Wie funktioniert eine Sonnenuhr?

Inhalt

• Betreten Sie die Sonnenuhr: die Grundlagen
• Lernen über Sonnenuhren
• Der himmlische Äquator
• Die Ekliptik
• Andere astronomische Standardbegriffe
• Sonnenuhr Geschichte
• Teile und Bedienung einer Sonnenuhr
• Arten von Sonnenuhren
• Sonnenuhr zum Selbermachen

Versuchen Sie sich eine Welt ohne Internet vorzustellen. Das ist zumindest ein wenig unangenehm, oder? Entfernen Sie jetzt mobile Geräte jeglicher Art, zusammen mit Digitalkameras und GPS-Technologie, aus der Gleichung.

Wenn Sie noch weiter gehen und Armbanduhren und Wanduhren aus dem Mix werfen, werden die Dinge beinahe panisch. Es ist heute schwer zu glauben, dass bis in die frühen 1800er Jahre Sonnenuhr war seit Tausenden von Jahren die Hauptmethode der Menschheit, um Zeit zu gewinnen!

Das Zeug ist jedoch alles Vorbereitung auf die eigentliche Frage: Was wäre, wenn Sie die Zeit nicht bestimmen könnten? Überhaupt? Was wäre, wenn das Leben keine Möglichkeit hätte, den gesamten Begriff des "Wann" in einem Sinn festzuhalten, der dem unmittelbaren Sinn ähnelt? (Ein moderner Erdling ist schlecht gerüstet, um sich dieser Frage überhaupt zu stellen. Es ist wahrscheinlich nicht möglich, dass Sie Ihren Verstand von dem gesamten Konzept von Sekunden, Minuten und Stunden und von der Vorhersagbarkeit, die das gesamte Schema der strukturierten Zeit bietet, befreien.)

Irgendwann in der kognitiven Evolution des Menschen entwickelten Ihre Vorfahren die Fähigkeit, routinemäßige oder zumindest regelmäßige astronomische Phänomene mit dem Verstreichen festgelegter "Zeitmengen" in Verbindung zu bringen, unabhängig davon, wie sie diese Größe verstanden (die sich auch heute noch einer angemessenen Beschreibung entzieht) auch wenn es eine Möglichkeit gibt, dies in Mathematik und Physik zu erklären).

Beispiele sind das tägliche Auf- und Untergehen von Sonne, Sternen und Mond, die Mondphasen und die Art und Weise, wie der Himmel jedes Mal eine präzise und vorhersehbare Transformation durchläuft, wenn die Erde eine weitere Drehung um ihre Rotationsachse vollendet (ein "Tag"). ) oder Reise um die Sonne (ein "Jahr").

Betreten Sie die Sonnenuhr: die Grundlagen

Zu einem bestimmten Zeitpunkt in der menschlichen oder vormenschlichen Evolution ermöglichten die durchdachten Werkzeuge Ihren Vorfahren, die effektive Trennung von anderen Affen zu beschleunigen. Die Gehirne der Hominiden wurden so hoch entwickelt, dass sie die zeitliche Beziehung zwischen physischen Unvermeidlichkeiten in ihrer Umgebung und den biologischen Realitäten, die sie kennen mussten, einschätzen konnten, wie zum Beispiel die Tatsache, dass es leichter ist, "nachts" (dh in der Dunkelheit) zu schlafen, aber auch die Tatsache, dass bestimmte gefährliche Raubtiere auf der Suche sind, wenn es dunkel ist.

Was ist eine Sonnenuhr? Formal ist es ein Chronometer (d. h. eine Uhr), das den Schatten verwendet, der durch Sonnenlicht erzeugt wird, das auf einen vertikalen Stab fällt, um die Ortszeit anzuzeigen. Aus Gründen, die Sie in Kürze sehen werden, wird die Rute a gnomon, muss parallel zur Erdrotationsachse positioniert sein und auf eine Position am Himmel zeigen, die genau dem Norden entspricht, oder Himmlischer Nordpol (CNP).

Daher muss der Stab bei jeder gegebenen geografischen Breite in einem Winkel zum Horizont (dh zur Horizontalen) geneigt werden, der mit der Größe dieser Breite identisch ist.

Zum Beispiel würde jemand, der in Boulder, Colorado, USA, eine Sonnenuhr mit einem Breitengrad von 40 ° baut, den Gnomon auf 40 Grad über der Mitte des nördlichen Horizonts ausrichten, knapp unter der Hälfte des Punktes direkt über dem Kopf (dem Zenit). Wie Sie vielleicht wissen, deckt ein Halbkreis wie der Himmel 180 Grad ab, da ein Kreis 360 Grad hat. Dies bedeutet, dass der Winkelabstand von einem beliebigen Horizont zum Zenit die Hälfte oder 90 Grad beträgt.

