Как сделать солнечные часы
Привет, пикабу. В преддверии лета, солнца, дачного сезона, огородных дел и всякого подобного хочу предложить вам пошаговую инструкцию, как сделать солнечные часы горизонтального типа на вашем участке. Узнавать по ним время - иногда даже удобнее, чем по мобильному телефону (потому что телефон не всегда с собой; руки грязные; солнце отсвечивает от экрана). Ну и опять же - когда понятен принцип конструкции часов, вы вольны проявить фантазию, как это оформить/украсить - цветы, трава, камешки, прочее.
Основа солнечных часов - гномон. Это палка, тень от которой и будет показывать нам время. Чем точнее мы сориентируем эту палку параллельно оси вращения Земли (как это сделать - см. пункты 1, 2, 3 ниже), тем точнее будет устройство. В качестве гномона сгодится любая ровная палка, похожая по габаритам на черенок от лопаты (можно и сам черенок, если завалялся ненужный).
Находим место, где не бегает много людей и собак, и мимо которого вы часто проходите. Главное, чтобы оно было освещено солнцем большую часть дня. Для этого найдите юг (либо сориентируйтесь по Google Earth, либо в районе 12-13 часов повернитесь лицом к солнцу) и поищите на участке место с максимально свободной (от крыш, деревьев и тому подобное) южной половиной неба.
Далее смотрите на картинку:
Пункты 1 и 2 посвящены нахождению точного направления на Север. Да, для этого можно использовать и компас, но надо помнить, что магнитное склонение (то есть отклонение показаний компаса от реального направления на географический Север) в нашей стране может достигать 10, 20 и более градусов. Кроме того, вы можете словить локальную магнитную аномалию. Поэтому метод определения Севера по солнцу - точнее и надёжнее.
1. К моменту истинного полудня (солнечной кульминации, еще ее ошибочно называют "зенитом") готовим отвес (например подвешиваем на веревке камешек/железяку и следим, чтобы все это не болталось на ветру) и горизонтальную площадку, на которой видна тень от веревки. Методы вычисления времени истинного полудня для вашей местности я опишу ниже.
2. В момент истинного полудня (предварительно время неплохо бы синхронизировать с интернетом, например по сервису time.is, ну или по андроид-приложению ClockSync) отмечаем направление солнечной тени отвеса, например, с помощью нескольких камешков, которые выкладываем вдоль тени. Это точное направление север-юг (направление меридиана).
3. Вычисляем тангенс угла к горизонтали, под которым должен стоять гномон (то есть наша палка). Для этого выясняем широту места, вбиваем ее в калькулятор и жмем tan. Например, если широта 56 градусов, то tan(56) = 1.483.
Умножаем это число например на полметра (50 см), получаем 74 см. Втыкаем палку в землю, в направлении строго на север (мы его выяснили в прошлом пункте по отвесу) от этого места кладем камешек в 50 см от места, где воткнута палка, и наклоняем палку таким образом, чтобы она проходила над камешком на высоте 74 см. На рисунке 3 (и 3а для пущей наглядности) я показал отвес, который спускается от гномона и попадает на линию меридиана (длина этого отвеса в нашем примере = 74 см). Вместо отвеса можно "стрелять" глазом, но получится не так точно. И в таком положении начинаем вбивать палку, время от времени проверяя/корректируя, чтобы она проходила над нашим "полуметровым" камешком на заданной высоте. Как только палка будет крепко держаться, можем себя поздравить - самая ответственная часть работы сделана: мы сориентировали наш гномон параллельно земной оси. И, кстати, он заодно с хорошей точностью указывает на Полярную звезду (можете проверить ночью, "стрельнуть" глазом вдоль палки).
4 и 5. Следующие положения часовых меток, сделанные по таймеру. Надо отметить, что хоть на рисунке и отмечено 12 часов для полуденной метки, на самом деле гражданское время для неё будет иным. Чтобы об этом не думать, проще всего разметить циферблат, подходя к гномону в 13:00, 14:00 и так далее, и просто отмечать направление тени. А на следующий день с утра до полудня отметить остальные часовые метки.
Сами часовые метки могут быть какими угодно: можно вбить таблички с цифрами, можно выложить камнями.
