История часов. Эволюция от солнечных до водородных

Но люди изыскивали и примитивные способы измерения времени с помощью Солнца; иногда единственным «инструментом» для этого была человеческая рука. Первые сообщения о таких «часах» относятся к началу XVI века. Левую руку поворачивали ладонью вверх, и ее направленный вверх большой палец выполнял функцию теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в XIX веке.

Древний Египет

Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте – надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306–1290 годами до новой эры. Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце её прикреплён невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад. Сделанные по такому принципу инструменты также были найдены. Один из них восходит ко времени правления Тутмоса III и датируется 1479–1425 годами до новой эры, второй – из Саиса (по другим данным – из Файюма), он датируется 1000–600 годами до новой эры. Оба инструмента хранятся в Берлинском египетском музее. На конце у них есть только брусок, без горизонтальной планки, а также имеется желобок для отвеса для придания устройству горизонтального положения.

Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса. С одной стороны модели – две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня – на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу вверх, в полдень тени не было. С другой стороны модели – две наклонные плоскости без ступеней, этот тип часов действовал аналогично часам со ступенями. Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 года до новой эры с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом. Плоскость ориентировалась на Солнце.

В 2013 году учёные Базельского университета сообщили о находке солнечных часов, предположительно вертикальных, возрастом в 3,3 тысячи лет, нарисованных на остраконе известняка. Они были обнаружены в Долине царей возле жилища рабочих.

Древняя Греция и Древний Рим

Скафис – солнечные часы древних. На сфероидальной выемке нанесены линии часов. Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут, или шарик в центре инструмента.

По рассказу Витрувия, вавилонский астроном Берос, поселившийся в VI веке до новой эры на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши – так называемым скафисом. Эти солнечные часы были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. Древние греки и римляне, как и египтяне, делили промежуток времени от восхода до заката Солнца на 12 часов, и поэтому их час (как мера времени) был различной длины в зависимости от времени года. Поверхность выемки в солнечных часах и «часовые» линии на них подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Последующие геометры и астрономы (Евдокс, Аполлоний, Аристарх) придумывали разнообразные формы солнечных часов. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда гномон, отбрасывающий тень, располагался параллельно оси земли.

Из Греции солнечные часы достигли Рима. В 293 году до новой эры Папирий Курсор велел соорудить солнечные часы в храме Квиринал, а в 263 году до новой эры другой консул, Валерий Мессала, привёз солнечные часы из Сицилии. Устроенные для более южной широты, они показывали время неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 года до новой эры Марцием Филиппом.

Солнечные часы применялись в древнегреческих колониях Северного Причерноморья. Четыре экземпляра часов, найденных на городищах Пантикапей и Китей, хранятся в Керченском музее.

Арабский мир

Арабские астрономы (Сабит ибн Корра, Ибн аш-Шатир, Абу-л-Хасан ибн Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось ещё направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы.

С введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники значительно упростилась: вместо того чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если штифт расположен по направлению земной оси, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол Солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору (экваториальные, или равноденственные часы); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.

Гномоника занималась составлением правил нахождения различных положений тени на этих поверхностях. Солнечные часы, как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных часов, которая указывала бы «средний» полдень в различное время года. В средневековой Европе гномоникой занимались: Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI века Мюнстер был признан «отцом гномоники».

Древний Китай

Первое упоминание о солнечных часах в Китае, вероятно, задача о гномоне, приводимая в древнем китайском задачнике «Чжоу би суань цзин», составленном около 1100 года до новой эры. В эпоху Чжоу в Китае применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпоху Цин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные – опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные – с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.

Древняя Русь и Россия

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определённые инструменты или объекты для измерения времени, по крайней мере, днём. В XX веке черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове и на странный узор («меандры») над ними. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли ещё в XI веке.

Во время царствования Анны Иоанновны 23 августа 1739 года вышел сенатский указ, в соответствии с которым на дороге из Санкт-Петербурга в Петергоф устанавливались деревянные верстовые столбы-обелиски. В 1744 году был издан указ о столблении дороги из Санкт-Петербурга в Царское Село. Вместо верстовых столбов-обелисков впоследствии поставили «мраморные пирамиды» с оформлением по работам Антонио Ринальди. Некоторые из них имели солнечные часы, и путник мог узнать по ним расстояние и время. «Мраморные пирамиды» с солнечными часами сохранились в следующих местах: в Санкт-Петербурге на углу набережной реки Фонтанки и Московского проспекта (отмечающий одну версту от здания Почтамта) и в Пушкине у Орловских ворот, расположенных на южной границе Екатерининского парка. На «мраморной пирамиде» у Орловских ворот указана дата установки – 1775 год.

