آموزشی
ساعت آفتابی چیست؟
دی
ساعت آفتابی یا آفتاب‌نما، قدیمی‌ترین نوع دستگاه اندازه گیری زمان است که با کمک موقعیت نور و سایه برخی از اشیاء در معرض اشعه خورشید، گذر زمان را در طی روز نشان میدهد.
این تعریفی است که تقریباً همه از این نوع ساعت در ذهن دارند؛ اما ممکن است برخی افراد بخواهند به‌طور دقیق‌تری بدانند ساعت آفتابی چیست یا چطور کار میکند.
در این مقاله قصد داریم درباره تاریخچه و روش کار این ساعت‌های جذاب قدیمی صحبت کنیم. با ما همراه باشید.
بیشتر بخوانید : پیدایش ساعت در ایران و جهان از کجا شروع شد؟
تاریخچه ساعت آفتابی
اولین وسیله برای نشان دادن زمان روز، احتمالاً gnomon بود که قدمت آن به حدود 3500 سال قبل از میلاد می‌رسد.
این ابزار از یک چوب یا ستون عمودی تشکیل شده بود و طول سایه‌ای که می‌انداخت، نشان‌دهنده موقعیت زمانی روز بود. البته در قرن هشتم قبل‌از میلاد، دستگاه‌های دقیق‌تری مورد استفاده قرار گرفتند.
اولین ساعت شناخته شده‌ای که هنوز هم استفاده میشود، یک ساعت سایه‌ای مصری از شیست سبز است که از یک پایه مستقیم با یک قطعه متقاطع برجسته در یک انتها تشکیل شده است.
روی پایه مقیاس 6 تقسیم زمانی حک شده است و در جهت شرقی-غربی قرار می‌گیرد که در انتهای شرقی، زمان صبح و در انتهای غربی بعدازظهر نمایش داده میشود.
یکی دیگر از ابزارهای اولیه زمان‌سنجی، ساعت آفتاب‌نمای نیم‌کره‌ای یا نیم‌چرخه بود که در حدود 280 سال قبل‌از میلاد ساخته شده و به آریستارخوس منجم یونانی ساموسی نسبت داده میشود.
این ابزار از سنگ یا چوب ساخته میشد و از یک بلوک مکعبی تشکیل شده بود که یک دهانه نیمکره روی آن قرار داشت. یک شاخص نیز در مرکز فضای نیمکره، ثابت میشد.
مسیری که در طول روز توسط نوک سایه شاخص طی میشد، تقریباً یک قوس دایره‌ای بود. هر قوس نیز به 12 بخش مساوی تقسیم و هر روز، از طلوع تا غروب خورشید محاسبه میشد؛ بنابراین 12 بازه مساوی یا «ساعت» وجود داشت.
ازآنجاکه طول روز بسته به فصل متفاوت بود، این ساعات نیز از فصلی به فصل دیگر و حتی از روز به روز متفاوت بودند و در نتیجه به‌عنوان ساعات فصلی شناخته می‌شدند.
ساعت آفتابی اریستارخوس قرن‌ها به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت.
یونانی‌ها هم با مهارت هندسی خود آفتاب‌نماهای متنوعی با پیچیدگی قابل‌توجه ساختند.
این ساعت‌های یونان باستان دارای سطوح مخروطی شکل و به‌صورت بلوک‌های سنگی بریده شده بودند که در آن محور مخروط با محور قطبی زمین موازی بود.
آفتاب‌نماهای رومی‌ها هم مانند یونانیان مبتنی بر ساعات فصلی بود. اولین ساعت رومی در سال 290 قبل‌از میلاد ساخته شد.
مسلمانان قرون وسطی نیز به آفتاب‌نما علاقمند بودند؛ چون این ساعت‌ها ابزاری را برای تعیین زمان دقیق برای نماز فراهم می‌کردند.
درواقع، بیشتر آفتاب‌نماهای مسلمانان دارای خطوطی هستند که زمان اذان را نشان می‌دهند. اگرچه مسلمانان اصول اولیه طراحی این ساعت‌ها را از یونانیان آموختند؛ اما با استفاده از علم مثلثات، تنوع طرح‌های موجود را افزایش دادند.