Вычисление времени истинного полудня
Перечислю, какие именно вещи случаются в момент истинного полудня:
* солнце находится точно на Юге (для наших северных широт);
* горизонтальные тени от вертикальных предметов падают точно на Север;
* солнце находится в наивысшей точке своего дневного хода;
* это момент - с хорошей точностью середина между восходом и заходом солнца в этот день.
Для каждого меридиана - свой момент истинного полудня. Так, скажем, в сравнении с центром Москвы истинный полдень на востоке города случается примерно на 1 минуту раньше, а на западе - на минуту позже. Ниже приведён годовой график времени полудня для центра Москвы (для часового пояса UTC+3, в котором Москва постоянно находится с октября 2014 года):
То есть на меридиане Москвы вы просто можете использовать этот график. Точно такой же формы график получится и в вашем месте, только его нужно сместить по вертикальной оси на величину (Д-37.6)/15 часов, где Д - ваша географическая долгота. Например возьмём Пермь, её долгота составляет 56.2 градуса, подставляем в формулу: (56.2-37.6)/15 = 1.24 часа = 1 час 14.5 минут. То есть в Перми истинный полдень случается на 01ч14.5м раньше, чем в Москве, и по московскому времени от вышеприведённого графика надо отнять 01ч14.5м. Например для сегодняшнего 2 мая мы получим 12ч26.5м минус 01ч14.5м = 11:12мск, прибавляем 2 часа (разница часовых поясов Перми и Москвы), получаем 13:12. Запомним это время, чтобы сравнить со следующим методом.
Второй метод заключается в том, чтобы найти свой населённый пункт на погодном сайте, где указано время восхода и захода солнца. Например для случая Перми откроем погодный сайт яндекса, и видим там Восход: 04:37 Закат: 21:47, находим среднее арифметическое этих двух времён (04:37 + 21:47) / 2 = 13:12. То же самое время, что получили выше.
Третий метод - использование расчетных программ. Я пользуюсь своей программой Day-night, и она сегодня для Перми выдаёт время полудня = 13:11:45.
1. Вышеприведённый график - это следствие так называемого Уравнения времени - разницы среднего солнечного и истинного солнечного времени. Надо отметить, что именно с такой же амплитудой, как в этом графике, будут меняться показания ваших солнечных часов. То есть до плюс-минус четверти часа в течение года. Однако если присмотреться, видно, что в наиболее интересное для нас летнее время колебания не столь велики, и укладываются в плюс-минус 5-6 минут. Иногда, когда хотят получить минутную точность, для солнечных часов специально составляют график поправок в течение года.
Из этого графика, например, видно, что если вы разметили свои солнечные часы в середине июня, то к середине сентября они будут спешить на 5 минут.
2. Почему не стоит использовать просто вертикальную палку? Зачем морочиться с ее наклоном и её параллельностью оси вращения Земли? Дело в том, что часы, сделанные с помощью вертикальной палки, рано или поздно начнут показывать заметно неверное время. Так, часы, сделанные для вертикальной палки в июне, будут в сентябре врать на 1 час по утрам и вечерам (тут подробнее).
3. Если хотите, можете сразу рассчитать циферблат для вашей местности с помощью, скажем, программы Shadows, взять из этого расчета углы и сразу отмерить их на земле, вместо того, чтобы бегать целый день и ставить отметки по солнечной тени.
В заключение в качестве иллюстрации могу привести одни из своих часов, сделанные "из топора".
Спасибо за внимание. Надеюсь, текст получился не слишком закрученным. Будут вопросы - задавайте.
Если тема окажется востребованной и поступят запросы, могу в следующий раз рассказать, как рассчитать еще один тип подходящих для дачи солнечных часов - аналемматические - в которых гномоном служит человек, который становится в разные места в зависимости от текущего месяца:
Замечена опечатка: "Например для сегодняшнего 22 мая мы получим"
Небольшое замечание: находясь в России, лучше всего синхронизировать время с одним из серверов ВНИИФТРИ: http://www.vniiftri.ru/index.php/ru/services/22-ntp Для европейской части РФ у них самая низкая погрешность.
очень толково, автор. А продолжения про учет географической широты и разные формы гномона будут?
Есть ещё один минус, я когда узнал - сильно расстроился.Солнечные часы совпадают с атомными только 4 раза в год: 15.04, 13.06, 1.09, 25.12. Что самое забавное что 1 сентября как раз в школу, а 25 декабря новый год (рождество) у католиков. Вот 15 апреля и 13 июня выпадают. Оcтальное время они врут до +-15 минут.
