Człowiek od zarania dziejów wykorzystywał Słońce do określania pory dnia i roku. Przełom w mierzeniu czasu nastąpił po wynalezieniu gnomonu, który na początku był zwykłym patykiem wbitym pionowo w ziemię. Tak powstał pierwszy zegar słoneczny, a zarazem najstarszy przyrząd astronomiczny. Stało się to kilka tysięcy lat temu, niezależnie w wielu miejscach. Przyjmuje się, że gnomon (pionowy pręt) najwcześniej wynaleziono w Mezopotamii i Egipcie, co zapoczątkowało świadome obserwacje czasu.    

Zegar słoneczny w Marszewie należy do rodzaju wielokrotnych, wertykalnych, ponieważ ma więcej niż jedną pionową tarczę. Każda z nich odchylona jest od kierunku południowego o 45° odpowiednio na wschód i na zachód, dzięki czemu zegar teoretycznie może mierzyć czas od świtu do zmierzchu, czego przy zastosowaniu jednej tarczy pionowej nie udałoby się uzyskać.

Zegar słoneczny został zaprojektowany i wykonany przez gnomonika Marka Szymochę dla współrzędnych geograficznych miejsca jego instalacji: N 54° 31’ 13” szerokości geograficznej północnej oraz E 18° 25’ 01” długości geograficznej wschodniej.

Zegar składa się z dwóch skrzydeł, wschodniego v i zachodniego, które mają po dwa cyferblaty, dedykowane dla różnych pór roku. Latem i jesienią, czyli miedzy 21 czerwca a 22 grudnia należy używać tarcz górnych, oznaczonych napisami LATO i JESIEŃ. Natomiast w drugiej połowie roku, czyli miedzy 23 grudnia a 20 czerwca używać należy tarcz dolnych, oznaczonych napisami ZIMA i WIOSNA.

 Dla lepszej wizualizacji, na rys. 1 zastosowano cztery kolory symbolizujące cztery pory roku: jesień - żółty, zima - niebieski, wiosna - zielony, lato - czerwony. Cztery sylwetki ptaków, wycięte laserowo w stali nierdzewnej, stanowią gnomony, czyli wskazówki dla czterech tarcz zegarowych. Są to sylwetki kosów, nawiązujące symbolicznie do charakteru Leśnego Ogrodu Botanicznego Marszewo. Końce ptasich dziobów pełnią rolę nodusów, czyli punktów na gnomonach (wskazówkach zegarowych), rzucających cień służący do odczytywania czasu i daty. Ów cień porusza się w określonych porach roku po obszarach wyróżnionych kolorami, wskazując czas urzędowy, letni i zimowy, oraz przybliżone daty. Do odczytów zawsze należy używać cienia końców ptasich dziobów.

Tarcze górne i dolne różnią się kształtem linii godzinowych. Pierwsze z nich wybrzuszone są w prawo, a po przejściu przez proste linie równonocy zakręcają w lewo. Dolne odwrotnie. Gdyby złożyć tarczę górną i dolną, każda linia godzinowa miałaby kształt zdeformowanej, lecz zamkniętej ósemki, zwanej analemmą. Rozdzielenie jej na dwie połówki półroczne pozwoliło na uzyskanie wyższej czytelności i dokładności zegara. Wszystkie linie są wyskalowane wg kwadransów, a więc odległości pomiędzy sąsiadującymi ze sobą liniami wynoszą zawsze 15 minut. Główne linie godzinowe, nieco grubsze, oznaczone są cyframi pełnych godzin wg czasu letniego (skale dolne) i zimowego (skale górne). Odczytywanie czasu polega więc na prostym sprawdzeniu, która linia jest wskazywana dziobem ptaka, bez dodatkowych operacji dodawania lub odejmowania poprawek minutowych, jak to odbywa się w zegarach z prostymi liniami godzinowymi. Tutaj owe poprawki są już wliczone w krzywe linie godzinowe analemmy, o której można przeczytać we fragmencie „Dla dociekliwych”.

