Opdeling af denne gennemgang
- Introduktion og side 1: Instrumenter fra tiden før skriften.
- Side 2: Instrumenter til observation af skygger. (Denne side)
- Side 3: Instrumenter til observation af himmellegemer.
- Side 4: Instrumenter med gennemstrømning eller forbrænding.
- Side 5: ure og moderne instrumenter.
Instrumenter til observation af skygger
Det giver sig selv, at denne side i høj grad handler om solure i bred forstand, uden at vi mister fokus på målet: at følge udviklingen af tidsmålingsinstrumenter. Målet er hverken at lave en verdensoversigt over solure eller at forklare, hvordan man bygger dem.
Vi laver dog en lille afvigelse fra sidens titel ved også at medtage instrumenter, der bygger på observation af et lyspunkt eller en lysplet.
En sidste præcisering, før vi går videre: hvis du har glemt din basisastronomi, anbefaler jeg et hurtigt genopfriskningsstop her. Klar? Så går turen til skyggernes rige.
Solure
Når stokken bliver til en gnomon
Sæt en stok lodret i sandet på en plan strand. Jeg siger strand, fordi det er nemmest, men hvis du vil plante stokken i betonflisen på din terrasse, har jeg ingen indvendinger.
Observer nu den skygge, stokken kaster i solen, og markér skyggeendens position på forskellige tidspunkter af dagen. Vores første trylletrick er lykkedes: stokken er blevet til en gnomon.
Når vi nu er i gang, lad os få definitionen af gnomon helt på plads:
„Littré: Gnomon (lat. gnomon, fra græsk), substantiv mask.: En slags stor stile, som astronomer bruger til at kende Solens højde. Viseren eller stilen på et solur.
„Le Petit Robert: Gnomon (1547, latinsk ord fra græsk): Gammelt astronomisk instrument bestående af en lodret stang (stil), der kaster skygge på en plan flade.
„Dictionnaire de l'Académie française, 5. udgave 1798: GNOMON. Astronomisk term. En slags stor stile, som astronomer bruger til at kende Solens højde, især ved solhverv. De gamles gnomoner var slags obelisker med en kugle øverst. Man kalder også et solurs stile for gnomon.
„Dictionnaire de l'Académie française, 8. udgave: GNOMON. Astronomisk term. Ethvert instrument, der angiver timer ved retningen af skyggen, som et fast legeme kaster på en plan eller buet overflade.
Jeg tilføjer, at gnomon kommer fra græsk og betyder indikator.
Kort sagt: gnomon er nogle gange „stokken“, nogle gange „instrumentet“. Hvilket instrument? Lad os gøre det enkelt: det består af en skyggefrembringer og en skyggemodtager.
I dag bruges ofte gnomon om en lodret stil og stil om en skråtstillet gnomon. Medmindre gnomon netop er den skrå stil! Her kalder vi blot det, der skaber skyggen, for stil.
Hvad er forskellen på en gnomon (som „instrument“) og et solur? Husk den gamle vittighed: „Hvad er forskellen på tennis og bordtennis?“ I tennis spiller man på bordet! Gnomon som instrument er til solur, hvad tennis er til bordtennis. I øvrigt kaldes „skyggemodtageren“ for en tavle i gnomonik (kunsten at bygge solure) eller hos cadranister (solurbyggere).
Godt. Uden at det virker sådan, har jeg fået alle definitionerne med (næsten), og vi kan gå til sagen.
Lad os vende tilbage til stokken og iagttage dens skygge i løbet af en dag. Vi ser, at skyggen varierer både i retning og længde. Når den er kortest, er det middag, og Solen angiver syd på den nordlige halvkugle.
Over flere år kan man se, at skyggen fra gnomonens spids én eller to gange om året tegner en ret linje i løbet af én dag. Skyggen ved solopgang og ved middag danner en vinkel på 90°. Det samme om aftenen, hvor Solen går ned præcis i vest. Det er jævndøgnsdagene.
Det er nok at markere disse særlige øjeblikke i sandet eller et andet underlag for at have markeret jævndøgn, middag, syd, øst og vest.
