построена наша цивилизация. Символ знания.

CARPE DIEM - ЖИВИ НАСТОЯЩИМ - трудно найти более уместный девиз для солнечных часов, чем этот. Это латинское изречение принадлежит Горацию. Повествование о солнечных часах хочу закончить словами И. А. Бунина:

Позеленел наш медный циферблат.

Но стрелку нашу в диске циферблата

Ведет сам бог. Со всей вселенной в лад.>> Я думаю, что задачи, составленные мной, будут интересны не только семиклассникам, а всем кто интересуется математикой и историческими памятниками старины.

В солнечный день любой столб отбрасывает тень. Чтобы узнать сколько времени, люди мерили тень шагами. Утром она была длиннее, в полдень становилась совсем коротенькой, а к вечеру опять удлинялась. Столб, которым пользовались как часами, назывался гномоном.

Гномон - солнечные часы, были первыми часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. У многих народов эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца.

Индийские нищенствующие монахи - факиры превратили в часы обыкновенную дорожную палку – посох. Посох этот был восьмигранный. Наверху в каждой грани высверлено отверстие, в которое вставлялась маленькая палочка. Чтобы узнать, который час, факир поднимает свой посох, держа его за шнурок. Тень, падающая от палочки на грань отвесно висящего посоха, показывала время. На грани посоха вырезаны черточки, обозначающие часы. Но зачем нужно столько граней? Казалось бы, достаточно и одной, но дело в том, что в разное время года видимый путь солнца различен. Поэтому и тень, которая во всем зависит от солнца, ведет себя летом и зимой неодинаково. Летом солнце поднимается на небе выше, чем зимой; оттого тень в летний полдень короче, чем в зимний. Вот почему посох сделан многогранным. Каждая грань размечена для одного какого-нибудь времени года и не годится для другого.

Представьте себе древний город Вавилон около 3,5 тысяч лет тому назад Каждый день от восхода до заката Солнца наверху старинной башни, где была обитель верховного божества Эилиля, находился дежурный жрец и наблюдал за движением солнечной тени от вершины столба.

Стоило тени коснуться очередной линии, как он подносил ко рту рог и громко оповещал: «Знайте, свободные и рабы, миновал еще один час после восхода Солнца!»

Из Вавилона солнечные часы разбрелись по миру. Раньше по главной площади древнегреческого города Афины бегали люди-часы и сообщали желающим, который час. Они узнавали время по единственным в городе солнечным часам и за мелкую монету сообщали время. Вавилоняне научили древних греков делить время на равные промежутки - часы. Они же научили греков строить новые солнечные часы - первые часы с циферблатом.

В солнечных часах небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоскости (кадран), разграфленной линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона.

Исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э.

Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.

Известны более ранние сведения о солнечных часах в Древнем Египте, например, изображение солнечных часов и способа пользования ими на гробнице Сети около 1300 г. до н.э

Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III – первой половине XV в. до н.э. Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

В Средние века солнечные часы могли выглядеть неожиданно. На площади, опираясь на косу стояла скульптура старухи-смерти, а древко ее косы являлось гномоном горизонтальных часов.

Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Кроме горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.

Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома.

Солнечные часы встречались не только в виде часов, расположенных на открытом воздухе – на земле. колоннах и т.п., но и в виде небольших настольных часов.

Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат этих часов, встречающихся довольно часто в Германии и в Англии, обычно состоит из мозаичной филенки, залитой свинцом. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.

Существовали и переносные солнечные часы, но они показывали правильное время, если были верно установлены, т.е.сориентированы.

К первым создателям солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном Региомонтан, работавший в середине XV в. в Нюрнберге. Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что солнечные часы стало возможным использовать повсеместно и появились их портативные, карманные или дорожные модели.

В 15-16 вв. пользовались карманными солнечными часами. Когда крышку коробочки поднимали, между ней и донцем натягивался шнурок - гномон. На донце - горизонтальный циферблат, а на крышке - вертикальный. Встроенный компас позволял развернуть гномон к северу, а миниатюрный отвес - держать коробочку горизонтально. Тень гномона показывала время сразу на оба циферблата. Специальная бусинка, закрепленная на гномоне, своей тенью отмечала дату года.

В минувшую войну во влажных и жарких дебрях Африки где воевали солдаты, современные механические часы безнадежно ломались. А простые маленькие солнечные часы из пластмассы не боялись ни влаги, ни жары, ни пыли. Для задания правильного положения карманные солнечные часы должны иметь встроенный магнитный компас или сами поворачиваться на север.

Самые большие солнечные часы «Самрат Янгра» имеют длину гномона 27 м и высоту 36 м. Они построены в 1724 г. в Джайпуре, Индия.

Самый современный вариант!

В США запатентованы цифровые солнечные часы, не имеющие подвижных деталей. В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут.

На дороге, ведущей из Петербурга в Москву, до сих пор стоят кое-где каменные верстовые столбы, поставленные еще при Екатерине II. На столбе с одной стороны надпись: «от Санкт-Петербурха 22 версты», а с другой - плита с железной треугольной пластинкой посередине и римскими цифрами вокруг. Римские цифры обозначают часы. А стрелки заменяет тень от пластинки. Тень движется, как стрелка часов, и показывает время.

Солнечные часы живы до сих пор, хотя и имеют большой недостаток: ночьюи в пасмурную погоду они бесполезны.