Время — это одно из фундаментальных понятий, которые человек старается осмыслить и понять до сих пор. Представления о времени менялись с развитием науки и техники, а вместе с изменением представлений, менялись и инструменты их измерения, то есть хронометры или, говоря простым языком, часы. В этой статье мы поговорим о том, кто, когда и где изобрёл первые часы различных видов, поговорим об эволюции и истории изобретения часов, также расскажем интересные факты о часах.

Изобретение солнечных часов

Бюджетный вариант солнечных часов

Смена времён года, смена дня и ночи подтолкнули первых людей к мысли об изменении окружающей действительности, причём изменении закономерном, периодическом. Развитие общество шло, поэтому возникала необходимость синхронизировать свои действия в пространстве и времени, а для этого нужен был измеритель времени. Скорее всего, первые солнечные часы имели в первую очередь религиозный смысл и использовались для проведения ритуалов. Сейчас сложно установить точно, когда человеческий разум увидел взаимосвязь между длиной тени от различных предметов и тем, где сейчас находится Солнце.

Общий принцип солнечный часов заключается в том, что имеется некоторый указатель вытянутой формы, который отбрасывает тень. Данный указатель выполняет роль часовой стрелки. Вокруг указателя размещается циферблат, где наносятся различные деления (деления, вообще говоря, могут быть любыми), которые соотносятся с теми или иными единицами времени, принятыми в конкретной культуре. Земля движется вокруг Солнца, поэтому тень меняет своё положение, а также удлиняется и укорачивается, что и позволяет определять время, хоть и очень неточно.

Самые ранние из известных солнечных часов — это теневые часы, использовавшиеся в древней египетской и вавилонской астрономии, которые относятся к 1500 году до н.э. Хотя позже учёные заявили об неких известняковых часах, возраст которых достигал 3300 лет до н.э.

Старейшие солнечные часы из долины царей Египта (ок. 1500 до н.э.)

Также различные солнечные часы позже находили в древнеегипетских храмах, гробницах и мемориалах. Позже у обычных вертикально установленных обелисков обнаружился недостаток, так как их тень выходила за границы пластины с делениями. На смену им придумали солнечные часы, которые отбрасывают тень на наклонную поверхность или ступеньки.

Рисунок солнечных часов из Кантары, где тень падает на наклонную плоскость

Есть находки солнечных часов и в других странах. Например, есть солнечные часы из Китая, которые отличаются своим устройством.

Экваториальные солнечные часы. Китай. Запретный город

Интересный факт. Деление циферблата на 12 частей наследуется из 12-ричной системы счисления древного Шумера. Если вы взгляните на свою ладонь с внутренней стороны, то обратите внимание, что каждый палец (не считайте большой) состоит из трёх фаланг. Умножаем 3 на 4 и получается те самые 12. Позже эту систему счисления развивали вавилоняне и от них она скорее всего перешла в древний Египет, как традиция. И вот спустя тысячи лет те же 12 частей на циферблате видим и мы с вами.

Дальнейшее развитие солнечные часы получили в Древней Греции, где их улучшением занялись древнегреческие философы Анаксимандром и Анаксименом. Именно из Древней Греции берёт своё начало второе название для солнечных часов «гномон». Затем совершенствованием гномона после Средних веков занялись учёные, которые даже выделили создание и настройку таких солнечных часов в отдельный раздел и назвали его гномоника. В итоге солнечные часы использовались аж до конца 18-го века, так как их создание было доступно и не требовало каких-то технологических заморочек. Даже сейчас вы можете встретить в городах подобные солнечные часы, которые потеряли свой практический смысл и стали обычными достопримечательностями.

К основным недостаткам таких часов стоит отнести то, что их можно использовать только в солнечную погоду. Также они не обладают достаточной точностью.

Современные солнечные часы

Современные солнечные часы обычно играют роль интересных памятников и достопримечательностей. Вот некоторые из них.

В настоящее время солнечные часы являются лишь забавным историческим артефактом и широкого практического применения не имеют. Но некоторые умельцы и изобретатели продолжают их совершенствовать. К примеру, французский инженер изобрёл цифровые солнечные часы. Их особенность в том, что они изображают время в цифровом формате при помощи теней.