Lad os betragte stedet omkring stokken som fladt. Når vi drejer rundt om os selv, ser vi en cirkel, som svarer til horisonten, og himlen ligner en halvkugle. Lad os tegne situationen.
Vi står i centrum O af horisontcirklen.
Lodret over stokken ligger punktet Z, zenit. Modsat i N ligger nadir.
Halvplanet gennem linjen ZN og Solen S kaldes S' vertikal. Det skærer horisontplanet i S'.
I samme horisontplan har vi bestemt punktet R i sydlig retning.
Azimut for S er buen RS' (vinkel S'OR), og højden er buen SS' (vinkel SOS').
Som vi så ovenfor, varierer både azimut og højde hele tiden afhængigt af stedets breddegrad, Solens deklination (dato) og klokkeslæt.
Hvis vi på et givet sted bruger hele skyggens position til at måle tid, konstruerer vi en azimut-gnomon.
Hvis vi i stedet bruger skyggens længde ved at markere spidsen, konstruerer vi en højde-gnomon.
Sådanne gnomoner har eksisteret i mindst 2000 år f.Kr., sandsynligvis tidligere, især hvis man ikke skelner skarpt mellem måleinstrument og observationsinstrument.
I Indien skulle der allerede i det 4. århundrede f.Kr. have eksisteret skyggetabeller baseret på højde-gnomon-princippet, hvor stilen var personen selv. Man målte personens skygge og aflæste tidspunktet i tabellen. Det første bærbare solur!
Gnomon og obelisker
Vi har netop set, at skyggen fra en simpel lodret stok kan bruges til tidsorientering. Før vi går til problemerne med lodret stil, lad os stille det oplagte spørgsmål: Hvis et lodret objekt kan bruges som „solur“, var de egyptiske obelisker så egentlig solursstile?
Det er meget lidt sandsynligt af flere grunde:
- Ingen fundne markeringer på jorden.
- Enorm højde (10 til 20 m) med skygger på op til 200 m eller mere (med uklar spids).
- Firkantet tværsnit, som giver „hakkende“ skyggebevægelser.
- Ujævnt tværsnit i højden (skrånende kanter).
Med sådanne instrumenter kan man højst udpege solhverv og jævndøgn med varierende held. Det ville være en undervurdering af egypternes intelligens at tro, at de ikke ville have valgt mere pålidelige metoder, hvis de havde haft dem.
Når det er sagt, blev mindst én egyptisk obelisk faktisk ombygget til solur. Blev den brugt sådan? Ja, i Rom, i den nordlige del af Marsmarken: den kom fra Heliopolis, blev bragt til Rom i 10 f.Kr. på Augustus' ordre og rejst dér.
Horologium Augusti: rekonstruktion ovenfor. Til højre i dag Horologium på Piazza Montecitorio.
Polos og scaphé
Som vi så ovenfor, afhænger azimut og højde af tre variable: stedets breddegrad, deklination og tidspunkt. For et azimutsolur vil skyggen fra vores lodrette stil - bortset fra ved middag - aldrig pege samme vej. Man kan derfor ikke opdele uret i faste, lige store timefelter.
Med lodret stil er skyggen altid samme sted ved middag (øverste billede), men ikke ved andre tidspunkter af dagen (nederste billede).
For et højdesolur er skyggespidsen heller aldrig samme sted. Man kan derfor ikke bare tegne én linje og markere timer på den.
Scaphé hjælper med at løse problemet. Det skulle være næsten 3000 år gammelt, men da de første sikkert daterede instrumenter stammer fra ca. 600 f.Kr. i Grækenland, holder vi os nøgternt til den datering. Vi taler ikke om forfaderen Polos, som sandsynligvis fandtes, men ikke er bevaret.
Scaphé-princippet er både enkelt og genialt: den halvkugle af himlen, vi ser på stranden, gengives i en udhulet halvkugle (scaphé betyder båd) i en stenblok, og Solen repræsenteres af skyggen fra en kugle placeret i centrum. Derefter skal der bare trækkes nogle linjer for at måle tid.
Der fandtes to typer scaphé: den græske med hel halvkugle og den romerske, som kun bruger en del af halvkuglen. Princippet er det samme, og afskæring af halvkuglen ændrer ikke brugen.
