Κυριακή, 13 Οκτωβρίου 2013

ΣΦΑΙΡΙΚΟ ΗΛΙΑΚΟ ΡΟΛΟΪ ΠΑΡΝΩΝΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ στο 8ο ΑΣΤΡΟ-ΣΥΝΕΔΡΙΟ στη ΘΑΣΟ

ηλιακό ρολόι, σφαιρικό ηλιακό ρολόι, πως λειτουργεί ένα ηλιακό ρολόι, τι είναι η εξίσωση του χρόνου, τι είναι το ανάλημμα του ήλιου, πως κατασκευάζω ένα ηλιακό ρολόι.

ΣΦΑΙΡΙΚΟ ΗΛΙΑΚΟ ΡΟΛΟΙ ΠΑΡΝΩΝΑ
Ένα ηλιακό ρολόι αποτελεί ευχάριστη έκπληξη και δυνατή πρόκληση για τον ερασιτέχνη αστρονόμο.

Η Αστρονομική Ένωση Σπάρτης Διός Κούροι σχεδίασε και τοποθέτησε έξω από το καταφύγιο Σπάρτης στη θέση Αρνόμουσγα ένα σφαιρικό ηλιακό ρολόι




- Αν μιλάς για ρολόγια πρέπει να ορίσεις τι είναι χρόνος.
- Όλοι οι πολιτισμοί όρισαν ως έτος μια πλήρη περιφορά γύρω από τον ήλιο και υποδιαίρεσαν το έτος σε μήνες άλλοι σεληνιακούς άλλοι ηλιακούς για την καλύτερη οργάνωση των γεωργικών κοινωνιών.
Σήμερα πάντως ορίζουμε ως μονάδα μέτρησης το δευτερόλεπτο (πρόκειται για συγκεκριμένο αριθμό ταλαντώσεων ενός πολύ σταθερού στην ταλάντωση στοιχείου - του καισίου).
Το λεπτό ορίζεται ως πολλαπλάσιο του δευτερολέπτου, η ώρα ορίζεται ως πολλαπλάσιο του λεπτού κ.ο.κ.
Χρόνος είναι μία διάσταση του χωροχρονικού συνεχούς. Ξεκίνησε κατά τη μεγάλη έκρηξη και φαίνεται να έχει φορά ταυτόσημη με την αύξηση της εντροπίας.
- Ξεχνάς τις μαύρες τρύπες, τις σκουλικότρυπες και τη χρονομηχανή!
- Θα σας πω εγώ τι είναι χρόνος.
Χρόνος είναι εκείνο το απειροελάχιστο πακετάκι του χωροχρονικού συνεχούς που έχεις στη διάθεσή σου και ποτέ δε σου φτάνει για να ετοιμάσεις τα παιδιά για το σχολείο,
να ετοιμαστείς για τη δουλειά, να προλάβεις ένα ραντεβού.