Всё хорошо, замечательно, красиво но у меня есть более простой вариант часов который можно изготовить за 5 минут, а потом довести до нужной кондиции.Я описал это на: https://sundial.home.blog/
А вот моей конструкции самодельных солнечных часов ещё ни где не видел.
Делаются буквально: "из говна и палок".
Сезон открыт
Если, не считать небольших поездок - сегодня, по настоящему открыл сезон. Весь день по работе откатав, а вечером до дачи добравшись. Скромные 200км за день, но после долгой спячки уже и они дают приятную ломоту под вечер. Всем хорошей погоды, ровных дорог, и адекватного поведения на них.
Эти часы работают на энергии ядерного синтеза
Технически это именно так
Лето, дача, Тульская область
Надоела зима, хочется светлых, тёплых дней. Всем добра
Астрономический сарай
Приехал тут на дачу, сезон закрывать. В углу участка у меня стоит старый сарайчик, куда складируется всякий хлам и садовый инвентарь. Пошел в этот сарайчик за лопатой, открываю. и пока доставал лопату, вижу на стене солнечный зайчик
Сначала не особо придал значения, ну какбы сарай уже совсем старый, мало ли откуда чего тут светит. Но потом какое-то чутье подсказало - что-то тут не так. Больно идеально круглая дырка размером с шарик для пинг-понга, на противоположной стене таких больших и круглых дыр нет. Подлез поближе, чтобы разглядеть, и тут до меня доходит. Это не просто солнечный зайчик от дырки в стене, это - Солнце! Изображение солнечного диска, которое проецируется через крошечное отверстие где-то под самой крышей. Т.е. мой сарай - это камера-обскура!
Позалипал немного, полез гуглить что там нынче на солнце творится. Оказалось что в эти дни по Солнцу как раз проплывает небольшое пятно (картинка украдена с вот этого сайта).
Нашел в дачном домике чистый лист бумаги, закрылся в сарае.. И, знаете. я увидел это пятно )))
Конечно видно его плохо, еще хуже его видно на фото (возможно, первое в истории астрофото, сделанное с помощью сарая). Если что - едва различимое пятнышко чуть левее-ниже центра диска - это оно.
Не, ну а что вы хотели - все-таки оптические характеристики моего сарая неидеальны.
И вот сижу я в своем сарае. забыл и про лопату за которой пришёл, и про дела дачные. Ощущаю себя мальчишкой, который сделал для себя какое-то "открытие", и как-то радостно на душе ) Все-таки хорошо что жизнь еще умеет так удивлять.
Есть еще небольшой видосик про эти мои научные изыскания, его наверно чуть позже можно будет увидеть в инстаграм
На минуту в детство
Как работают гномон и экваториальная монтировка
Всем привет. Хочу предложить вашему вниманию видеоматериал, в котором я на основе огородных солнечных часов рассказываю о вращении небесных объектов вокруг оси, параллельной оси вращения Земли (и значит вокруг гномона), со скоростью 15 градусов в час:
Хочу сделать одно замечание, которое пришло мне в голову после просмотра. Я немного нечётко разделил вращение ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ гномона и угловую скорость небесных объектов. Поэтому тут отдельно замечу, что ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ гномона все указанные объекты (солнце, звёзды, планеты) вращаются с неизменной скоростью 15 градусов в час. Однако когда мы переходим к измерению "плоской" угловой скорости (скажем, отмеряем одну минуту и измеряем плоский угол, на который переместился объект на небосклоне), то она варьируется от нуля (на полюсе мира) до 15 градусов/час (на небесном экваторе) - это тот момент в видео, где я упоминаю косинус склонения небесного объекта.
Если что-то останется неясным, задавайте вопросы в комментариях.
Первый летний день
Солнечная терраса
Тишина
Линза и трава
В принципе, если наловчиться, то по этому следу можно опрелелять который сейчас час.
Экваториальные солнечные часы, Новороссийск
Всем привет. Несколько дней назад попалась новость о том, что в Новороссийске начали монтировать солнечные часы экваториального типа, я по имеющейся информации (фотографии из СМИ и соцсетей, плюс специально отснятое видео) провёл небольшое исследование корректности установки этой малой архитектурной формы и подумал, что это хороший повод рассказать людям про такой тип солнечных часов.