Til venstre: græsk scaphé. I midten: princippet bag græsk scaphé. Til højre: romersk scaphé.
Fra bunden af den græske scaphé rejser en lodret stil sig mod stedets zenit, ofte afsluttet med en kugle. Indvendigt på nordsiden graverede grækerne tre parallelle linjer: to for solhverv og én for begge jævndøgn. Timerne blev markeret med 11 linjer plus scaphéens to kanter, som delte halvkuglen i 12 sektorer.
Da kuglens skygge naturligvis bevæger sig mellem de to yderlinjer (solhvervslinjerne), forstår man, hvorfor romerne nøjedes med en afskåret halvkugle op til netop disse linjer. Et andet typisk træk ved den romerske scaphé: stilen er vandret over middaglinjen, så hele skyggen kan bruges som indikator.
Er scaphé et tidsmålingsinstrument? Ja, selv om det ikke viser tiden med høj præcision. Det giver i det mindste mulighed for at placere sig i året (årstid) og i dagens forløb.
Bemærk også grækernes opfindelse Arachné af Eudoxos fra Knidos og Apollonios: et azimutsolur, hvor timekurverne ligner et edderkoppespind - deraf navnet. Opfindelsen dateres omkring 400 f.Kr.
Et afgørende vendepunkt: polstilen
Lad os tage stokken igen, men denne gang peger vi den mod Polarstjernen i stedet for at sætte den lodret. Den er altså parallel med Jordens akse (polaksen). Hvad sker der med skyggen?
Med en polstil ligger skyggens retning altid samme sted ved middag (øverste billede) - og også ved andre tider på dagen (nederste billede).
Denne gang er skyggens retning, selv om længden varierer, altid den samme uanset årstid.
Hvorfor?
Fordi vi nu arbejder i et timekoordinatsystem.
Himmelekvator er ganske enkelt Jordens ækvatorplan forlænget i tanken.
Vinkelret i O på dette plan ligger polaksen PP'. Planet gennem denne akse og linjen ZN (stedets vertikal) udgør meridianplanet for stedet O. Halvplanet PSP', der går gennem polaksen og S, kaldes S' timecirkel. Det skærer ækvator i S'.
Buen ES' (eller vinkel EOS') er S' timevinkel. Buen SS' (eller vinkel SOS') er S' deklination.
Soluret med polstil måler timevinklen, som ikke afhænger af datoen.
Vi gennemgår ikke alle mulige typer solure med lodret stil i detaljer; den del af gnomonikken ligger uden for denne sides ramme.
Det er nok at gå en tur i by eller landsby: det ville være uheldigt, hvis man ikke fandt et polstils-solur på en gammel husfacade eller kirke. De er nemlig de mest udbredte. Pas dog på ikke at forveksle dem med kanoniske solure (se længere nede).
Hvornår dateres de første polstils-solure?
Det er svært at svare præcist. Var Polos et scaphé med polstil, som navnet antyder? Nogle mener det, men der er ingen sikkerhed.
I mangel af bedre datering sætter vi polstilen til ca. 300 f.Kr., svarende til et græsk polstils-solur fundet i Afghanistan i 1975. Datoen passer med Alexander den Stores felttog.
I Europa dukker de op langt senere: det ældste kendte er fra 1477 i et kloster i Alpirsbach i Schwarzwald.
Det ældste kendte i Frankrig er på katedralen i Strasbourg og dateres til 1493.
De mest „rene“ polstils-solure er det horisontale solur og det sydvendte vertikale solur (også kaldet „fuld syd“).
Uden at gå i dybden:
- Det horisontale solur har, som navnet siger, en vandret tavle. Stilen er parallel med polaksen og placeret på middaglinjen. Timelinjerne til venstre er spejlbillede af dem til højre. På vores halvkugle ligger formiddagstimer til højre og eftermiddagstimer til venstre. Det kan vise tiden fra solopgang til solnedgang.
- Det vertikale solur har en lodret tavle vendt mod syd. Stilen er parallel med polaksen og placeret på middaglinjen, som altid er lodret. På vores halvkugle ligger formiddagstimer til venstre og eftermiddagstimer til højre. Det kan kun vise tid fra kl. 6 til kl. 18.