Πίσω στα ηλιακά ρολόγια τώρα!
Από την αρχαιότητα είναι γνωστό ότι χρησιμοποιήθηκε η σκια ενός στήλου, ενός γνώμωνα για να μετρηθούν οι ώρες τις ημέρας.
Γνωρίζω τουλάχιστο 2 άτομα σε αυτή την αίθουσα που παρατήρησαν, επεξεργάστηκαν και έπειτα εκμεταλλεύτηκαν μια τέτοια σκιά σε ηλικία μικρότερη των 7 ετών!
Πραγματικά! καθώς ο ήλιος ανατέλει, μεσουρανεί και δύει, η σκιά ενός στύλου, του γνώμωνα, δείχνει τις ώρες που περνούν.
Προσοχή όμως δεν το κάνει με σταθερό ρυθμό!
Η τροχιά της γης δεν είναι κυκλική. Έτσι η γη δεν τρέχει σε όλη την τροχιά με σταθερή ταχύτητα. Αντίθετα η τροχιά είναι ελλειπτική και η ταχύτητα της γης δεν είναι σταθερή. Η γη  τρέχει γρηγορότερα στην τροχιά της κατά το περιήλιο (2 Ιανουαρίου) και αργότερα κατά το αφήλιο (2 Ιουλίου) σε αρμονία με το 2ο νόμο του Κέπλερ.
Αντίστοιχα ο ήλιος δεν εκτελεί τη φαινόμενη κίνησή του στον ουρανό με σταθερή ταχύτητα και επομένως ούτε οι σκιές των ηλιακών ρολογιών δείχνουν την ώρα με σταθερό ρυθμό.
Συγκεκριμένα η τροχιά της γης αναγκάζει τα ηλιακά ρολόγια να μένουν πίσω από τα ρολόγια μας για το μισό έτος και να τρέχουν γρηγορότερα για το άλλο μισό.
Κάθε μέρα το ηλιακό ρολόι θα μένει όλο και πιο πίσω, μετά θα επιταχύνει, θα τρέξει γρηγορότερα απο΄τα ρολόγια μας και μετά θα επιβραδύνει ξανά. Ακριβώς ανάλογα με την ταχύτητα που έχει κάθε μέρα η γη στην τροχιά της.
Αυτή την καθυστέρηση (ή την προπορεία) μπορούμε εύκολα να την παρατηρήσουμε. Στήνουμε καρτέρι στον ήλιο όταν τα ρολόγια μας δείχνουν 12:00 ακριβώς. Ο ήλιος δεν έχει μεσουρανήσει ακόμη! χρειάζεται ας πούμε άλλα 6 λεπτά!

Μπορούμε να φανταστούμε ένα υποθετικό ήλιο που θα τρέχει με σταθερή ταχύτητα (τη μέση ταχύτητα) όλο το χρόνο. Αυτός ο υποθετικός μέσος ήλιος τρέχει με τη μέση ταχύτητα πάνω στον ουράνιο ισημερινό.
Όμως:
Ο άξονας της γης είναι λοξός στο επίπεδο τροχιάς. Αυτό σημαίνει ότι και η εκλειπτική είναι λοξή σε σχέση με τον ισημερινό, η κίνηση του ήλιου στην εκλειπτική δεν αποδίδει σταθερή κίνηση στη σκιά του ηλιακού ρολογιού .
Ας πούμε το Φεβρουάριο πρέπει να σκαρφαλώσει σε ανηφορική τροχιά. Έτσι η προβολή του στον ισημερινό θα δώσει μικρότερο διάστημα από έναν υποθετικό ήλιο που κινείται με την ίδια ταχύτητα στον ισημερινό.
Αποτέλεσμα: η σκιά του γνώμωνα θα κινηθεί λιγότερο από το κανονικό, το ηλιακό ρολόι καθυστερεί.

Πρέπει να αθροίσουμε τις μεταβολές της κίνησης του ήλιου. τόσο αυτές που οφείλονται στην ελλειπτική τροχιά της γης (κόκκινο) όσο και αυτές που οφείλονται στη λόξωση του άξονα της γης (πράσινο)