Время у славян

Славянские часы начинают свой отсчет не в полночь, как принято сейчас, а с вечера. Когда все дела на сегодня закончены, начинается новый день. Летом это 19:00, а в зимнее время – на час раньше. Только в славянской группе языков есть такое понятие – сутки. Это словно сотканные или состыкованные вместе день и ночь. Отсчет начинается именно с вечера, предание гласит, что именно в это время человек появился на земле, это и стало точкой отсчета. Мы привыкли использовать 24 часа, в сутки стандартные ходики проходят два круга. В славяно-арийской измерительной системе в сутках 16 часов. Это не значит, что у древних день был короче, или другой биологический ритм, просто в славянский час входит 90, а не 60 стандартных минут.

Суточный круг делится на 4 равные части, на каждое время суток приходится по 4 часа: вечер, ночь, утро и день. Каждый час имеет свое особое значение и название, отражающее его сущность: Паобед – первый час нового дня. Вечир – звездная роса рассыпается на небесах. Ничь – время нечетное трех лун. Поличь – время полного прохождения лунного пути. Заутра – утешение звездной росы. Заура – сияние звезд. Заурнице – завершение сияния звездной росы. Настя – утренняя зорька. Сваор – восхождение солнечного круга. Утрось – успокоение рос. Поутрось – путь собирания успокоенной росы. Обестина – время собраться вместе. Обед – обедня, дневная трапеза. Подани – небольшой отдых от дел. Утдайни – время для завершения всех оставшихся на сегодня дел. Поудани – окончание дня.

Славянские часы идут не по часовой стрелке, а по ходу движения солнца, для непосвященных может показаться, что время идет не в ту сторону. Стрелка в пиковой позиции вечером тоже может показаться странной тем, кто привык видеть такую картину в полдень или в полночь.

Дополнительные функции. В отличие от современных, славяно-арийские часы несут в себе еще множество информации, кроме простого счета времени. Во втором круге Числобога расположены руны, обозначающие небесные чертоги. Каждая руна несет в себе глубокий сакральный смысл. Это стало причиной их повсеместного использования. Ими украшали одежду, посуду, делали обереги для детей и дома.

Кругом глубже расположены стихии. В отличие от классических учений, их не 4, а целых 9: земля, звезда, огонь, солнце, дерево, небеса, океан, луна, бог. Еще ближе к центру размещены дни недели, их тоже 9. Расположение в круге помогает определить не только день, но и бога-покровителя, соответствующего небесному чертогу. Это помогало правильно определить покровителя в соответствии с датой рождения. Часы помогали выбрать правильное занятие на каждый день недели и период времени в течение дня. Боги-покровители помогали выполнить все правильно и с максимальным результатом.

Солнечные часы в филателии

Солнечным часам в Санто-Доминго, установленным в 1753 году, была посвящена серия почтовых марок Доминиканской республики 1931–1933 годов. Различным старинным настольным солнечным часам посвящены четыре из шести марок серии, посвящённой экспонатам Государственного физико-математического салона в Дрездене, выпущенной в 1983 году в ГДР.

Интересные факты

• Если вылететь на самолёте в истинный полдень и лететь по параллели на запад так же быстро, как вращается Земля (то есть со скоростью точек земной поверхности на этой параллели), то солнечные часы, установленные на самолёте (как горизонтальные, так и вертикальные, экваториальные) всегда будут показывать полдень. Однако при пересечении линии перемены дат нужно будет прибавлять один день.

• Один из первых создателей солнечных часов с корректирующим компасом – астроном и математик Региомонтан, настоящее имя которого Иоганн Мюллер (1436–1476), известный также как Жоан де Монте Регио, работавший в середине XV века в Нюрнберге. Он был также автором первого специального труда о солнечных часах.

• Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что их стало возможно использовать повсеместно, и появились портативные, карманные, или дорожные, модели часов.

• Солнечные часы в виде полого полушария со стрелкой, отбрасывающей тень на внутреннюю полость, начали строить с 1445 года.

Водяные часы

Водяные часы или клепсидра – прибор, в котором движение воды, скрытой в корпусе, используется для измерения времени. Если разобрать это слово на части, а состоит оно из klepto – скрывать и hydor – вода, то понятно, что в переводе с греческого но означает не что иное, как «похититель воды». Так называются водяные часы вплоть до сегодняшних дней.

В истории часов именно развитию водяных отводится довольно существенный промежуток времени.

Часы, отображающие время по солнцу, широко использовались во всём древнем мире: в Китае, Греции и Риме, арабских странах, а также на Руси. Однако их существенным недостатком была абсолютная бесполезность ночью или же в пасмурный день. Это привело к появлению огневых (огненных) часов, принцип измерения времени в которых опирался на количество сгоревшего в лампаде масла или стаявшего воска в свече. Таким образом, ночь могла измеряться в трёх свечах или же в количестве делений на стекле лампады. Однако вследствие того, что скорость сгорания разных видов масла и таяния различных свечей была неодинакова, такой прибор обладал низкой точностью, к тому же его использование днём было весьма неудобным.