Da alle vægge ikke vender præcist mod syd, opstår mange varianter for at „indhente“ væggens afvigelse:
- Solur, der declinerer mod sydøst eller sydvest
- Nordvendt solur („fuld nord“)
- Solur, der declinerer mod nordøst eller nordvest
- og andre. For mere, se Philippe LANGLETs fremragende side; som man kan læse i hans „om mig“, ved han virkelig, hvad han taler om. Det er her.
Og andre fulgte
Solurenes historie slutter ikke med polstilen; den fortsætter den dag i dag. Andre typer fulgte, men dem går vi ikke ind i, fordi andre instrumenter i mellemtiden kom til.
Med polstils-soluret har vi et ægte tidsmålingsinstrument, hvis præcision i praksis kun begrænses af, hvor let det skal være at aflæse. Ellers kunne man uden videre indgravere minutter.
Er polstils-soluret for præcist? Måske, for der er forskel mellem den lokale sande tid, som det giver, og den middeltid, vi søger for kontinuitet. Analemmaet gør det muligt at korrigere. Se siden om tidsskalaer.
Før vi afslutter siden med pletter, tager vi for fornøjelsens skyld et begivenhedsmarkerende ur: det kanoniske solur. Derefter forsøger vi at lave en kronologi over de instrumenter, vi har set.
En begivenhedsmarkør: det kanoniske solur
Denne type skulle gå tilbage til egypterne omkring 300 f.Kr. I Kina omkring 1100 f.Kr.
Lad os sige det klart: det er et solur med lodret stil. Hvorfor så overhovedet tale om det? Først, som sagt, for fornøjelsens skyld. Dernæst fordi det rytmisk prægede nogle af vores forfædres liv i næsten 1.500 år.
Dets rolle var primært at markere bønnetidspunkter i løbet af dagen. Derfor findes det især på mure ved klostre, kirker og katedraler.
Det siger sig selv, at disse bønne„tidspunkter“, med lodret stil, forskubbede sig i dagens løb - men det var mindre vigtigt. Som nogen har sagt i andre sammenhænge: „det vigtigste er at deltage“ ...
Hvorfor kanonisk? Fordi det guddommelige officium fra 800-tallet blev fastlagt i 8 bønnetider, defineret af kirkelige regler (kanoner).
Først blev de sat til fem af Benedikt af Nursia omkring 530: matutin (solopgang), tertia (midt på formiddagen), sexta (middag), nona (midt på eftermiddagen), vesper (solnedgang).
Senere blev de otte: matutin, laudes, prime, tertia, sexta, nona, vesper, completorium.
Lad os se nogle kanoniske solure.
Kopi (venstre) og original (højre) af „Ung mand med solur“ fra Strasbourg-katedralen. Skulpturen dateres til 1225-1235. Man kan skelne syv timelinjer på det kanoniske solur.
Kanonisk solur med ukendt placering. Bønnetiderne er markeret med et strejf.
Kronologi over fremkomsten af måleinstrumenter
Instrumenter til observation af pletter
Scaphé med øjehul
På Louvre kan man se en scaphé af en anden type end dem, vi har set ovenfor. Det er en romersk scaphé med diameter 73 cm, fra 1. eller 2. århundrede e.Kr.
Forskellen er, at den ikke har nogen stil. I stedet bruges et lille hul, hvorigennem sollyset trænger ind og danner en lysplet i bunden af instrumentet. Oprindeligt blev plettens størrelse sandsynligvis begrænset af en perforeret bronzeplade.
På fotoet til venstre ses scaphéen næsten i „arbejdsposition“. Øverst kan man delvist se hullet, hvor lyset trænger ind.
På midterfotoet ses scaphéens indre, som i korrekt position skal hvile på den plane del nederst. Hullet nederst i denne plane del har sandsynligvis været til en lodret støttestang. Øverst ses åbningen, hvor lyset kommer ind, og nederst til venstre ses lyspletten, som Solen projicerer gennem åbningen. Bagerst ses de traditionelle timelinjer og cirkler for Solens forskellige deklinationer. Denne del er forstørret på fotoet til højre, så optegningen ses tydeligere.
