Päikesekell — ajamõõtja päikese varju järgi: ajalugu ja toimimine

Päikesekell — avasta selle ajalugu, toimimispõhimõte ja erinevad kujundused: kuidas päikese vari mõõdab aega alates Vana‑Egiptusest kuni tänapäevani.

Päikesekell näitab päevasel ajal kehtivat päikese aega. Seda teeb see, sest päike näib liikuvat läbi taeva ja selle valgus heidab fikseeritud objektile, näiteks vardale, varju. Erinevatel kellaaegadel langeb selle varju eri kohtadesse kellakilbil või muul pinnal ja vastavasse kohta märgitud tähis näitab aega. Päikesekellasid on palju erinevaid — kõige tuntum on lihtne aia- ehk horisontaalne päikesekell — kuid põhimõte jääb samaks: mõni fikseeritud osa heidab ettearvatava varju, mis näitab kellaaja ligikaudset asukohta.

Kuidas päikesekell töötab

Päikesekell mõõdab nii-öelda näivat ehk tõelist päikeseaega. Täpse töö jaoks peab kellapea (tavaliselt varda ehk gnomoni tera) olema seotud Maa pöörlemistelje suunaga: gnomoni varre pikend peab osutama tõelisele põhjapoolusele (põhjatähtede suunas) põhjapoolkeral. Kui gnomon on õigesti suunatud ja kellakilp on vastava latitudi jaoks joonistatud, langevad iga tunni kohta õiges kohas asuvad varjud.

• Gnomon: varras või muu varju tekitav osa, mis määrab varju asukoha.
• Tunnijooned: kilbil märgitud jooned, mille peale varju serv langeb eri kellaaegadel.
• Latitude ehk laiuskraad: tunnijoonte ja gnomoni nurk sõltub kohalikust laiuskraadist — sama kell ei tööta täpselt erineva laiuskraadiga kohas ilma kohandamiseta.

Päikesekell ja kellaaegade erinevused

Päikesekell näitab näivat päikeseaega, mis ei ole alati sama mis meie töökella näidud (keskmine ehk tsiviiliaeg). Erinevused tekivad kahe peamise teguri tõttu:

• Võrdlus keskmise ajaga: Maa orbiidi kõverus ja kaldenurk tekitavad aastase kõikumise, mida väljendatakse aja võrrandiga (equation of time). Selle tõttu võib päikesekell olla kuni umbes ±16 minutit erinev keskmisest kellaajast.
• Longitudinaalne erinevus: tsiviiliaeg on jagatud ajavöönditesse; kui asud ajavööndi keskmisest meridiaanist ida- või läänepool, tuleb teha pikkuskraadi korrigeerimine.

Seega, et teisendada päikesekella näit keskmiseks kellaajaks, tuleb arvesse võtta both time equation ja pikkuskraadi/ajavööndi erinevust ning vajadusel ka suveaja (Daylight Saving Time) lisamist.

Päikesekellade tüübid

• Horisontaalne päikesekell: kõige levinum aiakell — kilp on horisontaalne ja gnomon on nurga all, mis vastab laiuskraadile.
• Vertikaalne päikesekell: kinnitatakse seinale; tunnijooned erinevad sõltuvalt seinapinnast ja suunast (näiteks lõunapoolne seina-kell põhjaasendis).
• Ekvaatori- ehk ekvatoriaalne kell: kilp paikneb ekvaatori paralleelselt; selle tunnijooned on võrdselt jaotatud ja töötab hästi mitmes laiuskraadis, kui gnomon on paralleelne teljega.
• Analemma- ja analemmatiline kell: analemmatiline kasutab tunnajoonte asemel horisontaalseid punktimarke; mõnes on kujutatud ka analemma kuju, mis näitab aastast käiku.
• Rõnga- ja silinderkellad: kandilised ja portatiivsed kujundid, kasutatud ajal, kui sooviti kaasaskantavat lahendust.
• Armillaarne sfäär: dekoratiivne ja harva kasutuslik instrument, mis modelleerib taevasfääri ja Päikese liikumist.

Ajalooline taust

Vana-Egiptuses olid päikesekellad juba ammu kasutusel lihtsate varjumõõturitena. Hiljem täiustasid neid mitmed teised kultuurid, näiteks kreeklased ja roomlased, kes arendasid tunnijoonestust ja gnomoni kujundust. Keskaegne islamimaailm tegi samuti olulisi edusamme astronomilises täpsuses ja konstruktsioonis; renessanssiajastul tõid portatiivsed ja dekoreeritud päikesekellad levinud kasutuse Euroopas. Päikesekellad on olnud nii praktilised aja mõõtjad kui ka teaduslikud ning kunstilised objektid.

Kasutamine tänapäeval

Tänapäeval kasutatakse päikesekellasid harvem kui igapäevase aja mõõtmiseks, kuid nad on populaarne dekoratsioon, haridusvahend ja ajalooline meeldetuletus astronoomiast. Paljud avalikud hooned ja pargid paigaldavad suuri dekoratiivseid päikesekellasid — mõnel on ka tahvlikene, mis selgitab, kuidas teisendada päikeseaega kohalikuks kellaajaks.

Kuidas seadistada ja lugeda päikesekella

• Vali sobiv tüüp (horisontaalne või vertikaalne) ja kohanda kilp kohaliku laiuskraadi järgi.
• Suunake gnomoni varre otse tõelise põhjapooluse suunas (põhjatäht Polaris põhjapoolkeral). Kasutage täpseks suunamiseks kompassi, võttes arvesse magnetilist deklinatsiooni.
• Kontrollige päikesekellal tunnijooni; kui kell näitab erinevat aega kui teie käekell, arvestage aja võrrandit ja pikkuskraadi korrigeerimist, et saada kohalik keskmine aeg.
• Lugemisel jälgige varjujuhti (varju terav serv) ja lugege selle langev punkt vastavalt tunnijoontele.

Piirangud ja täpsus

Päikesekellad on sõltuvad ilmast (pilvisus varjab päikest) ja ei tööta öösel. Nende täpsus on piiratud konstrueerimise, paigaldamise ja paiknemisega seotud vigadega ning aastaste ja päevastest kõikumistega, mida saab osaliselt parandada matemaatiliste korrigeeringutega. Õigesti tehtud ja häälestatud päikesekell võib anda väga hea ligikaudse aja – mitme minuti täpsusega — aga täpse sekundipõhise aja mõõtmiseks kasutatakse tänapäeval täpsemaid seadmeid.

Päikesekell on lihtne ja samas rikas seos astronoomia, matemaatika ja kultuuriga. Tema lihtne põhiloogika — valguse varju kasutamine aja lugemiseks — on teinud sellest iidse, ent jätkuvalt hariva ja esteetilise objekti avalikes ruumides ja koduaedades.

Otsing