Необходимо было создать такой вариант прибора для измерения времени, который отличался бы точностью и удобством, а также не зависел бы от времени суток. Такими чертами обладали водяные часы.

В сознании людей время и вода связаны неразрывно. Время всегда сравнивали с рекой. Действительно, ничто так точно не отражает наше ощущение времени, как выражение «время течет». В этот поток времени вовлечены все события. Тысячелетний опыт человечества показал, что поток времени неизменен. Его нельзя ни ускорить, ни замедлить. И уж, конечно, его нельзя обратить вспять.

Измерение времени очень возможно с помощью воды. Различные варианты конструкций часов и способы повышения их точности предлагались изобретателями самых развитых древнейших цивилизаций: индийской, шумерской, греческой, римской, египетской, перуанской.

Простейшая клепсидра представляет собой два сосуда, установленных на различных уровнях. В верхнем есть отверстие, через которое вода по капле попадает в нижний. Время определяли при помощи наблюдения за тем, как понижается уровень воды в верхнем сосуде, либо как поднимается в нижнем. Кромка воды в нём показывала на особом циферблате время. А вытекающая со дна резервуара вода вращала этот циферблат. Есть версия, что отсюда произошло выражение «течение времени».

При создании водяных часов необходимо обеспечить равномерное снижение уровня воды в сосуде при ее истечении через донное калиброванное отверстие. Достигалось это за счет придания сосуду формы конуса, суживающегося ближе ко дну. Получить закономерность, описывающую скорость вытекания жидкости в зависимости от ее уровня и формы емкости, удалось лишь в средневековье. До этого форма сосуда для водяных часов подбиралась опытным путем. Например, египетская клепсидра давала равномерное снижение уровня. Пусть и с некоторой погрешностью. Поскольку клепсидра не зависела от времени суток и погоды, она максимально отвечала требованиям непрерывного измерения времени. Кроме того, необходимость дальнейшего усовершенствования прибора, добавления различных функций предоставляла простор для полета фантазии конструкторам. Так, клепсидры арабского происхождения представляли собой художественные произведения в сочетании с высокой функциональностью. Они были снабжены дополнительными гидравлическими и пневматическими механизмами: звуковой сигнализатор времени, система ночного освещения.

Не много имен создателей водяных часов сохранила история. Их изготовлением занимались не только в Европе, но и в Китае, в Индии.

Клепсидра имеет преимущество перед солнечными часами, поскольку система сообщающихся сосудов может быть доведена до совершенства. Их можно использовать в любое время суток, они определяют время более точно. Водяные часы занимают второе место после солнечных по количеству и были самыми важными в этой группе простейших часов.

Водяные часы быстро завоевали популярность в быту, в армии, в официальных учреждениях, на стадионах и в школах. В Александрии – богатейшем городе Египта – появились первые мастерские по их изготовлению. В дальнейшем эту находку взяли на вооружение и значительно усовершенствовали древние греки.

Древний Египет

Считается, что самым старым водяным часам около трех с половиной тысяч лет. Найдены они были в Древнем Египте. Они относятся ко времени правления Аменхотепа III (начало XIV века до новой эры). Нашли их в 1905 году на развалинах храма Амона-Ра. Жрецам нужно было знать ночное время, чтобы вовремя отправлять религиозные ритуалы и жертвоприношения в храме.

На алебастровой чаше высечена шкала с двенадцатью делениями. Мера часа – толщина пальца (18,75 мм). Части назывались «часы истечения» и «часы пребывания». Время истекало по капле из отверстия в дне сосуда или же наполняло его. Прибор каждый вечер заполнялся водой, чтобы определить ночное время. Вода постепенно вытекала через тростниковую втулку на дне. Ход времени определялся опусканием воды за отметки «часа». Так ночь делили на 12 частей независимо от времени года, «время» на часах варьировалось по длине в течение года. Таким образом, 12 линий «часовых» отметок слегка различаются по высоте.

В древнем Египте на одном из нильских островов был храм бога Озириса. Посреди храма стояло вокруг триста шестьдесят больших сосудов с отверстиями у дна. К каждому сосуду был приставлен особый жрец, так что всего было триста шестьдесят жрецов. Ежедневно один из жрецов наполнял свой сосуд молоком. Молоко выливалось ровно в двадцать четыре часа. Тогда другой жрец наполнял следующий сосуд, и так далее – круглый год.

В Египте при раскопках в Карнаке были обнаружены древние водяные часы. История создания этих водяных часов неизвестна, но датой их изготовления являются 1415–1380 годы до новой эры. Часы представляли собой чашу из алебастра с небольшим отверстием в дне.

Водяные часы чаще всего использовали при совершении богослужения, когда требовалось строго отмерять время. На молитву одному божеству полагался час.