Η τελική καμπύλη ονομάζεται εξίσωση του χρόνου και ισχύει για κάθε παρατηρητή σε όλο τον πλανήτη. Η εξίσωση του χρόνου ισχύει απαράλλακτα για όλα τα μήκη και πλάτη της γης. Βέβαια για άλλες εποχές στο παρελθόν ή αργότερα στο μέλλον πρέπει να διορθώνεται για τη μετάπτωση και την κλόνιση.
Αν αλλάξετε πλανήτη, θα λάβετε υπόψη την εκκεντρότητα της τροχιάς και τη λόξωση του άξονα του άλλου πλανήτη για να φτιάξετε μια άλλη καμπύλη εξίσωσης χρόνου αποκλειστική για εκείνο τον πλανήτη.
Ανακεφαλαιώνοντας, η ελλειπτικότητα της τροχιάς της γης και η λόξωση της εκλειπτικής αναγκάζουν τα ηλιακά ρολόγια να μετράν το χρόνο άτακτα.
Ελέγχουμε το ηλιακό ρολόι στις 2 Σεπτεμβρίου. Την ώρα που ο ήλιος μεσουρανεί, το ηλιακό ρολόι δείχνει μεσημέρι και το ψηφιακό μας ρολόι λέει 12:00. Τα ρολόγια συγχρονίζονται!
Καθώς οι μέρες περνούν, το ηλιακό ρολόι θα επιταχύνει, θα δείχνει μεσημέρι πριν από το ψηφιακό ρολόι! Στις αρχές Νοεμβρίου το ηλιακό ρολόι θα δείχνει μεσημέρι 16 λεπτά πριν το ψηφιακό. Μετά θα αρχίσει να επιβραδύνει για να συγχρονιστεί με το ψηφιακό στις 25 Δεκεμβρίου. Για τις επόμενες μέρες θα καθυστερεί όλο και περισσότερο μέχρι τις 5 Φεβρουαρίου οπότε θα δείχνει μεσημέρι με 14 λεπτά καθυστέρηση!
 Η διαφορά αυτή ανάμεσα στον αληθή ηλιακό χρόνο και τον επίσημο χρόνο ονομάζεται εξίσωση του χρόνου. Απεικονίζεται είτε με γραφική παράσταση είτε με πίνακα τιμών.

Η εξίσωση του χρόνου δείχνει για κάθε ημερομηνία πόσα λεπτά πρέπει να προσθέσουμε ή να αφαιρέσουμε από την ένδειξη του ηλιακού ρολογιού για να βρούμε την επίσημη ώρα.
 Επίσημη ώρα = αληθής ηλιακή ώρα – εξίσωση χρόνου *
 *(± διόρθωση γεωγραφικού μήκους η οποία συνήθως έχει ενσωματωθεί στον πίνακα τιμών της εξίσωσης του χρόνου)

Αφού τελείωσε η θεωρία να σημειώσουμε ότι τα ηλιακά ρολόγια δείχουν την αληθή ηλιακή ώρα του συγκεκριμένου τόπου. Τα ρολόγια μας δείχνουν την επίσημη ώρα της χώρας μας.
για να μετατρέψουμε τα μεν στα δε, χρησιμοποιούμε την εξίσωση του χρόνου.


Αφού κατανοήσαμε τις παράξενες κινήσεις του ήλιου μας που κάνει τα ηλιακά ρολόγια άλλοτε να καθυστερούν και άλλοτε να προπορεύονται,
είναι κρίμα να μη ρίξουμε μια ματιά στο ανάλημα του  ήλιου.
Αν κάθε μέρα (έστω κάθε 7 μέρες) για ένα ολόκληρο έτος φωτογραφίζουμε τον ήλιο την ίδια ακριβώς ώρα (επίσημη ώρα) η φωτογραφία μας θα απεικονίσει τις πραγματικές θέσεις του ήλιου σε κάθε ημέρα!
Αυτές οι θέσεις σχηματίζουν αυτό το καταπληκτικό 8άρι.
τι μας λέει το ανάλημα; τα ίδια που λέει και το ηλιακό ρολόι: πότε ο ήλιος προπορεύεται και ποτε καθυστερεί! και κάτι ακόμη! πόσο ψηλά είναι από τον ορίζοντα κάθε μέρα τη συγκεκριμένη ώρα.

οι επίδοξοι φωτογράφοι ηλιακού αναλήματος πρέπει εκτός των ανωτέρω να ξέρουν ό,τι και οι επίδοξοι κατασκευαστές ηλιακών ρολογιών: το γεωγραφικό τους μήκος!
Αν θέλουν κατακόρυφο ανάλημα βρίσκουν για το γεωγραφικό τους μήκος ποια στιγμή της επίσημης ώρας μεσουρανεί ο ήλιος για 4 συγκεκριμένες ημέρες του έτους και φωτογραφίζουν τον ήλιο κάθε μέρα εκείνη τη στιγμή.
Αν θέλουν λοξό προς ανατολάς φωτογραφίζουν νωρίτερα, αν θέλουν προς δυσμάς, αργότερα.


