ZEGARY SŁONECZNE

Zrealizowano z dotacji Powiatu Gostyńskiego w ramach projektu „Street ART 2024”.

Zegary stworzone w ramach projektu spotkamy w Borku Wlkp., Gostyniu, Poniecu, Pępowie, Piaskach oraz w Pogorzeli.

A TERAZ CZAS NA TEORIĘ, CZYLI O CO Z TYMI ZEGARAMI CHODZI

Patrząc na różne rodzaje zegarów słonecznych warto wiedzieć nie tylko jak odczytać czas
pokazywany cieniem, lecz także rozumieć ich zasadę działania, a także pewne prawidła, które
wynikają z konstrukcji owych przyrządów. Patrząc z wiedza, już na pierwszy rzut oka można
ocenić, czy mamy przed sobą prawdziwy zegar słoneczny – zbudowany i wyliczony zgodnie z
rzeczywistymi zasadami gnomoniki – czy też jedynie atrapę, która nigdy nie pokaże prawdziwej
godziny. Dlatego postanowiliśmy zebrać z dostępnej nam literatury wszystkie istotniejsze
informacje i zaprezentować je w formie swego rodzaju kompendium wiedzy.
Horyzontalne zegary słoneczne spotykamy w naszym kraju dość często, a to za sprawą królów i
ludzi zamożnych. Oni to właśnie upodobali sobie ustawianie słoneczników w ogrodach i
przypałacowych parkach, gdzie w czasie spacerów i rozkoszy dworskich zabaw, mogli łatwo i
szybko sprawdzać aktualną godzinę. W Europie już w XV wieku zauważyć można spory postęp w
wiedzy dotyczącej zegarów słonecznych, a wielu uczonych badania swe przypieczętowano
wydaniem pokaźnych tomów opisujących zasady gnomoniki. Możni tamtych czasów chętnie szli
za modą i postępem, toteż w ich rezydencjach zaczęły masowo pojawiać się słoneczne
czasomierze.

O CZASIE SŁÓW KILKA

Przy pomiarze czasu słonecznym cieniem należy zwrócić uwagę na różnice w rodzajach czasu.
Poczynając od południka początkowego w Greenwich, co 15 stopni długości geograficznej czas
zmienia się o jedną godzinę, co w naturalny sposób tworzy strefy czasowe. Tak przynajmniej jest w
teorii, gdyż ze względów praktycznych niektóre państwa – pomimo oczywistych różnic w położeniu
– przyjęły czas wspólny. Tak na przykład dzieje się w Europie, gdzie większość krajów stosuje czas
środkowoeuropejski. Czas zegarów słonecznych to czas tak zwany prawdziwy, czyli miejscowy
słoneczny, który jest inny dla wszystkich długości geograficznych każdego kraju. Przykładowo
Polska leży między 14°07′ a 24°08′ długości geograficznej wschodniej. Oznacza to, że rozpiętość
wskazań zegarów słonecznych obserwowanych w tym samym momencie sięgają około 40 minut (4
minuty na 1°). Czas strefowy, którym posługują się zegary i zegarki mechaniczne, jest identyczny w
całej Polsce. Omawiając konstrukcję słoneczników będziemy mówili zatem o podstawowym
zegarze wskazującym miejscowy czas słoneczny. Koniecznie należy także dodać, że takie zegary
słoneczne pokazują czas zimowy.

Poprawne pozycjonowanie

Nazwa zegara horyzontalnego pochodzi od ustawienia jego tarczy godzinowej – jest ona
dokładnie pozioma, czyli równoległa do płaszczyzny horyzontu. Żeby zamocować ją w idealnym
położeniu konieczne jest użycie poziomicy. Owo bardzo proste w swej konstrukcji narządzie
natychmiast i nieomylnie wychwyci wszelkie, nawet najdrobniejsze odchylenia od właściwej
płaszczyzny. Gnomon w stosunku do tarczy powinien być ustawiony pod kątem równym
szerokości geograficznej danego miejsca, zaś jego wierzchołek powinien wskazywać Gwiazdę
Polarną, która niemal idealnie wskazuje biegun północny, czyli oś obrotu Ziemi. Oczywiście za
dnia, kiedy zegar ciężko pracuje pokazując czas, Gwiazda Polarna jest niewidoczna, jednak inna
zasada przychodzi z pomocą w poprawnym ustawieniu urządzenia. Linia godziny 12 (XII) leży
dokładnie na lokalnym południku, który bardzo prostymi metodami każdy może wyznaczać
sobie sam. Teoretycznie można też skorzystać z kompasu, ale tylko wtedy, gdy zna się aktualną
wartość deklinacji magnetycznej dla miejsca budowy zegara. Koniecznie trzeba to uwzględnić, by
odszukać kierunek osi obrotowej Ziemi, a nie biegun magnetyczny. Wiedząc to, łatwo zrozumieć,
dlaczego przed wiekami zegary słoneczne nazywano w Polsce kompasami: gnomon wskazywał
kierunek północny. Linie godzinowe wyrysować można na kilka sposobów i tylko od twórcy
zegara zależy, czy będzie wolał sięgnąć po geometrię, czy może raczej trygonometrię. Oczywiście
można pójść na łatwiznę i przenieść linie godzin z odpowiednio ustawionego zegara
równikowego, który w niemal każdych warunkach może posłużyć jako uniwersalny wzorzec. Ta
technika jednak niesie ze sobą ryzyko pewnych przekłamań wynikających z braku precyzji
ludzkich rąk, więc jeśli ktoś chce rzecz wykonać jak należy, to raczej nie ominie którejś z
powyższych gałęzi matematyki.