Гномон в экваториальных часах располагается точно так же, как в часах горизонтального и вертикального типов, - параллельно оси вращения Земли. Для нашего северного полушария это означает, что по сторонам света гномон должен быть сориентирован точно на географический Север (азимут = 0), а относительно горизонта - под углом (90°-φ), где φ - широта места установки. Традиционно отметим, что гномон при этом указывает на Северный Полюс Мира (а значит и приблизительно - на Полярную Звезду). Подробнее про ориентирование гномона смотрите статью.
Циферблат (кадран) в экваториальных часах, в отличие от горизонтальных и вертикальных часов, располагается параллельно плоскости Экватора и соответственно перпендикулярно гномону. Существуют различные решения для такого циферблата - в виде сплошного диска либо обруча вокруг гномона:
Циферблат в виде сплошного диска лучше даёт прочувствовать ключевую особенность экваториальных солнечных часов - половину года (между днями равноденствий) солнцем освещается одна сторона диска, другую половину года - другая сторона диска. Соответственно летом нужно разметить часовые метки на верхней стороне диска, зимой - на нижней. В случае циферблата в виде обруча у вас есть возможность пользоваться часами, даже если часовые метки нанесены только на верхнюю ("летнюю") сторону, поскольку вы можете видеть солнечную тень на внутренней (обращённой к гномону) грани обруча.
В новости про монтируемые солнечные часы в Новороссийске меня сразу насторожила фраза "на часах выставлено точное время", ведь, судя по фотографии, часы спроектированы для истинного солнечного времени (обратите внимание на то, что 12 часов - симметрично строго внизу циферблата):
Попутно отметим странное решение направить римские цифры к гномону - получается, что для людей, стоящих на земле, эти цифры оказываются перевёрнутыми. С учётом того, что римские цифры и без того - неудобный анахронизм, предполагаю, что люди будут изрядно озадачены при попытке понять, какой час показывают эти часы.
И вернёмся к истинному солнечному времени - это такое время, когда истинный полдень (середина между восходом и заходом солнца) попадает ровно на 12:00. Истинное солнечное время неудобно для повседневного использования в нашей жизни, поскольку:
1) оно различается в разных городах (даже внутри большого города будут заметные различия, например время на востоке Москвы будет отличаться от запада на 2 минуты);
2) оно неравномерно - отклонение солнечных суток от 24 часов меняется день ото дня и в течение года доходит до половины минуты (что приводит к такому понятию, как Уравнение Времени).
Поэтому мы используем равномерное время и часовые пояса, то есть одинаковое время на большой территории, включающей множество населённых пунктов. В данном случае с учётом координат места установки часов 44.70498, 37.7842 и часового пояса UTC+3 мы можем вычислить, что солнечный полдень здесь случается (в среднем по году) на (3-37.7842/15) = 0.481час = 29 минут позже, чем 12:00, то есть в 12:29.
Как обычно поступают в таком случае?
1) Либо изначально учитывают это в конструкции и доворачивают циферблат (подчёркиваю, только циферблат, не всю конструкцию) на такой угол, чтобы строго внизу оказалось время не 12:00, а 12:29 (в данном случае на 7.2 градуса против часовой стрелки вокруг оси гномона).
2) Либо ставят поясняющую табличку, в которой указывают, что часы спроектированы для истинного солнечного времени (12 часов = истинный полдень), и приводят пояснения, как вычислить гражданское время из солнечного.
В этом случае авторы часов выставили "точное время" путём поворота всей конструкции по азимуту. Сначала я подумал "ну вот, блин, опять криво сделанные часы", но решил прикинуть, а какие же будут погрешности из-за такой кривой установки. Посидел, потупил, в чём бы прикинуть расхождения, думал про 3D-рисовалку, но в результате накидал расчёт в экселе. "Повернул" часы по азимуту на 18 градусов против часовой стрелки (чтобы в 12:00 в конце июля часы показывали "точное" время). И расчёт показал, что, как ни странно, масштаб трагедии не так уж велик, несмотря на то, что и гномон, и циферблат сориентированы неверно (результаты расчётов приведу ниже). Тем временем мне прислали несколько видео, из которых удалось получить следующие данные.