در آغاز قرن سیزدهم میلادی، ابوالحسن مراکشی در مورد ساخت خطوط ساعت بر روی ساعت‌های استوانه‌ای، مخروطی و دیگر انواع ساعت‌های آفتاب‌نما مطالبی نوشت و ساعات مساوی را معرفی کرد.
بیشتر بخوانید : ساعت سولار (خورشیدی) چیست و چگونه کار میکند؟
اولین ساعت آفتابی در ایران
ساعت آفتابی در ایران قدمت چند هزار ساله دارد. اولین ساعت افتابی در ایران به دوران باستانی ایلامیان و هخامشیان باز می گردد. که با بهرگیری از دانش نجومی پیشرفته و معماری دقیق ساخته شده اند.
ساعت آفتابی در ایران در حکومت هخامشیان 550-330 پیش از میلادی ساخته شده. تخت جمشید یکی از مراکز علمی و فرهنگی می باشد که ابزار های سنجش زمان از جمله ساعت افتابی را در خود جا داده است. که این ابزار ها برای تعیین ساعت روز و امور کشاورزی و مذهبی به کار می رفتند.
در دوران ساسانیان 224-651 میلادی از این ساعت برای تنظیم برنامه های مذهبی و اجتماعی استفاده می شد. برخی معتقند که ایرنیان با الهام گرفته از دانش مصری ها و بابلی ها این فناوری را توسعه دادند. و آن را برای موقعیت های جغرافیای ایران بوم سازی کردند.
با ورود اسلام به ایران و رشد دانش در دوران عباسیان مرکز علمی مانند رصد خانه های اصفهان، شیراز و مراغه نقش مهمی در توسعه ساعت افتابی ایفا کردند.
خواجه نصیرالدین طوسی یکی از برجسته ترین داشمندان آن زمان بود که با تاسیس رصد خانه مراغه به دقت ساعت آفتابی کمک کرد. در این دوره ساعت افتابی برای اوقات شرعی و برنامه های مذهبی استفاده می شد.در دوران صفویان این ساعت همچنان در مسجد جامع اصفهان و مدرسه چهار باغ به چشم می خورد.
بیشتر بخوانید: اولین ساعت آفتابی در ایران
ساعت آفتابی چگونه کار میکند
برای اینکه بفهمید ساعت آفتابی چگونه کار می کند، ابتدا باید بدانید که خورشید چگونه سایه می‌اندازد. هنگامی که زمین حول محور خود می‌چرخد، خورشید نیز در آسمان حرکت میکند و باعث میشود که اجسام سایه بیندازند.
همانطور که خورشید در طول روز موقعیت‌های نسبی را در آسمان تغییر میدهد، موقعیت سایه روی آفتاب‌نما هم تغییر میکند تا با زمان‌های مختلف در اطراف و بیرون صفحه مدور هماهنگ شود.
به‌این‌ترتیب می‌توانید زمان را با نگاه‌کردن به محل سایه و با استفاده از علامت‌گذاری‌های اطراف لبه پایه ساعت تشخیص دهید.
از هر شکلی از چوب می‌توان به‌عنوان آفتاب‌نما استفاده کرد. در ساده‌ترین حالت، حتی می‌توانید از یک پایتان برای ایجاد افکت آفتاب‌نما استفاده کنید و با نگاه کردن به طول و موقعیت سایه چوب، اوقات روز را تشخیص دهید.
همچنین، می‌توانید با نگاه‌کردن به زمین در محور آن، نحوه عملکرد ساعت آفتابی را تجزیه‌وتحلیل کنید.
به‌دلیل وجود این محور، به نظر می‌رسد خورشید در طول روز در آسمان حرکت میکند؛ اما به‌دلیل وجود محور زمین و سفر سالانه آن به دور خورشید، سایه‌های ایجادشده توسط خورشید به‌طور روزانه تغییر می‌کنند و این باعث میشود که موقعیت زمانی هر آفتاب‌نما بسته به تعداد طول و عرض جغرافیایی تغییر کند.
