Bogdan KILAR* SONČNE URE Uvod Sončna ura ni samo instrument, ki odseva spoznanje človeka o Zemlji in vesoljstvu ter ponazarja vrtenje Zemlje okoli njene osi (s smerjo sen- ce) in gibanje Zemlje okoli Sonca (z dolžino sence). Zanimiva je tudi kot likovna tvorba, ki ponazarja kulturo in filozofijo dobe in kraja, kjer je nastala. Konstrukcija sončne ure zahteva matematično, astronomsko, kartografsko in še kakšno znanje. Če kje vidimo sončno uro (ki pravilno kaže), to pomeni, da je bil tam človek, ki je imel vsa ta znanja! Ta človek pa je izšel iz nekega okolja. To pomeni, da je sončna ura znak kulture! Sončne ure so preproste priprave za merjenje časa. že v starih časih je lega sence, ki jo meče od Sonca obsijani predmet na neko ploskev, rabila za določanje časa. Za predmet, ki meče senco (senčnik), se je običajno uporabljal~ ravna palica ali raven rob kakega predmeta. Najstarejša priprava te vrste je bil gnomon, tj. navpična, na vodoravno ravnino postavljena palica (steber). Smer sence, ki jo meče gnomon, pa ni odvisna samo od dnevnega, ampak tudi od letnega časa, tj. od deklinacije Sonca. če hočemo, da bo smer sence neodvisna od letnega časa, tj. da bo ista ob istem trenutku t.i. pravega Sončevega časa (ki ga sončna ura kaže), in sicer vse leto, mora biti senčnik vzporeden z vrtilno osjo Zemlje. To dosežemo tako, da ga postavimo v ravnino krajevnega meridi- jana in nagnemo proti horizontu za kot y geografske širine. Tako je senč­ nik usmerjen proti tistemu nebesnemu polu P na nebesni krogli - severnemu (N) oziroma južnemu (S) - ki je nad horizontom kraja, kjer je sončna ura postavljena. Slika 1 je načrta­ na za severno geografsko širino. Ploskev, na katero meče senčnik sen- co, je lahko ravna ali kriva. Naj- večkrat je ravna(= ravnina sončne ure), njena lega v prostoru je nače­ loma poljubna. Senca, ki jo meče na opisani način orientirani senčnik na ravnino sonč­ ne ure, pomeni kazalec sončne ure. Z njim neposredno odčitamo čas na šte- vilčnici, ki je vrisana na ravnino sončne ure. številčnica pomeni šop poltrakov (žarkov), ki izhajajo iz točke, v kateri senčnik prebode ravnino sončne ure. besedilu: časovne linije) oštevilčimo po posameznih časa, ki ga kaže sončna ura. * ZENIT Slika 1 žarke (v nadaljnjem urah (in delih ur) 61000 Ljubljana, YU, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo; dr. nar. znanosti. Prispelo za objavo: 1987-01-30. GV 31(1987)1 23 Kakšen čas pa kaže sončna ura? Rekli smo že, da kaže sončna ura t.i. pravi Sončev čas, in ne srednjeevropskega oziroma tistega, ki ga kaže- jo naše (mehanične, digitalne} ure. Pravi Sončev čas je definiran kot časovni kot t Sonca, spremenjen za 12 ur: P = t + 12h. Tu je treba osvežiti nekaj astronomskih pojmov. Pravo poldne nastopi ob zgornjem prehodu Sonca čez krajevni meridijan. Tedaj je časovni kot Sonca nič, pravi Sončev čas znaša 12h: p = 12h. Prava polnoč nastopi ob zdolnjem prehodu Sonca čez krajevni meridijan, časovni kot je tedaj 12h, pravi sončev čas je torej 24h (oh). Trenutek pravega poldneva (P = 12h), izražen v srednjeevropskem času, je odvisen od geografske dolžineJ\. kraja, kjer je postavljena sončna ura, in od datuma, saj se ta trenutek med letom tudi na isti geografski dolžini spreminja. Za dano geografsko dolžino in dani datum lahko ta trenutek izračunamo, v pasu srednjeevropskega časa po obrazcu (14) oz. (15). Ob tem trenutku mora kazati sončna ura 12h pravega sončnega časa: P = 12h, uro kasneje (prej)pa 13h (llh) pravega sončevega časa itd. Zad- nja trditev ni popolnoma stroga, je pa dovolj stroga z ozirom na majhno nattnčnost sončne ure. Trenutek pravega poldneva nastopa v Sloveniji (+ 13,5° (.7',(+ 16,5°) vsako leto med uh3sm in 12h2om srednjeevropskega časa, v Jugoslaviji (+ 13,5°<.7'·< + 23 ,o0 }-pa med 11h12m in 12n2om iste- ga časa. Razlika med pravim Sončevim in srednjeevrpskim časom se med letom na isti geografski dolžini iz dneva v dan spreminja in jo je mogoče izra- .