1) 7 августа 2018 года, время съёмки 07:20. Во-первых, удалось увидеть, что время примерно соответствует указанному (красная стрелка). Во-вторых, судя по расчётам, если бы конструкцию повернули на 18 градусов, то в это время циферблат был бы в тени, но как мы видим, он уже освещён солнцем (однако по тени шляпки болта видно, что солнце всё ещё близко к плоскости циферблата) - поиграв поворотом, я остановился на 15 градусах (то есть подразумевается, что гномон направлен по азимуту 345 вместо 0).
2) Вид сбоку, 45-градусные линии - видно, что и гномон, и циферблат с доступной для видео точностью легли на эти линии.
3) 8 августа, время 16:59, тень опять с точностью до нескольких минут попадает на V-часовую метку.
4) Вид сзади, "стреляем" по направлению гномона, сопоставляем со зданием на фоне и смотрим на гугло-карты (google earth). И параллельно выясняем новую особенность гугло-карт - оказывается карты от разных дат могут давать расхождение по азимуту на целых 6 градусов:
Теперь давайте оценим, к каким последствиям приведёт некорректная ориентация часов по азимуту.
Для этого посмотрим на поведение часов в летнее полугодие (с весеннего до осеннего равноденствия), начиная с летнего солнцестояния (около 22 июня) и расходясь в обе стороны по одному месяцу:
В качестве опорных данных на графиках заодно приведена зелёная линия, которая показывает, как обстояло бы дело, если бы вместо вращения всей конструкции по азимуту мы повернули бы лишь циферблат вокруг оси гномона так, чтобы внизу оказалось не 12:00, а 12:30. Как видно, в этом случае в течение одного дня отстройка показаний солнечных часов от гражданского времени оставалась бы одинаковой, и только постепенно, месяц от месяца, дрейфовала бы в пределах Уравнения Времени (в пределах +-6 минут за летние месяцы, и до четверти часа за весь год).
Тёмно-синяя линия показывает оценку того, насколько точно будут идти новороссийские часы (в минутах). Как видно, даже в течение одного дня разброс разницы показаний с гражданским временем будет доходить до четверти часа с лишним.
Ещё одним свойством криво установленных часов станет то, что солнце перестанет освещать циферблат не в районе дня равноденствия (22 сен), а неравномерно: сначала во второй половине августа циферблат окажется в тени в утренние часы (к вечеру будет освещён), а затем к 22 сентября будет в тени половину дня, и наконец во второй половине октября окончательно скроется в тени. Точно так же долго, но в обратной последовательности, циферблат будет выныривать из тени в районе весеннего равноденствия.
Ещё один момент - то, что гномон, увы, не будет указывать на Полярную Звезду. Оценочно плоский угол отклонения от Полярной Звезды составит 11 градусов (новороссийцы, можете проверить).
То есть геометрия этих часов не позволит привести группу школьников и сказать, дескать, смотрите, там у нас Северный Полюс Мира, а вот так у нас проходит Небесный Экватор, а ночью вы сможете по плоскости циферблата определить склонение звёзд, ну и прочие занятные вещи. Точнее, рассказать-то всё это можно, но придётся каждый раз делать оговорку "если бы эти часы стояли правильно".
Ну и наконец. Зимой, хоть часами и можно будет воспользоваться (по внутренней грани циферблата, напоминаю), но погрешности будут наиболее впечатляющими. Например 22 декабря они в районе полудня превысят 30 минут.
Несмотря на то, что вся моя сущность как специалиста по гномонике протестует, я вынужден признать, что такой варварский (привет авторам) способ выставления "точного" времени привёл к вполне удобоваримым результатам (погрешности - до четверти часа в дневные часы в течение лета), особенно если учесть, что сама конструкция циферблата (большие часовые отметки, отсутствие промежуточных делений) и толщина гномона не располагают к точному измерению времени. То есть это будет не просто декоративное нечто (как случилось с как-бы-часами в Сочи и подобным недоразумением в Ростове), а вполне функциональная достопримечательность города. Его стоимость (10 млн руб) выглядит несколько странной, но вполне допускаю, что я что-то не понимаю в необходимых производственных мощностях для изготовления такого объекта.
