Рис. 8. Экваториальные солнечные часы
В дальнейшем астрономы поняли, что для повышения точности солнечных часов их указатель следует направить на полюс мира, т. е. к той точке небесного свода, которая при вращении Земли кажется неподвижной. Если при этом плоскость циферблата расположить параллельно плоскости небесного экватора, т. е. перпендикулярно к стержню, то конец тени стержня станет описывать окружность. Скорость движения тени будет равномерной, и поэтому на таком циферблате расстояния по окружности между часовыми метками (штрихами) окажутся равными, и их можно определить из расчета 360° = 24 ч. Так были созданы экваториальные солнечные часы, в которых доска с циферблатом устанавливалась наклонно к горизонту под углом α = 90° — φ, где φ — географическая широта места установки часов. На них деления нанесены на обеих сторонах циферблата (сверху и снизу), а указатель проткнут насквозь (рис. 8). Так, например, при изготовлении экваториальных солнечных часов для широты φ = 55°47′ угол наклона циферблата должен быть α = 34°13′. В таких часах в течение одной части года (в северном полушарии с марта по сентябрь) тень от стержня падает на циферблат сверху, а в течение другой — снизу, и поэтому часы пригодны для всех дней года. Однако отсчет времени, когда тень падает снизу, затруднителен.
Для устранения этого недостатка солнечные часы стали делать с горизонтально расположенным циферблатом с делениями, нанесенными из расчета tg x = tg t sin φ, где x — угол при центре циферблата между полуденной линией (линией «север — юг») и данным делением, t = To — 12 ч — часовой угол Солнца, а φ — географическая широта местонахождения часов. На таком циферблате линия, проходящая через штрихи, соответствующие 6 и 18 часам, будет перпендикулярна к полуденной линии. Указателем в таких часах служит треугольник (рис. 9) с острым углом, равным широте данной местности φ.
Рис. 9. Солнечные часы с горизонтальным циферблатом
Устанавливался он так, чтобы его плоскость была перпендикулярна к плоскости циферблата и совпадала с направлением север — юг, В таких часах скорость перемещения тени от треугольника неравномерна, а поэтому углы на циферблате, соответствующие часовым промежуткам времени, являются неравными.
В древности солнечные часы имели широкое распространение. В Египте за гномон солнечных часов принимали высокие обелиски. Паломники Индии пользовались посохами с вделанными в них миниатюрными солнечными часами.
В 10 г. до н. э. по распоряжению императора Августа (63 г. до н. э. — 14 г. н. э.) в честь победы над Египтом были созданы в Риме большие солнечные часы, гномоном для которых являлся гранитный обелиск высотой около 22 м и массой 250 т. На циферблате этих часов размером 170 на 80 м тень обелиска падала на 12 секторов со знаками зодиака (рис. 10); по часам такого типа определяли не только время суток, но и дату и сезон года [20].
Зодиаком в Древней Греции называли пояс на небосводе, включающий 12 созвездий, расположенных вдоль эклиптики. В глубокой древности пояс зодиака делили на части по 30°; они имели названия тех созвездий, по которым проходила эклиптика. В каждой такой части — знаке зодиака — Солнце при своем годичном движении находилось в течение одного месяца: в знаке Водолея — в январе — феврале, в знаке Рыб — в феврале — марте, в знаке Овна — в марте — апреле, в знаке Тельца — в апреле — мае, в знаке Близнецов — в мае — июне, в знаке Рака — в июне — июле, в знаке Льва — в июле — августе, в знаке Девы — в августе — сентябре, в знаке Весов — в сентябре — октябре, в знаке Скорпиона — в октябре — ноябре, в знаке Стрельца — в ноябре — декабре, в знаке Козерога — в декабре — январе. За время с начала нашей эры точка весеннего равноденствия вследствие прецессии сместилась почти на 30°, и Солнце в декабре — январе проходит по созвездию Стрельца, в январе — феврале — по созвездию Козерога и т. д., но знаки зодиака остаются прежними. Сейчас они практического значения не имеют, в древности же применялись для составления гороскопов.
Рис. 20. Знаки зодиака
В 1278 китайский император Кошу-Кинг, стремясь повысить точность солнечных часов, построил в Пекине гномон, указатель которого по высоте был равен 40 ступеням. В Самарканде узбекский астроном Улугбек (1394–1449), внук известного завоевателя Тамерлана (1336–1405), стремясь увеличить точность определения времени по солнечным часам, воздвиг в 1430 г. гномон, стержень которого достигал высоты в 175 ступеней (около 50 м).
Известны солнечные часы, у которых полдень отмечался трезвоном. В других часах с помощью соответственно установленного и направленного зажигательного стекла солнечный луч управлял пушкой, заставляя ее стрелять в определенное время.