Правда шаг у таких часов 20 минут и цифровой вариант времени будет доступен только с 10 утра и до 16 часов дня.

Изобретение водяных часов

Точно нельзя сказать, когда были изобретены водяные часы (первое название клепсидра), так как они наряду с солнечными часами являются одними из самых древних изобретений человека. Достоверно можно говорить о том, что древним вавилонянам и древним египтянам водяные часы были знакомы. Ориентировочно дату изобретения часов считают 1600 — 1400 год до нашей эры, но некоторые исследователи утверждают, что первые часы были известны в Китае в 4000 г. до н.э.

Водяные часы были известны в Персии, в Египте, в Вавилоне, в Индии, в Китае в Греции, в Риме, а в средние века дошли до исламского мира и Кореи.

Греки и римляне любили водяные часы, поэтому сделали немало для их усовершенствования. Они разработали новый дизайн водяных часов, увеличив тем самым точность измерения времени. Позднее улучшения происходили в Византии, Сирии и Месопотамии, где всё более новые точные версии водяных часов дополнялись сложными сегментарными и планетарными передачами, водяными колёсами и даже программируемостью. Интересно, что китайцы разработали свои собственные продвинутые водяные часы, которые включали механизм спуска и водяное колесо. Идеи китайцев перешли в Корею и Японию.

Древнегреческие водяные часы «клепсидра». Они выглядели как сосуд с отверстием внизу, через которое вытекала вода. Время с помощью этих часов определялось по количеству вытекшей воды. Нумерация соответствует 12-ти часам.

Интересно также взглянуть на средневековые часы «Слон» изобретателя Аль-Джазари, который был мусульманским инженером и изобретателем различного вида часов. Он соорудил интересные по своему дизайну и символизму часы. Когда он закончил свою работу, то описал её так:

«Слон представляет индийскую и африканскую культуры, два дракона представляют древнюю китайскую культуру, феникс представляет персидскую культуру, работа воды отражает представляет древнегреческую культуру, а тюрбан Представляет исламскую культуру»

Схема часов «Слон»

Реконструкция часов «Слон»

Интересный факт. Вы могли видеть часы типа «клепсидра» в телешоу «Форд Боярд». Эти часы висели у каждой комнаты с испытаниями.

Часы из передачи «Форд Боярд»

Ранние водяные часы калибровались при помощи солнечных часов. Хотя водяные часы никогда не достигли современного уровня точности, но для своего времени они оставались самым точным и часто используемым часовым механизмом на протяжении тысячелетий, пока их не сменили в Европе более точные часы с маятниковым механизмом.

Главным недостатком водяных часов является сама жидкость, которая может конденсироваться, испаряться или замерзать. Поэтому их достаточно быстро вытеснили песочные часы.

Современные водяные часы

Сегодня существует только несколько современных водяных часов. В 1979 году французский учёный Бернард Гиттон начал создавать свои часы с временным потоком, которые представляют собой современный подход при конструировании древних механизмов. Конструкция Гиттона основана на гравитации. Несколько сифонов питаются по тому же принципу, что и пифагорейская чаша (специальный сосуд, придуманный Пифагором, который изливает лишнюю воду из сосуда).

Например, после того, как достигнут уровень воды в трубках с отображением минут или часов, переливной трубопровод начинает действовать как сифон и, таким образом, опустошает индикаторную трубку. Фактическое удержание времени выполняется калиброванным маятником, который питается потоком воды, поступающим из резервуара часов. Существуют и другие современные конструкции водяных часов, в том числе водяные часы Королевского ущелья в штате Колорадо, в торговом центре Woodgrove Mall в Нанаймо в Британской Колумбии, а также водяные часы Hornsby в Сиднее, Австралия.

Изобретение песочных часов

Песочные часы — это устройство, используемое для измерения времени. Он состоит из двух стеклянных сосудов, соединенных вертикально узкой горловиной, что позволяет регулировать струйку определённого вещества (исторически первым был песок) от верхней части колбы до нижней. Факторы, влияющие на измеренный интервал времени, включают количество песка, крупность песка, размер сосуда и ширину горловины. Песочные часы могут повторно использоваться бесконечно, переворачивая сосуды, как только верхний окажется пуст.