Η επίσημη ώρα δεν είναι ίδια για όλους τους κατοίκους του πλανήτη. Για ευκολία μας χωρίσαμε την υδρόγειο σε 24 ΄φετες των 15 μοιρών και με αφετηρία το μεσημβρινό του Γκρίνουιτς μετράμε τη διαφορά της επίσημης ώρας προς ανατολάς και προς δυσμάς.
δεν υπάρχει πιο όμορφη φωτογραφία για να κατανοήσουμε ότι δεν μπορούν όλοι οι κάτοικοι στον πλανήτη να απολαμβάνουν ηλιοβασίλεμα ταυτόχρονα!

Έτσι οι κάτοικοι της πρώτης φέτας με κεντρικό μεσημβρινό το Γκρίνουιτς έχουν ας πούμε μεσάνυχτα. Οι κάτοικοι της διπλανής ανατολικά φέτας είχαν μεσάνυχτα μια ώρα νωρίτερα και της παραδιπλανής δυο ώρες νωρίτερα, έτσι η επίσημη ώρα των τελευταίων είναι 2:00
Αντίθετα η διπλανή του Γκρίνουιτς φέτα προς δυσμάς θα έχει μεσάνυχτα μια ώρα μετά το Γκρίνουιτς άρα έχουν επίσημη ώρα 23:00



Για να στήσεις ένα ηλιακό ρολόι πρέπει πρώτα να γνωρίζεις το γεωγραφικό πλάτος, ώστε να τοποθετήσεις κατάλληλα το γνώμωνα προς τον πολικό. Προσέξτε τώρα τι ρόλο παίζει το γεωγραφικό μήκος.
Αν ζούσαμε ακριβώς πάνω στον κεντρικό μεσημβρινό της φέτας μας, θα χρησιμοποιούσαμε για το ηλιακό μας ρολόι ακριβώς την εξίσωση του χρόνου που δείξαμε.

Αν όμως το τοποθετήσουμε 1 μοίρα ανατολικότερα, όλες οι τιμές της εξίσωσης του χρόνου πρέπει να αυξηθούν κατά 4 λεπτά (ο ήλιος μεσουρανεί στο συγκεκριμένο γεωγραφικό τόπο 4 λεπτά νωρίτερα). Ουσιαστικά για κάθε 1 μοίρα ανατολικότερα του κεντρικού μεσημβρινού προσθέτουμε στην εξίσωση του χρόνου 4 λεπτά της ώρας και για κάθε 1 μοίρα δυτικότερα του κεντρικού μεσημβρινού αφαιρούμε 4 λεπτά της ώρας.
Έτσι για το ρολόι του Πάρνωνα σε γεωγραφικό μήκος 22ο 35΄ (δηλαδή 7ο και 25΄ δυτικότερα του κεντρικού μεσημβρινού μας) αφαιρούμε στην εξίσωση του χρόνου 29 λεπτά και 40 δευτερόλεπτα. Ουσιαστικά μετακινούμε την καμπύλη κατακόρυφα προς τα κάτω κατά το αντίστοιχο διάστημα.


Ας πλησιάσουμε το ηλιακό ρολόι. Δείχνει αληθή ηλιακή ώρα 8:00
Αν η ημερομηνία είναι 15 Ιουνίου πρέπει να προσθέσουμε 30 λεπτά και άλλη μια ώρα για τη  θερινή ώρα.
Για σήμερα 12 Οκτωβρίου προσθέτουμε 16 λεπτά και άλλη μια ώρα για τη  θερινή ώρα.

 Στην παγκόσμια βιβλιογραφία είθισται να αναφέρεται η ακρίβεια των ηλιακών ρολογιών. Η μέγιστη ανεκτή απόκλιση ορίζεται στα ± 2 λεπτά. Αυτή βέβαια μπορεί να οφείλεται σε κατασκευαστικές αστοχίες, σε λανθασμένο προσανατολισμό, είτε λανθασμένους υπολογισμούς. Επίσης στην ακρίβεια συμβάλλει το μέγεθος του ρολογιού και το πάχος της σκιάς. Το ρολόι του Πάρνωνα έχει ακρίβεια ± 30 δευτερόλεπτα.