به یاد داشته باشید که هر ساعتی، زمان محلی خورشیدی را نشان میدهد که ممکن است به‌دلیل تغییر فصول و زمان تابستانی و محاسبه زمان ملی در هر کشور به‌طور متفاوتی تنظیم شود.
این همان زمانی است که ساعت‌ها با تغییر فصل‌های زمستان به بهار و تابستان به پاییز، یک ساعت به عقب و جلو کشیده می‌شوند.
بیشتر بخوانید : چرا ساعت روی 1010 تنظیم شده است؟
انواع ساعت آفتابی ( خورشیدی)
در ادامه به انواع ساعت های آفتابی و درباره اینکه انواع ساعت آفتابی چگونه کار میکند و کجا استفاده میشد می پردازیم:
ساعت آفتابی افقی
در این مدل ساعت میله به گونه ای نصب می کردند که زوایه آن با خط استوا برابر با عرض جغرافیا باشد. این زاویه باعث می شود که سایه به سمت قطب شمال یا جنوب ( نیم کره جغرافیا ) قرار بگیرد.
خطوط زمانی بر اساس محاسبات نجومی طراحی شده اند و سایه ای که در طول روز به تدریج تغییر مکان می داد و زمان را مشخص می کرد. ساعت آفتابی افقی معمولا در حیاط منزل، باغ ها و فضاهای باز نصب می شدند.
ساعت آفتابی عمودی
این مدل ساعت روی سطح عمودی مانند دیوار های ساختمان یا برج ها نصب می شدند، این مدل ساعت به گونه ای طراحی شده اند که سایه آن روی خطوط زمانی دیوار بیفتند.
خطوط زمانی براساس زوایه تابش نور خورشید و موقعیت جغرافیایی تعیین می شود. ساعت آفتابی عمودی معمولا در ساختمان های عمودی یا اماکن تاریخی دیده می شوند که علاوه بر نمایش زمان جنبه زیبایی نیز دارد.
ساعت آفتابی استوایی
این ساعت یکی از دقیق ترین ساعت آفتابی (خورشیدی) بود. در این مدل ساعت موازی با استوای زمین میگرد و خط های زمانی به صورت دایره ای روی آن ترسیم می شوند. این نوع ساعت در مرکز صفحه قرار دارد و معمولا زوایه آن برابر با محور چرخش زمین اتفاق می افتد.
یکی از مهم ترین ویژگی های این ساعت سایه به طور مستقین روی خط زمانی می افتد. ساعت افتابی استوایی به دلیل طراحی منحصر به فرد و دقت بالا در رصد خانه ها و مرکز علمی و دانشگاهی مورد استفاده می شود.
ساعت افتابی قطبی
این ساعت به گونه ای طراحی شده که با محور چرخش زمین موازی می باشد. صفحه این ساعت به صورت قرار دارد این طراحی باعث شده که سایه در تمام طول روز به شکل یکنواخت حرکت کند.
یکی از مهم ترین ویژگی های این ساعت دقت بالا در نمایش زمان به ویژه در روز های که نور خورشید کم است اما به طور دقیق زمان را نشان میدهد.
ساعت آفتابی قطبی یکی از پیشرفته ترین ساعت افتابی بوده که دانشمندان از آن برای حرکت خورشید و تغییرات فصل استفاده می کردند.
ساعت آفتابی جیبی
این مدل ساعت یکی از کوچکترین ساعت آفتابی است. که برای استفاده شخصی و سفر طراحی شده اند. ساعت آفتابی جیبی از مواد با دوام مانند چوب یا فلز ساخته می شدند. این ساعت همراه با قطب نما و به صورت تاشو طراحی می شدند.
ساعت افتابی (خورشیدی) جیبی در قرن وسطی بسیار محبوب بودند، بیشتر برای هدیه های لوکس و شخصی سازی شده به مردم داده می شوند.
ساعت آفتابی آنالماتیک
این ساعت خورشیدی به گونه ای طراحی شده اند که مکان شاخص متحرک است و با توجه به تاریخ سال تغییر می کند. این ساعت معمولا در پارک ها و فضای عمومی نصب می شدند.