Lernen über Sonnenuhren

Um die grundlegenden Fakten zur Sonnenuhr richtig zu verstehen, muss man sich die Namen einiger nicht beweglicher Teile merken, aber man hofft, dass man sich diesem Denken wie ein Astronom annähert und nicht nur für die hervorragende Handwerkskunst einer Sonnenuhr von hoher Qualität, sondern auch für ihr Können Anerkennung findet Die Wissenschaft, die es dieser Klasse von Geräten ermöglicht hat, ihre einzige, endlose Aufgabe seit Tausenden von Jahren menschlicher Geschichte zu erfüllen.

Während Sie diesen Artikel lesen, werden Sie mit allen möglichen interessanten neuen Begriffen konfrontiert. Sie können sogar Ihre eigene Sonnenuhr bauen - sei es demütig oder aufwendig -, bis Sie fertig sind. Aber das Wichtigste, worauf Sie sich hier konzentrieren sollten, sind die Beziehungen zwischen dem Ekliptik, das Himmelsäquator, und das Himmelsstangen.

Wenn Sie sich mit Sonnenuhren beschäftigen, lernen Sie nicht wirklich, wie Sie ein kurioses, wenn auch faszinierendes Werkzeug herstellen, das dank der gewaltigen und andauernden Sprünge in der menschlichen Technologie nicht mehr benötigt wird. Sie haben viel über den Rahmen der Astronomie gelernt - wie Objekte lokalisiert und beschriftet werden und wie die himmlischen Zyklen, die Sie sehen und für selbstverständlich halten, auch in die frühesten Sonnenuhren ab 1500 v. Chr. Integriert wurden.

Der himmlische Äquator

Ursprüngliche Schöpfer der Sonnenuhr erkannten die Beziehung zwischen einfacher Geometrie und dem Verhalten, oder speziell dem ersichtlich Verhalten von Objekten am Himmel. Die Unterscheidung ist wichtig, da für die Zwecke einer Sonnenuhr die Erde als feststehend behandelt wird, mit anderen Dingen wie "Aufsteigen" und "Untergehen" und "Überqueren des Himmels" - Beschreibungen, die nur vom Bezugspunkt eines Erdbeobachters aus sinnvoll sind. und welche erklären warum die Alten tat Denken Sie verständlicherweise, dass sich alles im Kosmos buchstäblich um die Erde dreht.

Die einfachste Möglichkeit, sich das System vorzustellen, mit dem Objekte am Himmel abgebildet werden, besteht darin, sich das hier auf der Erde verwendete System (Breite und Länge) vorzustellen und sich die imaginären Linien vorzustellen, die auf eine imaginäre Kugel (eigentlich eine Halbkugel) projiziert werden, da Sie nur die Hälfte sehen können davon) in den Himmel. Eine Ebene, die durch den Äquator durch die Erdmitte gezogen wird, schneidet dies Himmelssphäre in einem Kreis, der als Linie mit der Bezeichnung Himmelsäquator.

Die Ekliptik

Währenddessen bildet sich durch die Ausdehnung der Erdumdrehung um die Sonne eine weitere Kreislinie am Himmel. Diese imaginäre Linie heißt Ekliptikund stellt den scheinbaren 360-Grad-Pfad der Sonne durch jedes Jahr in Bezug auf die entfernten Hintergrundsterne dar. Diese Stars erscheinen Im Vergleich zu Sonne und Planeten bewegungslos, denn eine Möglichkeit, die Bewegung der letzteren zu messen, besteht darin, die ersteren als "festen" Bezugsrahmen zu behandeln.

Da die Rotationsachse der Erde gegenüber ihrer Rotationsebene um die Sonne um 23,4 ° geneigt ist, sind die Ekliptik und der Himmelsäquator um diesen Betrag versetzt (geneigt). Aber sie treffen sich an zwei Punkten, wie sich kreuzende Hula Hoops gleicher Größe. Die Sonne folgt an diesen beiden Tagen dem Himmelsäquator überall auf der Erde, auf der Erde Frühlingsäquinoktium (Übergang vom Winter zum Frühling in der nördlichen Hemisphäre) und Übergang vom Sommer zum Herbst (Herbsttagundnachtgleiche).

Andere astronomische Standardbegriffe

Auf der Erde verlaufen die Breitengrade vom Äquator bis zu beiden Polen parallel zueinander. Die Linien am Himmel, die Breitengraden entsprechen, werden Linien von genannt Deklinationund Nord-Süd-Lage bestimmen.