 Τα πρώτα μηχανικά ρολόγια που κυκλοφόρησαν έχαναν την ώρα σχετικά γρήγορα. Έτσι αναγκάζονταν να συμβουλευτούν τα ηλιακά ρολόγια για να συγχρονίσουν τα μηχανικά!






Το σφαιρικό ηλιακό ρολόι του Πάρνωνα δε δείχνει απλώς την ώρα!
Να αναφερθεί ότι η τοποθέτηση ενός ηλιακού ρολογιού είναι απλή αλλά απαιτεί ακρίβεια. Θεωρητικά τοποθετείς το ρολόι έτσι ώστε τη συγκεκριμένη μέρα και ώρα που γίνεται η τοποθέτηση η αληθής ηλιακή ώρα συν την εξίσωση του χρόνου να δίνουν ώρα που συμφωνεί με την επίσημη ώρα.
Το σφαιρικό ηλιακό ρολόι του Πάρνωνα τοποθετήθηκε με στόχευση στον πολικό

μοντέλο της ουράνιας σφαίρας
Β και Ν πόλος,
ισημερινός, μεσημβρινός
δείχνει την αληθή ηλιακή ώρα
δείχνει τις ισημερίες 
δείχνει τη μεσουράνηση
δείχνει τον πολικό αστέρα
δείχνει τον ουράνιο ισημερινό


ηλιακά ρολόγια υπάρχουν οριζόντια κατακόρυφα αναληματικά ισημερινά


αυτή η εικόνα δείχνει ότι η φιλοσοφία τους είναι μια.


για τα παιδιά στο σπίτι ή στο σχολείο αξίζει αν δεν έχετε φορητό ηλιακό ρολόι να φτιάξετε από χαρτί

Με την ευκαιρία μπορούμε να δείξουμε στα παιδιά μας πώς προσανατολίζονται με το ρολόι τους! Απλά στοχεύουν με τον ωροδείκτη τον ήλιο. Η διχοτόμος που διχοτομεί τη γωνία της τρέχουσας ώρας με την ώρα 12:00 είναι η κατεύθυνση βορράς-νότος!

Λίγα ιστορικά για το ρολόι του Πάρνωνα.
Το  Μάιο του 2011 ο Κώστας, ο φύλακας και η ψυχή του καταφυγίου, είχε την ιδέα να κατασκευαστεί ένα ηλιακό ρολόι  στο καταφύγιο. Η ειδική ομάδα της  Αστρονομικής  Ένωσης  Σπάρτης «Διός Κούροι» βάλθηκε να βρει τον καλύτερο σχεδιασμό.
Ο Κώστας χτίζει με πέτρα τη βάση την πρωτομαγιά του 2011. Ο Αντώνης και ο Νίκος  ξεκινούν τη σιδηροκατασκευή το φθινόπωρο του 2011. Ο Γιάννης και ο Νίκος επιμελούνται την ωρολογιακή πλάκα και τα συνοδευτικά κείμενα και διαγράμματα. Ο Κίμων τυπώνει την ωρολογιακή πλάκα και την πινακίδα με την εξίσωση του χρόνου.
Σύσσωμη η ομάδα συναρμολογεί το ρολόι στην τελική του θέση τον Ιούνιο του 2012. Τα αποκαλυπτήρια γίνονται πανηγυρικά κατά την 6η Πανελλήνια Εξόρμηση Ερασιτεχνών Αστρονόμων στις 21 Ιουλίου 2012 στον Πάρνωνα.







 ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Θέση: Αρνόμουσγα Βαμβακούς Λακωνίας
Υψόμετρο: 1420 μ.
37ο 15΄ 39΄΄ Βόρειο γεωγραφικό πλάτος
22ο 35΄ 07΄΄Ανατολικό γεωγραφικό μήκος
Τύπος: σφαιρικό πολικό
Μέγεθος: διάμετρος 1 μέτρο.
Έτος κατασκευής: 2012

δείτε και αυτό

Δεν υπάρχουν σχόλια: