Всем привет. Несколько дней назад попалась новость о том, что в Новороссийске начали монтировать солнечные часы экваториального типа, я по имеющейся информации (фотографии из СМИ и соцсетей, плюс специально отснятое видео) провёл небольшое исследование корректности установки этой малой архитектурной формы и подумал, что это хороший повод рассказать людям про такой тип солнечных часов.
Гномон в экваториальных часах располагается точно так же, как в часах горизонтального и вертикального типов, - параллельно оси вращения Земли. Для нашего северного полушария это означает, что по сторонам света гномон должен быть сориентирован точно на географический Север (азимут = 0), а относительно горизонта - под углом (90°-φ), где φ - широта места установки. Традиционно отметим, что гномон при этом указывает на Северный Полюс Мира (а значит и приблизительно - на Полярную Звезду).
Циферблат (кадран) в экваториальных часах, в отличие от горизонтальных и вертикальных часов, располагается параллельно плоскости Экватора и соответственно перпендикулярно гномону. Существуют различные решения для такого циферблата - в виде сплошного диска либо обруча вокруг гномона.
Циферблат в виде сплошного диска лучше даёт прочувствовать ключевую особенность экваториальных солнечных часов - половину года (между днями равноденствий) солнцем освещается одна сторона диска, другую половину года - другая сторона диска. Соответственно летом нужно разметить часовые метки на верхней стороне диска, зимой - на нижней. В случае циферблата в виде обруча у вас есть возможность пользоваться часами, даже если часовые метки нанесены только на верхнюю ("летнюю") сторону, поскольку вы можете видеть солнечную тень на внутренней (обращённой к гномону) грани обруча.
В новости про монтируемые солнечные часы в Новороссийске меня сразу насторожила фраза "на часах выставлено точное время", ведь, судя по фотографии, часы спроектированы для истинного солнечного времени (обратите внимание на то, что 12 часов - симметрично строго внизу циферблата).
Попутно отметим странное решение направить римские цифры к гномону - получается, что для людей, стоящих на земле, эти цифры оказываются перевёрнутыми. С учётом того, что римские цифры и без того - неудобный анахронизм, предполагаю, что люди будут изрядно озадачены при попытке понять, какой час показывают эти часы.
И вернёмся к истинному солнечному времени - это такое время, когда истинный полдень (середина между восходом и заходом солнца) попадает ровно на 12:00. Истинное солнечное время неудобно для повседневного использования в нашей жизни, поскольку:
1) оно различается в разных городах (даже внутри большого города будут заметные различия, например время на востоке Москвы будет отличаться от запада на 2 минуты);
2) оно неравномерно - отклонение солнечных суток от 24 часов меняется день ото дня и в течение года доходит до половины минуты (что приводит к такому понятию, как Уравнение Времени).
Поэтому мы используем равномерное время и часовые пояса, то есть одинаковое время на большой территории, включающей множество населённых пунктов. В данном случае с учётом координат места установки часов 44.70498, 37.7842 и часового пояса UTC+3 мы можем вычислить, что солнечный полдень здесь случается (в среднем по году) на (3-37.7842/15) = 0.481час = 29 минут позже, чем 12:00, то есть в 12:29.
Как обычно поступают в таком случае?
1) Либо изначально учитывают это в конструкции и доворачивают циферблат (подчёркиваю, только циферблат, не всю конструкцию) на такой угол, чтобы строго внизу оказалось время не 12:00, а 12:29 (в данном случае на 7.2 градуса против часовой стрелки вокруг оси гномона).
2) Либо ставят поясняющую табличку, в которой указывают, что часы спроектированы для истинного солнечного времени (12 часов = истинный полдень), и приводят пояснения, как вычислить гражданское время из солнечного.
В этом случае авторы часов выставили "точное время" путём поворота всей конструкции по азимуту. Сначала я подумал "ну вот, блин, опять криво сделанные часы", но решил прикинуть, а какие же будут погрешности из-за такой кривой установки. Посидел, потупил, в чём бы прикинуть расхождения, думал про 3D-рисовалку, но в результате накидал расчёт в экселе. "Повернул" часы по азимуту на 18 градусов против часовой стрелки (чтобы в 12:00 в конце июля часы показывали "точное" время). И расчёт показал, что, как ни странно, масштаб трагедии не так уж велик, несмотря на то, что и гномон, и циферблат сориентированы неверно (результаты расчётов приведу ниже). Тем временем мне прислали несколько видео, из которых удалось получить следующие данные. (на криншоте)
1) 7 августа 2018 года, время съёмки 07:20. Во-первых, удалось увидеть, что время примерно соответствует указанному (красная стрелка). Во-вторых, судя по расчётам, если бы конструкцию повернули на 18 градусов, то в это время циферблат был бы в тени, но как мы видим, он уже освещён солнцем (однако по тени шляпки болта видно, что солнце всё ещё близко к плоскости циферблата) - поиграв поворотом, я остановился на 15 градусах (то есть подразумевается, что гномон направлен по азимуту 345 вместо 0).