Längengrade hingegen werden auch als Meridiane auf der Erde bezeichnet. Man kann sich vorstellen, dass diese von den beiden Punkten, die von den Himmelspolen gebildet werden, nach außen strahlen und sich am gegenüberliegenden Pol wieder treffen, obwohl kein Erdbeobachter beide Pole gleichzeitig sehen kann. Die Linie, die direkt von Norden am Horizont durch den Zenit und genau nach Süden am gegenüberliegenden Horizont verläuft, ist als "der" Meridian im himmlischen Jargon bekannt.

Bei der Identifizierung der Ost-West-Position eines Himmelsobjekts am Himmel wird dieser Teil der Koordinate als bezeichnet rechter Aufstieg.

Sonnenuhr Geschichte

Sie haben sicherlich bemerkt, dass die Schatten länger sind, wenn die Sonne am Horizont steht (am frühen Morgen oder am späten Nachmittag) als wenn die Sonne direkter über Ihnen steht. Dennoch überquert die Sonne den Himmel die ganze Zeit mit der gleichen Geschwindigkeit, auch wenn die Schatten ihre Größe und Form mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ändern.

Diese Laune der Geometrie inspirierte die ersten Sonnenuhren, als ihre Erfinder erkannten, dass "Zeit" nicht nur in Tage, sondern auch Teile eines Tages zuverlässig unterteilt werden konnte. Die einfachere Planung von Lebensaktivitäten unter einem solchen System ist offensichtlich.

Es wird angenommen, dass die frühesten Sonnenuhren um 1500 v. Chr. Auf Ägypten zurückgehen. Einige davon hatten tatsächlich ein Taschenformat und konnten herumgetragen werden, weil die Gnomon (Griechisch für "Pol") könnte tatsächlich ein Loch anstelle einer Stange sein. Sie waren für die minutengenaue Zeitmessung von Nutzen, als mechanische Uhren alltäglich und zuverlässig geworden waren, und wurden bis weit in das 19. Jahrhundert hinein verwendet, um die Genauigkeit "echter" Uhren zu überprüfen.

Teile und Bedienung einer Sonnenuhr

Das Gnomon wurde bereits erwähnt. Es muss zwei Eigenschaften haben: Es muss in Richtung des Himmelspols zeigen und in einem Winkel zum Horizont geneigt sein, der genau dem Breitengrad des Betrachters entspricht. Es wird oft in Form einer Flosse hergestellt.

Das Zifferblatt ist die Oberfläche, auf die der Schatten der Sonne projiziert wird. Es kann zylindrisch oder flach sein und in beliebige Unterteilungen eingeteilt werden, die der Hersteller auswählt, solange diese mit der genauen Zeit übereinstimmen.

Stundenlinien sind aus naheliegenden Gründen auf praktisch allen Sonnenuhren zu finden und markieren genaue (wenn auch in gewissem Sinne willkürlich ausgewählte) Zeitpunkte.

Das Nodus ist eine Kerbe im Gnomon, die es ermöglicht, eine genaue, scharfe Position entlang der Schattenlinie zu bestimmen, die andernfalls unscharf sein könnte.

Arten von Sonnenuhren

Sonnenuhren können in zwei Grundtypen unterteilt werden: Höhenmesser und Richtungsanzeiger.

Ein Höhenwahl Ermöglicht die Bestimmung der Zeit anhand des Sonnenabstands über dem Horizont. In allen Fällen müssen diese nach einer Kompassrichtung ausgerichtet sein, während in anderen Fällen die Sonne selbst ein Bezugspunkt ist. Ausgewählte Arten umfassen ebene Wählscheiben, Zylinderwählscheiben, Scaphe-Wählscheiben und Ringwählscheiben.

EIN Richtungswahl Verlässt sich auf den Azimut (Kompassrichtung) und auf den Winkel der Sonne, wenn sie sich mittags dem Meridian nähert. Zu den Untertypen gehören horizontale, polare vertikale, azimutale und äquinoktale Skalen.

In allen Fällen können Sie sich vorstellen, wie die Sonne von einer Seite aufsteigt und einen breiten Schatten wirft, der sich gegen Mittag allmählich zu einer Linie verengt und dann den "Film" auf der anderen Seite des Zifferblatts rückwärts wiederholt, bis der Sonnenuntergang eintritt.

Sonnenuhr zum Selbermachen

Vorschläge für die Erstellung Ihrer eigenen Sonnenuhr sind leicht zu finden, und in den Ressourcen finden Sie einen, der Ihnen den Einstieg erleichtert. Denken Sie daran, es ist nicht das genaue Material oder das Aussehen der Kreation, das am wichtigsten ist. Es ist so, dass Sie die Physik verstehen und sie jedem erklären können, der den gesunden Menschenverstand hat, Sie nach Ihrer harten Arbeit zu fragen.

Oh, und noch ein letzter Tipp: Wählen Sie keinen Regentag für Ihre Demonstration - dies wird die Übung für alle Anwesenden viel "aufschlussreicher" machen!