Солнечные часы не требовали завода, они не останавливались и даже «шли» правильнее, чем некоторые нынешние часы, но с двумя существенными оговорками: только в дневное время и в безоблачную погоду. Их продолжали строить вплоть до XVII и даже XVIII в.
Солнечные часы, как стационарные, так и переносные, длительное время широко использовались в общественной практике различными народами нашей страны. Стационарные часы изготовлялись из камня (преимущественно), реже из металла и дерева и, как правило, больших размеров, что позволяло повысить их точность и видеть их на значительном расстоянии. Многие из них сохранились не только в музеях, но и на месте первоначальной их установки.
Переносные солнечные часы, отличающиеся сравнительно небольшими размерами, чаще всего изготовлялись из металла (латуни, бронзы, серебра), дорогих сортов дерева и даже из слоновой кости или черепашьего панциря. Для ориентирования по сторонам света их, как правило, снабжали магнитной стрелкой.
До недавнего времени появление на Руси первых солнечных часов относили к XV в. Однако при ремонте в г. Чернигове Спасо-Преображенского собора, построенного в 1031–1036 гг., был обнаружен декор, неглубокие ниши которого со своеобразным орнаментом представляли, как установил историк Г. И. Петраш, элементы уникальных солнечных часов цилиндрической формы.
Из сохранившихся документов известно, что в 1614 г. царь Михаил Федорович приобрел у московского купца солнечные часы, а позднее в XVII в. «часы солнечные писаны красками» были установлены в дворцовом комплексе Измайлово (под Москвой). Сохранились солнечные часы и в селе Коломенском (подмосковная усадьба русских царей), установленные примерно в то же время. В начале XVIII в. пользовались солнечными часами, укрепленными на колокольне собора Святогорского монастыря, но время их установки не известно.
Наши соотечественники, ходившие по северным морям, использовали так называемые «матки», представляющие подобие переносных солнечных часов, снабженных компасом, что позволяло ориентироваться на море. Свидетельством широкого использования нашими моряками солнечных часов различного устройства являются найденные советскими учеными в 1940 г. па северном берегу Таймырского полуострова шесть солнечных часов, оставленных там в 1617 г. русской торгово-промышленной экспедицией.
В Ленинградском музее Арктики и Антарктики хранятся трое солнечных часов, обнаруженных при раскопках в городе Мангазее в Сибири. В документе, впервые опубликованном М. И. Беляевым в 1952 г., отмечается, что в «росписи товарам», перевозившимся «вниз по Лене и морем на Индигирку реку и на Колыму и в иные сторонние реки», упомянуты «тринадцать маток в костях».
Среди имущества, оставленного известным деятелем просвещения Феофаном Прокоповичем (1681–1736), обнаружено несколько солнечных часов, которыми он пользовался на своей обсерватории недалеко от Петергофа (ныне Петродворец), и на обсерватории Л. Д. Меньшикова (1673–1729), производя астрономические наблюдения.
Большое внимание солнечным часам уделяли Петр I (1672–1725) и государственный деятель Я. В. Брюс (1670–1735); они лично изготовили несколько часов, которыми пользовались в астрономической обсерватории, находившейся между Петергофом и Ораниенбаумом (ныне Ломоносов), и в обсерватории князя А. Д. Меньшикова они же и организовали подготовку часовых мастеров. Недавно реставрированы солнечные часы, установленные в свое время на здании бывшего кадетского корпуса (на Васильевском острове в Ленинграде), построенном в 1738–1753 гг. Сохранились до нашего времени и два мраморных верстовых столба (бывших Царскосельской и Петергофской дорог) с солнечными часами, представляющими квадратные мраморные плиты с часовыми шкалами и гномоном, а в г. Пушкине (под Ленинградом) находятся и теперь обелиски с солнечными часами. Более совершенные солнечные часы, учитывающие изменение высоты Солнца в течение дня, демонстрировались в 1879 г. на Совете Московского университета известным этнографом Е. И. Якушиным (1826–1905), полученные им из Ярославской губернии (см. книгу «Солнечные часы и календарные системы народов СССР»). До 40-х годов нашего века сохранялось несколько солнечных часов, установленных в разное время в парках Ленинграда и его окрестностей. Немало солнечных часов было сооружено в XVII–XVIII вв. в разных городах, селах, деревнях нашей страны, особенно в Сибири и северных районах. Оригинальные солнечные часы на тумбе были построены в 1833 г. в г, Таганроге перед лестницей, ведущей к морю; они сохранились до наших дней. Много их было в Москве и ее окрестностях. Так, например, часы сохранились на зданиях Историко-архивного института, Новодевичьего монастыря (построен в 1525 г.), в музее-усадьбе Архангельское… На территории дома-музея отца русской авиации Н. Е. Жуковского (1847–1921) в деревне Глухово Владимирской области сохранилась каменная тумба с солнечными часами, которыми он пользовался до 1919 г.