2) Вид сбоку, 45-градусные линии - видно, что и гномон, и циферблат с доступной для видео точностью легли на эти линии.
3) 8 августа, время 16:59, тень опять с точностью до нескольких минут попадает на V-часовую метку.
4) Вид сзади, "стреляем" по направлению гномона, сопоставляем со зданием на фоне и смотрим на гугло-карты (google earth). И параллельно выясняем новую особенность гугло-карт - оказывается карты от разных дат могут давать расхождение по азимуту на целых 6 градусов:
Теперь давайте оценим, к каким последствиям приведёт некорректная ориентация часов по азимуту.
Для этого посмотрим на поведение часов в летнее полугодие (с весеннего до осеннего равноденствия), начиная с летнего солнцестояния (около 22 июня) и расходясь в обе стороны по одному месяцу.
В качестве опорных данных на графиках заодно приведена зелёная линия, которая показывает, как обстояло бы дело, если бы вместо вращения всей конструкции по азимуту мы повернули бы лишь циферблат вокруг оси гномона так, чтобы внизу оказалось не 12:00, а 12:30. Как видно, в этом случае в течение одного дня отстройка показаний солнечных часов от гражданского времени оставалась бы одинаковой, и только постепенно, месяц от месяца, дрейфовала бы в пределах Уравнения Времени (в пределах +-6 минут за летние месяцы, и до четверти часа за весь год).
Тёмно-синяя линия показывает оценку того, насколько точно будут идти новороссийские часы (в минутах). Как видно, даже в течение одного дня разброс разницы показаний с гражданским временем будет доходить до четверти часа с лишним.
Ещё одним свойством криво установленных часов станет то, что солнце перестанет освещать циферблат не в районе дня равноденствия (22 сен), а неравномерно: сначала во второй половине августа циферблат окажется в тени в утренние часы (к вечеру будет освещён), а затем к 22 сентября будет в тени половину дня, и наконец во второй половине октября окончательно скроется в тени. Точно так же долго, но в обратной последовательности, циферблат будет выныривать из тени в районе весеннего равноденствия.
Ещё один момент - то, что гномон, увы, не будет указывать на Полярную Звезду. Оценочно плоский угол отклонения от Полярной Звезды составит 11 градусов (новороссийцы, можете проверить).
То есть геометрия этих часов не позволит привести группу школьников и сказать, дескать, смотрите, там у нас Северный Полюс Мира, а вот так у нас проходит Небесный Экватор, а ночью вы сможете по плоскости циферблата определить склонение звёзд, ну и прочие занятные вещи. Точнее, рассказать-то всё это можно, но придётся каждый раз делать оговорку "если бы эти часы стояли правильно".
Ну и наконец. Зимой, хоть часами и можно будет воспользоваться (по внутренней грани циферблата, напоминаю), но погрешности будут наиболее впечатляющими. Например 22 декабря они в районе полудня превысят 30 минут.
Заключение
Несмотря на то, что вся моя сущность как специалиста по гномонике протестует, я вынужден признать, что такой варварский (привет авторам) способ выставления "точного" времени привёл к вполне удобоваримым результатам (погрешности - до четверти часа в дневные часы в течение лета), особенно если учесть, что сама конструкция циферблата (большие часовые отметки, отсутствие промежуточных делений) и толщина гномона не располагают к точному измерению времени. То есть это будет не просто декоративное нечто (как случилось с как-бы-часами в Сочи и подобным недоразумением в Ростове), а вполне функциональная достопримечательность города. Его стоимость (10 млн руб) выглядит несколько странной, но вполне допускаю, что я что-то не понимаю в необходимых производственных мощностях для изготовления такого объекта.
В заключение хочу поблагодарить местную жительницу Ирину, которая не поленилась оперативно и неоднократно съездить к объекту и запечатлеть нужные ракурсы, более того - она прониклась важностью выставления точного времени на своих часах перед съёмкой. Когда я пытался найти такого корреспондента в Белгороде, мне не везло больше месяца - то люди обещали и не присылали вообще ничего, то присылали фотки без времени, да ещё и обижались, когда я настойчиво спрашивал про время съёмок. )
Источник: Пикабу
По просьбе пользователей сайта, временно, комментарии будут публиковаться после модерации!
3 182 просмотра
6 комментариев
Ваше имя
коренной
28 Августа 2018 21:44
ХА
28 Августа 2018 23:16
Анна
28 Августа 2018 23:22
Юлия
29 Августа 2018 00:46
Клавуля
29 Августа 2018 10:01