čunati po obrazcu (16). Vzroka za to spreminjanje sta dva. Prvi je na- gib (~ 66,5°) vrtilne osi Zemlje nasproti ravnini, v kateri se Zemlja giblje okoli Sonca, drugi pa je neenakomerno gibanje Zemlje okoli Son- ca po elipsi v skladu z 2.Keplerjevim zakonom. Pravi Sončev čas torej tudi ne poteka popolnoma enakomerno. Časovno razdobje med enim in nas- lednjim pravim poldnevom(= pravi Sončev dan} se zato med letom spre- minja. Razlika med najdaljšim in najkrajšim pravim Sončevim dnevom med letom znaša približno 50s. V nadaljnjem besedilu obravnavamo sončne ure s senčnikom in sicer tiste, pri katerih pada senca na (poljubno} ravnino. Posebej obravnavamo izra- čun in konstrukcijo sončne ure na (poljubni} navpični steni (zidu}, saj so takšne sončne ure najbolj pogostne. Teorija in vrste sončnih ur Na slikah 2 in 3 imajo simboli te pomene. središče nebesne krogle; severni nebesni pol; južni nebesni pol; nebesni ekvator; PNSBPS časovni krog Sonca S; Bin R diametralni točki, v katerih se sekata časovni krog Sonca in ne- besni ekvator; HUYK (veliki} krog sončne ure, v katerem ravnina sončne ure seka nebes- no kroglo; H in K diametralni točki, v katerih se sekata časovni krog Sonca in krog z X 24 sončne ure; zenit kraja, kjer je sončna ura; točka, v kateri krajevni meridijan seka nebesni ekvator in ki je za manj kot 900 oddaljena od zenita Z; GV 31(1987)1 PNXPS (krajevni) meridijan; Q pol (velikega kroga sončne ure= pol sončne ure. Pol Q sončne ure določa tista stran ravnine sončne ure. na kate- ro sije Sonce, torej tista stran,na kateri bo konstruirana številč­ nica. Na to stran pravokotno postavimo - v središču~ - poltrak, usmerjen navzven, iz ravnine. Ta poltrak prebode nebesno kroglo v točki= polu Q sončne ure. Slika 2 Slika 3 D,T deklinacija in časovni kot pola Q sončne ure; ·QPN 900 - D komplement deklinacije pola Q; t XB časovni kot Sonca; Y eno izmed obeh (diametralnih) presečišč ekvatorja in kroga sonč­ ne ure, in sicer tisto, ki je absolutno za manj .kot 900 oddalje- no od točke X. Ravnina ekvatorja in ravnina sončne ure se sekata vzdolž QY. Ravnina meridijana seka ravnino ekvatorja vzdolž OX, ravnino sončne ure pa vzdolž OU. Ravnina časovnega kroga seka ravnino sončne ure vzdolž OH. GV 31(1987)1 25 Na sliki 2 je senčnik poltrak QPN, 1 ki stoji pravokotno na ravnino ekva- torja. Poltrak je usmerjen proti-·tistemu nebesnemu polu, ki leži nad horizontom kraja, kjer je sončna ura postavljena. Predpostavimo, da je to severni nebesni pol PN. Za točke B, X, Y in R na ekvatorju velja (iz slike): BX = t; XY = 90° - Tin YR = 90° - t + T. Točki Bin R sta namreč dia- metralni točki in njuna sferna razdalja znaša 180°- Za točke H, u, y in K na krogu sončne ure pišimo HU = f; UY = o<,; YK = {3 Točki H in K sta diametralni, zato velja (1) o(,+ ~ + t = 180° Očitno je )rkot, ki ga tvori smer sence ob pravem sončevemhčasu P h t + 12h s smerjo, ki ustreza pravemu sončnemu poldnevu (P = 12 , t =O). Kot \i' je fugk<::ija časovnega kota t Sonca oziroma pravega sončevega časa (P = t + 12) ter konstant Din T sončne ure; (2) lf:= t