Den astronomiske ring
Vi slutter denne gennemgang af solur-instrumenter med det, jeg personligt finder mest tiltalende på flere måder: rene former, lang historie, høj håndværkskvalitet i fremstilling og gravering, materialer (kobber, messing, sølv, guld) og endelig den perfekte visualisering af det, vi så ovenfor - timekoordinaterne.
Instrumentet er den astronomiske ring, som senere blev til den ækvinoctiale ring.
Historien begynder med antikkens største astronom, Hipparchos fra Nikæa (eller Hipparchos fra Rhodos, første kvartal af 2. århundrede efter 127 f.Kr.).
Omkring 150 f.Kr. opfinder han armillarsfæren, et instrument, der ligner det til venstre ovenfor. Hans udgave havde dog en diameter på to til tre meter. Den bestod af fem ringe (armiller). De to første - ekliptika og meridianen gennem solhvervspunkterne (kolur) - skærer hinanden vinkelret. To bevægelige cirkler omkring aksen vinkelret på ekliptikas centrum er forbundet med koluren (en udenfor, en indenfor). Disse fire ringe bærer den babylonske graduering, som Hipparchos indførte i Grækenland: 360 grader, hver grad opdelt efter det mesopotamiske sexagesimalsystem i 60 underenheder af 60. En femte ring med to sigtemærker (se billedet til højre) i enderne af diameteren ligger i den indre kolurcirkel og kan dreje i sit plan. En ramme bærer hele konstruktionen, som drejer på to sideakser gennem kolur-ringen ved himmelpolerne. Systemet gør det muligt at måle himmellegemernes ekliptiske koordinater: himmellængder ved ringbevægelse og bredder ved sigte med alidade-ringen. Det er mere et observationsinstrument end et tidsmålingsinstrument, men kernen er der.
Denne kerne overlever til 1400-tallet, hvor en anden astronom - nu tysk - Johannes Müller, kaldet Regiomontanus (1436-1476), i 1471 beskriver en ækvatorial armillarsfære (annulus sphaericus) med tre ringe. En sidste astronom, hollænderen Gemma Frisius (1508-1555), udgiver i 1534 Usus annuli astronomici, som fastlægger fremstillingsnormerne for den astronomiske ring.
Først med tre ringe (udefra og ind: meridian, ækvator, deklination) bliver de astronomiske ringe senere, af praktiske grunde, til ækvinoctiale ringe med to ringe (meridian, ækvator) og en gradueret lineal (verdensaksen).
Ringen til venstre ovenfor, designet af Paul d'Albert de Luynes og fremstillet af Jacques-Nicolas Baradelle til Hans Eminence kardinal de Luynes, ærkebiskop af Sens omkring 1760-1774, er et lille mesterværk.
Man bemærker straks ligheden mellem foto og tegning, hvad angår armillerne (ringene) og cirklerne.
Ringen til højre, en ækvinoctial ring, har kun to ringe, idet deklinationsringen er erstattet af en gradueret lineal. På linealen ses en bevægelig skyder med en åbning i centrum, hvorigennem sollyset trænger ind.
Ringene er i teorien enkle at bruge. Instrumentet hænges lodret i en krog eller ring (bélière), efter at stedets breddegrad er indstillet ved at skyde den ydre graduerede ring i bælièren.
Den indre ring placeres parallelt med ækvator (se figuren til højre). Denne ring har timegraduering.
Den centrale lineal har graduering efter månedens dage. Den skal orienteres nord-syd. På nederste foto ses også bogstaverne N og S.
Nu skal instrumentet blot drejes, så sollyset går gennem skyderens hul og rammer ækvatorringen, hvor tiden kan aflæses ... undtagen ved middag, hvor sollyset rammer ydersiden af ækvatorringen og derfor ikke kan komme gennem hullet. I stedet ser man ringens skygge på skyderens øjehul.
Da det var svært at holde instrumentet i korrekt position, blev der lavet ringe på stativ.
Et glimt i øjet: fra Kina til Månen
Gnomonen findes både i Kina allerede fra 2600 f.Kr. og på Månen under Apollo XVII-missionen til bestemmelse af prøvepositioner og kalibrering af instrumenter. Man kan skelne et fotokalibreringskort på venstre arm.