В заключение хочу поблагодарить местную жительницу Ирину, которая не поленилась оперативно и неоднократно съездить к объекту и запечатлеть нужные ракурсы, более того - она прониклась важностью выставления точного времени на своих часах перед съёмкой. Когда я пытался найти такого корреспондента в Белгороде, мне не везло больше месяца - то люди обещали и не присылали вообще ничего, то присылали фотки без времени, да ещё и обижались, когда я настойчиво спрашивал про время съёмок. )
Аналемматические солнечные часы
Всем привет. Сегодня хочу рассказать про любопытную разновидность солнечных часов, в которых в качестве гномона (палки, отбрасывающей тень) используется не наклонный шест, параллельный оси вращения нашей планеты, а вертикальный шест, который переставляется по так называемой линии дат. Линия дат частично унаследована от аналеммы (из-за этого часы называются аналемматическими). Чаще всего в качестве гномона используется человек, который должен встать в определённое место линии дат (в зависимости от текущего месяца):
Солнечные часы 2009 года (предположительно здесь)
Однако может использоваться и неодушевлённый периодически переставляемый гномон:
Кнехт, показывающий время с 2013 года (Владивосток)
Сначала мы разберём, как работают аналемматические солнечные часы, а в следующем разделе представим алгоритм действий для расчёта и разметки такого типа часов.
Геометрия аналемматических часов
Давайте разберём, почему возможно использование вертикального гномона (вместо наклонного). Основой аналемматических часов являются обычные экваториальные солнечные часы (циферблат которых параллелен плоскости земного экватора), и для данной широты рассчитывается их проекция на горизонтальную (для этой широты) плоскость.
Рассмотрим, как строится эта проекция. Представьте себе солнечные часы на Северном Полюсе. Там совпадают конструкции экваториальных и горизонтальных солнечных часов - вертикальный гномон, перпендикулярный горизонтальному циферблату (в случае солнечных часов он называется кадран, но я предпочитаю называть его циферблатом):
Поскольку на полюсе нет сторон света, то обозначим ориентацию направлением на Лондон (нулевой меридиан). Представим, что сейчас истинный полдень в Лондоне, 22 июня (летнее солнцестояние), склонение солнца = +23.4°, и значит если высота гномона составляет R*tan(23.4°), где R - радиус циферблата, то тень от гномона как раз доходит до края циферблата (см. рисунок), делая по циферблату один оборот за сутки (15°/час).
Что будет через месяц, 22 июня? Склонение солнца уменьшится и составит 20.2°. Ещё через месяц, 22 августа, склонение составит 11.7°, и наконец 22 сентября - ноль градусов (день осеннего равноденствия).
Примечание: двадцать вторые числа беру условно, для простоты, при этом можно считать, что в течение года склонение солнца меняется как функция синуса с амплитудой 23.4 градуса и изменением фазы по 30 градусов за месяц, с приемлемой погрешностью.
Обозначим точки на гномоне, соответствующие июню, июлю, августу и сентябрю, как A B C D. Эти же точки B C и D соответствуют маю, апрелю и марту (так же по месяцу отступаем от июня, только в обратную сторону). Ниже циферблата симметрично проставляем точки E F G для октября (февраля), ноября (января) и декабря:
На этой картинке отображены оптические пути теней от точек-шаров, которые в "свой" месяц попадают на край диска циферблата.
Собственно 3D-заготовка для аналемматических часов готова. Теперь представьте, что происходит, когда вы смещаетесь по широте - наши экваториальные часы перемещаются параллельным переносом, а локальная вертикаль (и вместе с ней горизонтальная плоскость) поворачивается на угол 90-fi, где fi - широта места установки часов. Либо, что то же самое, сама конструкция часов поворачивается на тот же угол. Здесь представлен поворот для широты fi = 45 градусов.
Здесь у нас уже имеются стороны света, слева направо проходит меридиан Север-Юг (N->S), а поворачивали мы нашу конструкцию относительно оси Запад(W)->Восток. Нас в результате всех построений интересует проекция "Вид сверху" для локальной вертикали широты fi. В следующем разделе для таких построений будет использована моя программа Day-night, однако как вы заметили, в этих построениях нет ничего сложного, и вы можете проделать их самостоятельно в любом подручном редакторе/калькуляторе. Надо лишь отметить, что если вы хотите учесть часовой пояс, нужно ещё довернуть часовые метки циферблата вокруг оси AG на величину, соответствующую разнице вашей долготы и центральной долготы вашего часового пояса.
Как сделать аналемматические солнечные часы
Перейдём к практической части, в которой я изложу алгоритм действий для изготовления аналемматических солнечных часов.