خطوط زمانی ساعت افتابی آنالماتیک به صورت بیضی یامنحنی ترسیم می شدند. با ایستادن افراد در موقعیت مناسب (بر اساس تاریخ و مکان جغرافیایی) با افتادن سایه فرد روی خط زمانی را نشان می دهند.
ساعت آفتابی دیجیتال
در این مدل نور خورشید به کمک لنز ها یا آینه ها هدایت می شوند و سایه ی پرتو نوری به صورت عددی یا گرافیکی روی یک صفحه نمایش داده می شود.
این نوع ساعت ها معمولا در فضاهای عمومی، رصد خانه ها و مراکز علمی نصب می شوند
این ساعت برخلاف ساعت آفتابی سنتی که ممکن است تحت تاثیر شرایط جوی یا زوایه های محدود خورشید قرار گیرند ولی نسخه دیجیتالی می توانند این محدویت ها را کاهش می دهد.
کاربرد ساعت آفتابی
ساعت‌های آفتابی ابزارهایی هستند که برای اندازه‌گیری زمان استفاده می‌شوند و براساس موقعیت خورشید در آسمان کار می‌کنند.
فلسفه کار این ساعت‌ها بر مبنای سایه‌ها و نور خورشید برای نمایش زمان است. آفتاب‌نماها از یک عقربه و یک صفحه ساده و ابتدایی ساخته می‌شوند.
صفحه ساعت معمولاً به‌سمت جنوب قرار داده میشود تا نور خورشید بر روی عقربه تابانده شود. وقتی که نور خورشید بر روی صفحه ساعت می‌تابد، عقربه روی صفحه حرکت میکند و زمان نشان داده میشود.
درحال‌حاضر، این ساعت‌ها معمولاً در فضاهای باز، مانند باغ‌ها، پارک‌ها و سایر مناظر طبیعی استفاده می‌شوند و اغلب، نقش زینتی و زیبایی‌شناختی دارند.
مزایا و معایب ساعت آفتابی
همانطور که درباره ساعت آفتابی پرداختیم، این ساعت با استفاده از نور خورشید، زمان را نشان میدهد. این وسیله باستانی و قدیمی از گذشته مورد استفاده بود تا به الآن که به عنوان یک ابزار علمی و تزئینی استفاده میشود کاربرد داشته است.
اما ساعت آفتابی خوبی ها و مشکلاتی را با خود به همراه دارد:
مزایای ساعت آفتابی
ساعت خورشیدی از نظر سادگی و کارایی ساختار ساده ای دارد و بدون نیاز به مصرف کردن انرژی، زمان را به شما نشان میدهد.
در صورت ساخت و تنظیم درست این ساعت می تواند تقریبا زمان را با دقت نسبی نشان دهد.
کاربرد های آموزشی هم دارد که می تواند به عنوان وسیله ای برای درک کردن مفاهیمی مانند حرکت خورشید، مفهوم زمان و زاویه تابش نور آفتاب به کار برود.
اما جدا از این همه مزایا، ساعت آفتابی ارزش فرهنگی و تاریخی دارد، زیرا که از قدیمی ترین ابزار های سنجس زمان بوده است.
معایب ساعت آفتابی
ساعت خورشیدی به دلیل ارتباط مستقیمی که با نور خورشید دارد، تنها زمانی که آفتاب در آسمان باشد کار میکند و در شب و مواقعی که ابر در آسمان است کار نمیکند.
رابطه مستقیم ساعت آفتابی با موقعیت جغرافیایی، دقت ساخت و زاویه تابش نور خورشید باعث شده تا دقت این ساعت محدود شود.
این ساعت با آسیب پذیر بودن خود ممکن است در برابر عواملی مانند باد، باران و برف آسیب ببیند.
سخن پایانی
ساعت آفتابی قدیمی‌ترین نوع ساعت جهان است که با کمک نور و سایه کار میکند. این ساعت‌ها هزاران سال است که بشر را برای تشخیص موقعیت‌های زمانی یاری کرده‌اند.
در حال حاضر نیز به عنوان تندیس‌های زینتی یا آموزشی برای کودکان و بزرگسالان کنجکاو در باغ‌ها و پارک‌های ملی قرار داده می‌شوند.
