Солнечные часы состоят из указателя и размеченной поверхности. Указатель, называемый гномоном, отбрасывает тень на линии циферблата. Её направление меняется вслед за видимым перемещением Солнца по небосводу. Метка под краем тени обозначает солнечный час. Механизм обходится без пружин, шестерён и источника питания.
Принцип разметки
Гномон ставят под углом, связанным с широтой места установки. Его рабочую кромку направляют параллельно земной оси. Для верной ориентации требуется направление на географический, а не магнитный север. Компас указывает его с отклонением, зависящим от местных условий. Ошибка при монтаже сдвигает показания либо неравномерно искажает их в течение дня.
Часовые линии расходятся от основания указателя. Расстояния между ними зависят от формы и положения циферблата. На горизонтальной плоскости деления расположены неравномерно. Вертикальная поверхность требует разметки с учётом направления стены. Экваториальный вариант использует плоскость, параллельную земному экватору, поэтому его шкала устроена проще.
Прибор отсчитывает время от местного солнечного полудня. В этот момент светило пересекает небесный меридиан, а тень занимает полуденное направление. Такой полдень связан с долготой точки наблюдения. Восточнее он наступает раньше, западнее — позднее. Государственный поясной отсчёт объединяет территории с разными долготами, поэтому наручные часы и теневая шкала расходятся. Понять, как формируется местное солнечное время, помогает наблюдение за изменением длины и направления тени в течение дня.
Причины расхождения
Положение Земли на орбите и наклон её оси меняют равномерность видимого хода Солнца. Из-за этого истинное солнечное время опережает среднее либо отстаёт от него. Поправку называют уравнением времени, хотя она выражает разницу двух систем отсчёта. Её величина зависит от календарного периода. Таблица или график поправок переводит показания циферблата в средний местный отсчёт.
Для сопоставления с гражданским временем учитывают ещё долготу и установленный пояс. Сезонный перевод стрелок, если он действует, добавляет отдельную поправку. Поэтому совпадение тени с показанием телефона не служит постоянным признаком точности прибора. Верно размещенная конструкция показывает истинный местный час, а электронное устройство выводит утверждённый гражданский отсчёт.
Точность наблюдения
Широкая тень затрудняет чтение между делениями. Тонкая рабочая кромка гномона делает границу заметнее, но низкое Солнце растягивает и размывает контур. Неровная площадка меняет геометрию шкалы. Смещение основания, наклон плиты или неверная ориентация нарушают расчёт. Облака и тень от зданий прекращают наблюдение, хотя настройка прибора сохраняется.
Проверку проводят около солнечного полудня по рассчитанному направлению меридиана. Затем сравнивают положение края тени с разметкой в разных частях дня. Постоянный сдвиг указывает на ошибку ориентации либо неверно учтённую долготу. Переменное отклонение связано с геометрией циферблата, углом указателя или отсутствующей календарной поправкой. Перестановка часовых подписей не исправить ошибочную конструкцию.
Солнечные часы показывают не условное время единого пояса, а движение светила относительно конкретного меридиана. Поэтому перенос готового циферблата в другую местность нарушает соответствие шкалы. Новая широта требуетт иного угла гномона, а новая долгота меняет связь с гражданским отсчётом. Местный характер показаний заложен в геометрии прибора, а не вызван неисправностью.