Происхождение песочных часов до конца неясно. Согласно американскому Институту Нью-Йорка, песочные часы изобрели в Александрии около 150 г. до н.э.

В Европе до 8 века песочные часы были известны только в Древней Греции, а в 8 веке франкийский монах по имени Луитпранд создаёт первые французские песочные часы. Но только в XIV веке песочные часы стали обычным явлением, самым ранним доказательством являлось изображение на фреске 1338 года «Аллегория доброго правления» Амброджио Лоренцетти.

Изображение часов на фреске «Аллегория доброго правления»

Использование морских песочных часов было зарегистрировано с 14-го века. Морские песочные часы были очень популярны на борту судов, поскольку они были наиболее надежным средством измерения времени, находясь в море. В отличие от водяных часов, движение корабля во время плавания не влияло на песочные часы. Тот факт, что песочные часы также использовали гранулированные материалы вместо жидкостей, давал более точные измерения, поскольку водяные часы были склонны к конденсации внутри неё во время температурных изменений. Моряки обнаружили, что песочные часы были в состоянии помочь им определить долготу, расстояние к востоку или к западу от определенной точки с разумной точностью.

Песочные часы также нашли популярность на суше. Поскольку использование механических часов для обозначения времени событий, таких как церковные службы, стало более распространенным явлением, создающим необходимость отслеживать время, спрос на устройства для измерения времени увеличился. Песочные часы были по существу недорогими, так как они не требовали редкой технологии, и их содержимое не трудно найти, и по мере того как производство этих инструментов стало более распространенным, их использование стало более практичным.

Песочные часы в церкви

Песочные часы обычно использовались в церквях, домах и на рабочих местах для измерения проповедей, приготовления пищи и времени, затрачиваемого на перерывы в работе. Поскольку они использовались для решения более повседневных задач, модель песочных часов стала сокращаться. Маленькие модели были более практичными и очень популярными, поскольку они повышали уровень пунктуальности.

После 1500 года песочные часы начали терять свою популярность. Это было связано с развитием механических часов, которые стали более точными, компактными и более дешевыми и упростили измерение времени.

Песочные часы, однако, не исчезли полностью. Хотя они стали относительно менее полезными, так как передовые технологии часов, песочные часы оставались желанными в своем дизайне. Самые старые из сохранившихся песочных часов находятся в Британском музее в Лондоне.

Современные песочные часы

Как и солнечные часы, песочные часы часто делают как объект достопримечательности:

Самые большие в мире песочные часы. Москва.

Данные песочные часы стоят в честь вступления Венгрии в Евросоюз. Они способны отсчитывать время целый год.

Но есть и миниатюрные варианты, использующиеся в качестве сувениров и брелоков. Например, достаточно популярны детские песочные часы-игрушки, которые позволяют отмерять время, которое необходимо потратить на чистку зубов. Их можно приобрести на aliexpress по достаточно низкой цене .

Но на самом деле песочные часы до сих пор используются на практике! Вы спросите где? Ответ — в поликлиниках и больницах. Эти часы удобно использовать, чтобы вести приём пациентов. Также их удобно использовать в качестве таймера при приготовлении еды на кухне. Такие часы продаются примерно в районе доллара на том же aliexpress

Ну и очень интересный вариант песочных часов, где вместо песка используются намагниченная стружка. При обсыпании в нижнюю часть часов образуется кучка специфической формы, смотреть на которую можно для релаксации (эффект наподобие кручения спиннера). Приобрести такие часы , причём люди из России пишут, что доставка работает отлично и часы упаковываются хорошо.

История часов, возможно, имеет более глубокие корни, чем принято считать сегодня, когда попытки изобрести часы связывают с зарождением цивилизации в Древнем Египте и Месопотамии, что повлекло за собой возникновение ее постоянных спутников – религии и бюрократии. Это и повлекло за собой необходимость людям более эффективно организовывать свое время, благодаря чему первые часы появились на берегах Нила. Но, вероятно, история часов берет свое начало еще тогда, когда первобытные люди каким-то образом пытались отмечать время, например, определяя часы для удачной охоты. А некоторые и до сих пор утверждают, что способны определять время суток, наблюдая за цветами. Их ежедневное раскрытие указывает на определенные часы дня, так одуванчик открывается около 4:00, а лунный цветок – только с наступлением темноты. Но основными инструментами, до изобретения первых часов, с помощью которого человек оценивал течение времени, были солнце, луна и звезды.

Все часы, независимо от их типа, должны иметь регулярный или повторяющийся процесс (действие) с помощью которого можно было бы отмечать равные промежутки времени. Первыми примерами таких процессов, которые удовлетворяли необходимые требования, были как природные явления, такие как движение солнца по небу, так и действия, созданные искусственно, как равномерное горение зажженной свечи или пересыпание песка из одного резервуара в другой. Кроме того, часы должны иметь средства для отслеживания изменения времени и, таким образом, быть в состоянии отобразить полученный результат. Поэтому история часов – это история поиска все более последовательных действий или процессов, регулирующих темп часов.

История солнечных часов

Одними из первых, кто пытался формализировать разделение своего дня на промежутки времени, напоминающие часы, были древние египтяне. В 3500 году до нашей эры в Египте появилось первое подобие часов – обелиски. Это были стройные, сужающиеся кверху, четырехсторонние сооружения, падающая тень от которых позволяла египтянам разделить день на две части, четко указывая на полдень. Такие обелиски принято считать первыми солнечными часами. Они также показывали самый длинный, и короткий день в году, а несколько позже, вокруг обелисков появилась маркировка, которая дала возможность отмечать не только время до и после полудня, но и другие промежутки дня.

Дальнейшее развитие конструкции первых солнечных часов привело к изобретению более портативного варианта. Такие первые часы появились приблизительно в 1500 году до нашей эры. Это устройство разделяло солнечный день на 10 частей, плюс два, так называемых, «сумеречных» отрезка времени, в утренние и вечерние часы. Особенностью таких часов было то, что их необходимо было переставлять в полдень с направления на восток в противоположное западное.

Первые солнечные часы претерпевали дальнейшие изменения и усовершенствования, становясь все более сложными конструкциями, вплоть до применения в часах полусферического циферблата. Так знаменитый римский архитектор и механик, Марк Витрувий Поллион, живший в первом веке до нашей эры, описывал историю появления и конструкцию 13 различных видов часов солнечных первых, используемых в Греции, Малой Азии и Италии.

История солнечных часов продолжалась до позднего средневековья, когда получили распространение оконные часы, а в Китае стали появляться первые солнечные часы, снабженные компасом, для правильной их установки относительно сторон света. Сегодня, история появления часов, использующих движение солнца, навсегда увековечена в одном из сохранившихся до наших дней египетском обелиске, настоящем свидетеле истории часов. Он имеет высоту 34 метра и располагается в Риме, на одной из его площадей.

Клепсидры и другие

Часы первые, не зависящие от положения небесных тел, были названы греками клепсидрами, от греческих слов: klepto – скрывать и hydor – вода. Такие водяные часы основывались на процессе постепенного вытекания воды из узкого отверстия, и по ее уровню определялось истекшее время. Первые часы появились ориентировочно в 1500 году до нашей эры, что подтверждается одним из образцов водяных часов, найденных в гробнице Аменхотепа I. Позже, около 325 г. до н.э., подобные приспособления стали использоваться греками.

Первыми водяными часами были керамические сосуды с небольшим отверстием вблизи дна, из которых вода могла капать с неизменной скоростью, медленно наполняя другой сосуд, отмеченный маркировкой. При постепенном достижении водой разных уровней и отмечали промежутки времени. Водяные часы имели несомненное преимущество перед их солнечными собратьями, так как они могли применяться и в ночное время и такие часы не зависели от климатических условий.

История водяных часов имеет и другой вариант, используемый в некоторых районах Северной Африки вплоть до сегодняшнего дня. Эти часы представляют собой металлическую чашу с донным отверстием, которая помещается в емкость, наполненную водой, и начинает медленно и равномерно тонуть, тем самым отмеряя промежутки времени до полного затопления. И хотя первыми водяными часами были довольно примитивные устройства, дальнейшее их развитие и усовершенствование привело к интересным результатам. Так появились водяные часы способные открывать и закрывать двери, демонстрируя маленькие фигурки людей или перемещая указатели по циферблату. Другие часы заставляли звонить колокола и гонги.

История часов не сохранила имен создателей первых водяных часов, упоминается лишь Ктесибий Александрийский, который за 150 лет до н. э. пробовал применить в клепсидрах механические принципы, основанные на разработках Аристотеля.

Песочные часы

По принципу водяных часов работают и хорошо нам известные часы песочные. Когда такие первые часы появились, истории доподлинно неизвестно. Ясно только, что не раньше, чем люди научились изготавливать стекло – необходимый элемент для их производства. Существует предположение, что история песочных часов началась в сенате древнего Рима, где они использовались во время выступлений, отмечая одинаковые отрезки времени для всех выступающих.

Лиутпранд – монах, живший в восьмом веке во французском Шартре, считается первым изобретателем песочных часов, хотя, как можно увидеть, в этом случае не учтены более ранние свидетельства истории возникновения часов. Широкого распространения в Европе подобные часы достигли лишь к XV столетию, о чем свидетельствуют письменные упоминания о песочных часах, найденные в журналах судов того времени. Часов песочных первые упоминания говорят и о большой популярности их использования на кораблях, поскольку движение судна никак не могло повлиять на работу песочных часов.

Использование в часах гранулированных материалов, таких как песок, значительно увеличило их точность и надежность по сравнению с клепсидрами (водяными часами), чему, помимо прочего, способствовала невосприимчивость песочных часов к воздействию температурных изменений. В них не образовывался конденсат, как это происходило в часах водяных. Часов песочных история не ограничилась средними веками.

По мере повышения спроса на «отслеживание времени», недорогие в производстве и поэтому очень доступные песочные часы, продолжали использоваться в различных сферах и дожили до сегодняшних дней. Что правда, сегодня песочные часы изготавливаются больше в декоративных целях, чем для измерения времени.

Механические часы

Греческий астроном Андроник руководил строительством Башни Ветров в Афинах в первом веке до нашей эры. Это восьмиугольное сооружение сочетало в себе солнечные часы и механическое устройство, которое состояло из механизированной клепсидры (водяных часов) и индикаторов ветров, откуда и название башни. Вся эта сложная конструкция, помимо показателей времени, способна была отображать сезоны года и астрологические даты. Римляне, примерно в это же время, также применяли механизированные водяные часы, но сложность таких комбинированных устройств, предшественников механических часов, не давала им преимущества, в сравнение с более простыми часами того времени.

Как уже упоминалось ранее, попытки соединить водяные часы (клепсидры) с неким механизмом успешно осуществлялись в Китае в период от 200 до 1300 годов, результатом чего стали механизированные астрономические (астрологические) часы. Одну из самых сложных башен-часов построил китаец Су Сен в 1088 году. Но все эти изобретения нельзя было назвать механическими часами, а скорее симбиозом водяных или солнечных часов с механизмом. Тем не менее, все сделанные ранее наработки и изобретения и привели к созданию механических часов, которыми мы пользуемся и сегодня.

История часов полностью механических начинается в X веке (по другим данным раньше). В Европе употребление механического механизма для измерения времени начинается в XIII веке. Первые такие часы функционировали в основном с помощью системы весов и противовесов. Как правило, часы не имели привычных нам стрелок (или имели только часовую), а производили звуковые сигналы, вызываемые ударом в колокол или гонг через каждый прошедший час или меньший промежуток времени. Таким образом, первые механические часы сигнализировали о начале какого-нибудь события, например процедуры богослужения.

Самые первые изобретатели часов, несомненно, имели некоторые научные наклонности, многие из них были известными астрономами. Но часов история также упоминает ювелиров, слесарей, кузнецов, плотников и столяров, которые внесли свой вклад в производство и усовершенствование часов. Среди сотен, если не тысяч, людей, которые внесли свою лепту в разработку механических часов, три были выдающиеся: Христиан Гюйгенс, голландский ученый, который был первым (1656), кто использовал маятник, чтобы регулировать движение часов; Роберт Гук, англичанин, который изобрел анкерный якорь для часов в 1670-х годах; Питер Генлейн, простой слесарь из Германии, который на рубеже XV столетия разработал и использовал горнила, что позволило изготавливать часы небольших размеров (изобретение получило название «нюрнбергские яйца»). Кроме того, Гюйгенсу и Гуку приписывают изобретение спиральных пружин и балансировочного колеса для часов.

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.

Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона Калюжный Дмитрий Витальевич

Солнечные часы

Солнечные часы

Несомненно, самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появились такие часы не раньше осознания человеком взаимосвязи между длиной и положением тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Но даже осознав это все, вряд ли кто-то сразу бросился строить часы; надо было еще понять, что такое время . Ведь и теперь еще бродят кое-где по Земле первобытные племена, прекрасно знающие, что такое тень, но обходящиеся тем не менее без часов. Нужды нет.

Известно, что в своем первоначальном виде такие часы имели форму обелиска, но точная дата их возникновения неизвестна. А кстати, их могли изобрести несколько раз в разных местах.

Традиционная история считает, что самым первым упомянул солнечные часы китаец Чиу-пи (около 1100 года до н. э.). В своей рукописи он сообщил, что с их помощью китайцы легко установили летнюю и зимнюю высоту Солнца и определили наклон эклиптики в 23°52 . Правда, неясно, как они это мерили, поскольку многие знания, необходимые для этого, в частности тригонометрия, появились значительно позже. Да и зачем они это сделали, тоже непонятно. Предположим, из-за врожденной китайской любознательности. Причем до недавнего времени китайцы считали свою страну Срединной империей, накрытой куполом неба, и никакого представления ни о шарообразности Земли, ни об эклиптике не имели.

Самые благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имеет Египет, поэтому более достоверным представляется мнение, что первые солнечные часы – гномон , вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на землю возле него, – появились именно здесь. Обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Интересно, что традицию устанавливать солнечные часы у храмов можно проследить и в Европе вплоть до XIX века. А вот в России не всегда солнечно, поэтому у нас собирают верующих в храм боем колоколов.

До сих пор сохранился египетский обелиск высотой в 34 метра. Считается, что он в царствование Августа 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 расчертили циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых металлических 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.

В Египте помимо обелисков были созданы и другие конструкции солнечных часов. Например, состоящие из горизонтальной части – линейки с хронометрической шкалой длиной около 30 см, и перпендикулярного ей «плеча», отбрасывающего тень на шкалу. Еще тут были ступенчатые часы 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, а к полудню исчезала. После полудня тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки. У таких часов время определялось длиной, а не направлением тени.

Измерение времени длиной тени кое-где сохранилось до позднего Средневековья. Врач и географ Паоло Тосканелли построил в 1468–1482 годах на костеле св. Марии де Фиоре во Флоренции гномон высотой 84,5 метра, с помощью которого удавалось измерять с полусекундной точностью местный полдень. С помощью этого гномона Тосканелли уточнил данные астрономических таблиц.

Были другие солнечные часы, со шкалой для определения времени по направлению отбрасываемой тени, хоть и появились они, наверное, позже. Для правильного показания времени верхняя линия шкалы была горизонтальной, и шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку компас еще не был известен, для правильной установки часов приходилось вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.

На древних солнечных часах деления наносили, исходя из практического опыта, потом – на основе теоретического расчета, правда неверного. Египтяне знали, что тень, отбрасываемая гномоном, различна в зависимости от времени года, но разница не учитывалась. Абсолютно точное время здешние гномоны показывали лишь дважды в год: в дни весеннего и осеннего равноденствия. Поэтому позже, чтобы улучшить результат, стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

При кажущейся простоте в ходе разработки теоретических основ науки о часах, гномоники, возникали и решались математические задачи о трисекции угла, о конических сечениях, о стереографической проекции и т. д. Решение этих задач на мусульманском Востоке привело к обоснованию и применению в практике формул прямолинейной и сферической тригонометрии. Создание солнечных, водяных, песочных часов способствовало развитию точной механики, а она, в свою очередь, была связующим звеном между приборостроением и опытной наукой.

Из Египта знания о солнечных часах стали распространяться по всему миру. И здесь можно привести два соображения: хронологическое и общеисторическое.

Во-первых, тот факт, что теоретическое обоснование для солнечных часов делали в мусульманских странах, говорит нам, что эта история происходила позже как минимум VII века, ибо раньше не было еще не только мусульманских стран, но и вообще мусульман.

Во-вторых, подобные научно-технические разработки могут вести только народы, имеющие для этого и подготовленных людей, и средства, и потребность в измерении времени. Достоверная история Византийской империи и отдельных ее территорий, в отличие от мифической истории Древнего Китая, показывает, что процесс научно-технического развития, при всех его зигзагах и завихрениях, имеет эволюционный и международный характер.

Византия среди всех стран достигла высокого уровня развития техники. Арабы учились у византийцев многому, в том числе и конструированию и изготовлению различных видов солнечных часов.

А в самой Византии были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы. Они имелись на стенах церквей и общественных зданий и были примерно такого же типа, как на стенах Башни ветров в Афинах и на стене византийской церкви, построенной на месте языческого храма Грация. На циферблате для обозначения часов впервые появляются числа.

Свидетельства о наличии в Константинополе часов как прибора времени историки находят в документах, отнесенных ими к VI веку, но, к сожалению, без какого-либо пояснения их устройства. На основании эпиграммы, относящейся ко времени царствования Юстина II (565–578), византиевед Рейске заключает, что уже в VI веке у византийских греков были часы с боем, по крайней мере, большие городские. Датировка такого сообщения требует дополнительной проверки и больших размышлений.

В «Уставе» Константина Багрянородного (911–959) упоминается профессия часовщика. Здесь же говорится о наличии в империи специальных людей, отбивавших часы церковных служб и молитв. Предполагается, что во дворце отбивание часов необходимо было не столько для молитв и церковных собраний, сколько для обозначения времени собраний воинов, открытия и закрытия дворца, смены стражи и других действий, совершающихся регулярно.

Однако учтем, что при господстве аграрного строя и ремесленной техники (будь то в Древнем мире или в Средние века) не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди определяли время по естественному движению Солнца, по длинным летним дням и коротким зимним, которые одинаково делили на 12 часов, а потому летние и зимние часы были разными.

Подчеркнем это особо: под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов . Согласовывать час , который показывают приборы с равномерной шкалой (водяные, огневые, песочные и механические часы) с длительностью часа солнечных часов – труднейшая проблема.

Более поздние солнечные часы получили криволинейные шкалы, что устранило этот недостаток. Такими часами со сложными шкалами, рассчитанными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Также до конца XIV века в Центральной Европе были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы с горизонтальной теневой штангой, перенятой первоначально из Египта. Но в Египте, благодаря сравнительно малой удаленности от экватора, время определялось с приемлемой степенью точности, тогда как в Греции, Италии или Чехии эта точность была значительно хуже.

Новую эпоху в развитии солнечного часостроения открыло важное изобретение, сделанное в 1431 году. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси; такую стрелку назвали полуосью . Этим простым нововведением было достигнуто то, что теперь тень равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15°.

Разновидность экваториальных часов – аналемматические солнечные часы, стрелка которых направлена перпендикулярно плоскости часовой шкалы, но эта шкала лежит не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, например непосредственно на земле.

Если бы нам понадобилось измерять этими часами время, то надо было бы вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и при этом одновременно изменять положение стрелки в меридиональной плоскости применительно к сезону года. Описание таких часов появилось в астрономических трудах XVI века, но детальными измерениями с помощью этих часов стал заниматься лишь в середине XVIII века астроном и директор Парижской обсерватории Джозеф Джером Лаланд.

Стало возможным ввести равномерное время для всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Одним из первых упоминаний о часах с полуосью является рукопись Теодорика Руффи от 1447 года. Некоторые солнечные часы того времени имели одновременно гномон и полуось; они описаны в рукописи арабского астронома XV века Сибт-аль-Маридини; аналогичные часы построил примерно в то же время египетский астроном Ибн-аль-Магди.

Прогресс, которым ознаменовалась наука в эпоху Возрождения, отразился и на конструкции солнечных часов. Сравнительно быстро, примерно за 130 лет, прежние несовершенные часы превратились в весьма точные для своего времени хронометрические приборы, которыми можно было измерять время в любом месте Земного шара. Для правильной установки часов стали использовать компас.

Один из первых создателей солнечных часов с корректирующим компасом – астроном и математик Региомонтан, настоящее имя которого Йоганнес Мюллер (1436–1476), известный также как Жоан де Монте Регио, работавший в середине XV века в Нюрнберге. Он был также автором первого специального труда о солнечных часах.

Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что их стало возможным использовать повсеместно, и появились портативные, карманные или дорожные модели часов. Солнечные часы в виде полого полушария со стрелкой, отбрасывающей тень на внутреннюю полость, начали строить с 1445 года, хотя официальная история науки и относит их изобретение к античности.

Солнечные портативные часы

Интересны кольцевые солнечные часы, один из вариантов дорожных, – они одновременно служили и в качестве декоративной подвески. Главной их частью было латунное кольцо диаметром в несколько сантиметров, сопряженное с другим подвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца гравировали начальные буквы месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования нужного месяца. Для измерения времени часы выставляли так, чтобы солнечный луч проходил через отверстие и указывал час на шкале.

Первое описание таких часов, в виде перстня с печатью, содержится в книге врача Боне, изданной в Париже в 1500 году.

Одной из самых популярных разновидностей дорожных солнечных часов были так называемые пластинчатые часы. Первые экземпляры появились в Европе в 1451–1463 годах. Обычно они состояли из двух, а иногда из трех одинаковых по величине четырехгранных прямоугольных пластинок, соединенных подвесками, причем в нижней пластинке обязательно должен был находиться компас.

Имеется описание деревянных восьмигранных палок с металлическим острием длиной 160 см и с вырезанными часовыми шкалами. Это – дорожные 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 ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь – июль), в котором совершались паломничества.

Солнечные часы-посох для паломников

С начала XVI века теорию солнечных часов начали преподавать в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольдштадта, в Праге и в Штирском Градце как составную часть математики.

Примерно в это же время появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат обычно состоял из мозаичной филенки, залитой свинцом. Стрелка отбрасывала тень на циферблат, устроенный так, чтобы конец тени указывал не только часы, но и положение Солнца в зодиаке. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.

Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома. Первым такие часы описал Й. Б. Бенедиктус в книге, изданной в Турине в 1574 году. По некоторым сведениям, конструированием зеркальных часов занимался будто бы и Николай Коперник, чему можно поверить, ибо до сих пор сохранился циферблат зеркальных часов на замке в Ольштыне предположительно его работы.

С точностью солнечных часов не могли сравниться механические до того, как в них стали применять маятниковый осциллятор. Но и после его появления солнечные часы сохраняли свою популярность. Наибольшего расцвета их производство достигло в XVI и XVII веках; их созданием занимались передовые европейские математики и астрономы. К тому же они очень долго оставались обязательной принадлежностью всех обсерваторий. Еще и в XVIII веке их строили в астрономических обсерваториях стран Востока, например в Индии. Яи Синг II, князь Джайпура, основав в 1708–1710 годах большую обсерваторию в Дилли, поставил там гномон высотой 18 метров. Вскоре после этого он приказал построить подобные часы в Бенаресе, Муттрже, Уйгаине и в Джайпуре.

Но люди изыскивали и примитивные способы измерения времени с помощью Солнца; иногда единственным пособием для этого была человеческая рука. Первые сообщения о таких «часах» относятся к началу XVI века. Левую руку поворачивали ладонью вверх и ее направленный вверх большой палец выполнял роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в XIX веке.

1.2. Солнечные пятна на китайской посуде 4-го тысячелетия до н. э Китайскими археологами было найдено «убедительное доказательство» древнекитайских наблюдений солнечных пятен. Это - глиняные черепки, выкопанные в Китае и датированные 6-м тысячелетием до настоящего