Zegary horyzontalne w różnych szerokościach geograficznych
Zegar horyzontalny wymaga wokół siebie sporo pustej przestrzeni – zależnie od szerokości
geograficznej może być oświetlony przez Słońce w ciągu dnia przez inną liczbę godzin. Im dalej
pójdziemy na północ, tym większy zakres godzin pokaże słonecznik, a im bardziej na południe, tym
będzie ich mniej, jednak dolna granica to 12. Jeśli ustawić zegar poziomy w okolicach bieguna
północnego, to nasz słonecznik pokaże aż 24 godziny, choć niestety będzie działać tylko przez pół
roku, a przez drugą połowę będzie trwała noc polarna. Tymczasem na Równiku słonecznik pokaże
tylko do 12 godzin – od 6 do 18 (dwa razy do roku pokazuje dokładnie 12, a przez pozostały czas
nieznacznie więcej). W szerokościach geograficznych zajmowanych przez Polskę horyzontalny zegar
słoneczny działa zwykle w zakresie od 4 do 20. Z tych też powodów zegar obliczony i wykonany dla
Gdańska nie może by? użyty w Krakowie, co oczywiście działa w obie strony.

Słonecznik dla podróżnika
Przed wiekami odkryto jednak sposób wykorzystania zegarów poziomych w charakterze
czasomierzy podróżnych. W tym celu do pomniejszonych do rozmiarów kieszeni słoneczników tego
typu, mocowano niewielkie kompasy, a czasem także ustawiane prostopadle do tarczy, zegary
pionowe (wertykalne). Połączenia tego dokonali uczeni w Norymberdze i stąd też potoczna ich
nazwa, zegary norymberskie. Gnomonem była nitka, której kąt nachylenia nad tarczą można było
zmieniać przez przewleczenie jej przez odpowiedni otworek w pionowej tarczy. Na odwrocie zegara
umieszczano zwykle tabelę z szerokościami geograficznymi ważniejszych miast. Oczywiście nadal
pozostawał problem poprawnego ustawienia zegara na lokalnym południku, w czym teoretycznie
pomagać miał kompas, jednak deklinacja magnetyczna bieguna pozwalała na jedynie zaokrągloną
dokładność. Rozwiązaniem tego problemu okazało się połączenie zegara poziomego z
analematycznym, w którym zależnie od daty pionowy gnomon ustawia się w stosownym miejscu na
tarczy. Żeby skierować taki zegar idealnie ku północy, a tym samym odnaleźć lokalny południk,
trzeba było tak obrócić zegar, by obie tarcze wskazały tą samą godzinę. W tym położeniu słonecznik
działa bez zarzutu, pokazując lokalny czas słoneczny.

Kalendarz słoneczny i astronomia
Horyzontalny zegar słoneczny, jak wiele innych odmian słoneczników, może na tarczy zawierać
także kalendarz. Odczytać z niego można aktualny dzień i miesiąc oraz wszystkie najbardziej
charakterystyczne daty w ciągu roku słonecznego. Pokazują to rysowane obok gnomonu krzywe
obrazujące deklinację Słońca, czyli jego roczną drogę po niebie. Dzięki tym liniom na słoneczniku
zobaczy? można: przesilenie zimowe (najdłuższy cień gnomonu), przesilenie letnie (najkrótszy
cień) oraz wiosenne i jesienne zrównanie dnia z nocą, co wyraża prosta linia. Do wskazania
odpowiedniej daty na kalendarzu służy wierzchołek gnomonu lub specjalna szczerbina tworzona
na jego grzbiecie, nazywana nodusem. Kalendarz może też zawierać linie pokazujące kiedy Słońce
wchodzi w kolejne znaki zodiaku. To jednak nie koniec możliwości poziomego słonecznika.
Wielebny William Oughtred, żyjący w XVII wieku angielski uczony, wpadł na pomysł, by na jednym
zegarze poziomym umieścić de facto dwa słoneczniki – jeden z gnomonem pochyłym (polosem) i
drugi z pionowym. Co ciekawsze udało mu się oba te gnomony połączyć w jedną formę i na tej
samej tarczy poza godzinami zamieścić dodatkowo tablicę, z której odczytać można dokładne
wartości słonecznej deklinacji oraz aktualne położenie Słońca na ekliptyce. Okazuje się zatem, że
zegar słoneczny przy swej niezwykłej, wręcz banalnej prostocie, może jednoczenie stanowić
niezwykle precyzyjny instrument do pomiarów astronomicznych.
Tarcza zegara poziomego może przyjmować rozmaite kształty zależnie od inwencji twórcy.
Spotykamy zatem tarcze kwadratowe, prostokątne, okrągłe i ośmiokątne. Oczywiście, żeby
dostosować zegar do odczytu nie tylko czasu słonecznego, ale także uniwersalnego, należy
uwzględnić poprawkę na różnicach długości geograficznej (odległości zegara od głównego
południka strefy czasowej) i zamieścić gdzieś obok wykres równania czasu. Poprawka długości
geograficznej może zostać wkalkulowana w linie godzinowe (stąd czasem widujemy słoneczniki
poziome, w których godzina 12 nie leży dokładnie na południku) lub w tablicy z wartościami
poprawek równania czasu, korygując różnicą między czasem prawdziwym słonecznym a
uniwersalnym.