Oprócz pomiaru czasu, zegar umożliwia odczytywanie przybliżonych dat. Linie dat przyjmują kształt hiperbol, po których poruszają się cienie ptasich dziobów. Jedna z linii dat wyjątkowo posiada kształt prostej. Dzieje się tak dwa razy w roku, podczas równonocy wiosennej i jesiennej, odpowiednio około 21 marca i 23 września. Wszystkie linie dat, wygrawerowane na tarczach, są oznaczone znakami Zodiaku. W dniach wchodzenia Słońca w dany znak Zodiaku, cienie ptasich dziobów przesuwają się wzdłuż odpowiednich hiperbol i wtedy łatwo jest określić datę. W pozostałe dni daty określa się przez proporcję (interpolację) pomiędzy dwiema sąsiadującymi hiperbolami zodiakalnymi o znanych datach znaków Zodiaku

Równanie czasu

Klasyczne zegary słoneczne cyklicznie spóźniają się lub spieszą w porównaniu do jednostajnego czasu urzędowego. Dlatego konieczne jest ich „regulowanie” za pomocą krzywej równania czasu, która jest rozwinięciem krzywej ósemkowej analemmy. Słowo to pochodzi z języka greckiego (αναλημμα) i oznacza „podstawę” - najważniejszą część zegara słonecznego. Słońce w różnych porach roku nie tylko zmienia swoją wysokość nad horyzontem, ale także zbacza w lewo lub w prawo od średniej swojej pozycji, która jest podstawą współczesnego pomiaru czasu. Krzywe linie godzinowe niwelują te nieregularności i dostosowują niejednostajny czas słoneczny do jednostajnego czasu urzędowego, jakim posługujemy się na co dzień.

Głównym powodem tych nieregularności jest eliptyczny kształt orbity Ziemi. Najbliżej naszej centralnej gwiazdy znajdujemy się 4 stycznia, w odległości 147 mln km, w punkcie zwanym peryhelium (greckie peri - przy, helios - Słońce, czyli    w punkcie „przy Słońcu”, najbliżej Słońca). Prędkość Ziemi na orbicie jest wtedy największa. Najdalej od Słońca znajdujemy się 4 lipca, w punkcie zwanym aphelium, w odległości 152 mln km (greckie apo - od, helios - Słońce, czyli w punkcie najdalej „od Słońca”). Prędkość Ziemi na orbicie jest wtedy najmniejsza. Te niewielkie różnice prędkości obiegu naszej planety wokół dziennej gwiazdy sprawiają, że czas odmierzany przez Słońce płynie niejednostajnie, okresowo przyspieszając lub spóźniając się. Faliste linie godzinowe pozwalają usunąć te nieregularności czasu słonecznego.

Pomiędzy skrzydłem wschodnim   i zachodnim znajduje się szczelina. Służy ona do określania prawdziwego południa słonecznego w Marszewie. W momencie, kiedy promienie Słońca przenikające przez szczelinę, pokryją się z linią południka lokalnego na kamieniu, Słońce góruje nad Marszewem, czyli znajduje się najwyżej nad horyzontem danego dnia. Jest wtedy południe lokalne, które w Marszewie nigdy nie pokrywa się z południem czasu urzędowego i wypada każdego dnia o nieco innej porze.

Na dwóch głazach, towarzyszących zegarowi słonecznemu umieszczono metalowe płytki z liniami równoleżników, różniących się o 1 sekundę. Można zobaczyć, że różnica szerokości geograficznej 1" odpowiada odległości w terenie równej 30,87m

Dla dociekliwych!

Długości dni i nocy w Marszewie

Poniższe grafiki w formie 24-godzinnych zegarów przedstawiają czasy trwania najkrótszych oraz najdłuższych dni i nocy w Marszewie, odpowiednio podczas przesilenia letniego i zimowego. Pokazano także momenty wschodów i zachodów Słońca dla tych dat oraz czasy świtów i zmierzchów cywilnych, które określają dostępność użytecznego światła dziennego, co oznacza możliwość swobodnego czytania na zewnątrz przy świetle naturalnym, odpowiednio przed wschodem i po zachodzie Słońca, lub wyznaczania czasów włączania i wyłączania lamp ulicznych. Momenty dla 21 VI podano w czasie letnim, a dla 22 XII w czasie zimowym.

 (powrót)

tekst: Marek Szymocha, konstruktor zegara słonecznego