1) Скачайте и установите программу -> Day_night_v3_0.exe. Выставьте координаты вашего пункта в левой верхней части окна (либо выберите в выпадающем списке, если есть подходящий город, либо введите координаты в поля широта Lat и долгота Long). Переключитесь на вкладку Sundial, выставьте свой часовой пояс в поле UTC offset (справа вверху) и нажмите кнопку sundial. Если рассчитанный график поначалу покажется сложным, можете отключить расчёт теней (галка Shadows) и координат (галка Coord). После расчёта в нижней части окна вы увидите ту самую проекцию "Вид сверху", которую мы обсудили выше:
Эта проекция, по которой расставлены часовые метки, является эллипсом, большая ось которого расположена вдоль направления Запад-Восток, а малая - вдоль Север-Юг (местный меридиан). На скриншоте направление на Север отмечено стрелкой N, она же ось X. Вдоль оси Y (Запад-Восток) показана величина Height (рост человека, выбранный в поле выше). Обозначены крайние точки линии дат, где размещается гномон (A - июнь; G - декабрь). Средняя точка (равноденствие) имеет координаты [0,0]. Координаты всех точек (точки линии дат и часовые метки) представлены в формате [X, Y]. При создании программы подразумевалось, что эта единица измерения - миллиметры, но вы можете произвольно масштабировать эту величину, главное все величины менять пропорционально. Впрочем, удобнее подобрать подходящие значения выше в полях R и Heigth и сразу получить правильные координаты (чтобы потом не пересчитывать). Меняя значения R и Height и наблюдая за ходом теней (обозначены на скриншоте июн, июл, авг, сен), вы можете подобрать размер часов таким образом, чтобы они были не слишком большими (в июне, например, будут слишком короткие тени, и трудно будет понять, сколько времени) и не слишком маленькими (толщина гномона-человека будет велика, часовые метки будут густо и неинформативно расположены). Все галки справа вверху имеют всплывающую подсказку (при наведении курсора мыши). Когда результат расчётов вас удовлетворит, вы можете распечатать либо скрин с программы, либо bmp-файл (галка save).
2) Приготовьте горизонтальную площадку достаточных размеров, убедитесь, что она большую часть дня (года) освещена солнцем. Если для вас ход солнца в течение года - слегка тёмный лес, посмотрите ликбез-видео "Как солнце ходит по небу".
3) Находим направление местного меридиана (Север-Юг). Поскольку задача в этой части совершенно идентична при установке любых солнечных часов, сошлюсь на статью, которую я опубликовал год назад: Как сделать солнечные часы. А именно - там пригодятся пункты 1, 2, а также раздел "Вычисление времени истинного полудня".
Напоминаю, что использование компаса для нахождения Севера может приводить к большим погрешностям, а потому нежелательно. Тем более, если вы делаете солнечный прибор, грех не использовать для ориентации само солнце.
4) В направлении Север-Юг проведите ось X, и перпендикулярно ей - ось Y. Пользуясь расчётом координат из программы Day-night, с помощью рулетки от размеченных осей отмерьте все необходимые точки.
Примечания, погрешности
С учётом толщины тени человека, неточностей его позиционирования на линии дат, думаю, можно ориентироваться на точность определения времени порядка получаса. Если вы поставите вместо человека тонкий вертикальный шест, да ещё и правильно (по дате) его спозиционируете, погрешность измерения времени примерно совпадёт с систематической погрешностью - с Уравнением Времени (амплитуда которого доходит до четверти часа с сентября до марта, и до 6 минут с марта по сентябрь).
Несмотря на то, что название часов включает слово "аналемма", из аналеммы здесь участвует не вся "восьмёрка", а только продольная её часть (склонение). Соответственно, если вы видите аналемматические часы с нарисованной восьмёркой в качестве линии дат, это не совсем верно изготовленный инструмент (появляются дополнительные погрешности). Также бывают варианты часов, когда месяцы написаны не вдоль оси линии дат, а справа и слева от неё. В этом случае люди, как правило, встают на сами названия месяцев, что опять приводит к погрешностям:
Аналемматические часы в Красной Пахре
В заключение отмечу, что существуют альтернативные разработки аналемматических часов для гиков, разнесённых на две отдельные части (до полудня и после). В таких часах путём оптимизации можно уменьшить погрешность, связанную с Уравнением Времени.