Upplagg för den här studien
- Introduktion och sida 1: Instrument före skriften.
- Sida 2: Instrument för observation av skuggor. (Den här sidan)
- Sida 3: Instrument för observation av himlakroppar.
- Sida 4: Instrument med flöde eller förbränning.
- Sida 5: klockor och moderna instrument.
Instrument för observation av skuggor
Det behovs knappast sagas att den här sidan framför allt handlar om solur i ordets vidaste betydelse, utan att vi tappar bort vart mal: att följa utvecklingen av tidmatningsinstrument. Syftet är varken att inventera världens alla solur eller att förklara hur man bygger dem.
Vi gor ändå ett litet avsteg från sidans titel genom att också ta med instrument som bygger på observation av en ljuspunkt eller en ljusflack.
Sista precisering innan vi fortsätter: om du har glömt dina astronomigrunder rekommenderar jag att du fräschar upp dem har. Klart? Då ger vi oss av till skuggornas rike.
Solur
När pinnen blir en gnomon
Låt oss sticka ner en pinne lodratt i sanden på en plan strand. Jag säger strand för att det är enklare, men om du vill borra ner pinnen i betongplattan på din terrass ser jag inga hinder.
Nu observerar vi pinnens skugga i solen och markerar spetsen vid olika tider under dagen. Och där lyckades vi med vart första trollnummer: pinnen har förvandlats till en gnomon.
När vi ändå är i gäng kan vi reda ut gnomonbegreppet en gäng för alla:
”Littré: Gnomon (lat. Gnomon, från grekiska), substantiv maskulinum: en sorts stor stil som astronomer använder för att känna solens höjd. Solurets visare eller stil.
”Le Petit Robert: Gnomon (1547, latinskt ord från grekiska): äldre astronomiskt instrument bestende av en lodrät stav (stil) som kastar skugga på en plan yta.
”Franska akademiens ordlista, 5:e upplagan 1798: GNOMON, m., astronomisk term. En sorts stor stil som astronomer använder för att känna solens höjd, framför allt vid solstånd. De gamlas gnomoner var en typ av obelisker med en kula högst upp. Ordet gnomon används också om stilen på ett solur.
”Franska akademiens ordlista, 8:e upplagan: GNOMON, m., astronomisk term. Varje instrument som markerar timmar genom riktningen på skuggan som en fast kropp kastar på ett plan eller en krum yta.
Jag lagger till att gnomon kommer från grekiskan och betyder indikator.
Kort sagt: ibland är gnomon ”pinnen”, ibland ”instrumentet”. Vilket instrument? Låt oss göra det enkelt och säga att det består av en skuggskapare och en skuggmottagare.
Den nuvarande tendensen är att kalla en rak stil (skuggskapare) för gnomon, och en lutande gnomon för stil. Om inte gnomonen är en lutande stil!! För var del kallar vi helt enkelt det föremål som skapar skuggan för stil.
Vad är skillnaden mellan en gnomon (som ”instrument”) och ett solur? Minns den gamla slitna gatan: ”vad är skillnaden mellan tennis och pingis?” I tennis spelar man på bordet!! Gnomonen förhåller sig till soluret som tennis till bordtennis. För övrigt kallas ”skuggmottagaren” för tavla inom gnomonik (konsten att bygga solur) och bland solurmakare.
Bra. Utan att det marks har jag fatt in alla definitioner (nästan), och vi kan gå vidare till det viktiga.
Tillbaka till pinnen: om vi observerar dess skugga under en hel dag ser vi att den varierar både i riktning och längd. När skuggan är som kortast är det middag, och solen markerar syd på norra halvklotet.
Över flera år ser man att en eller två gånger per år ritar gnomonspetsens skugga en rak linje under en och samma dag. Skuggan vid soluppgång och vid middag bildar 90 grader. Samma sak på kvallen när solen går ner exakt i väst. Det är dagjämningsdagar.
Det räcker att markera dessa privilegierade ögonblick i sanden eller annorstädes för att ha markerat dagjämningarna, middag, syd, ost och väst.
Låt oss betrakta platsen där vi star med var pinne som plan. När vi vrider oss runt ser vi en cirkel som motsvarar horisonten, och himlen ser ut som en halvsfär. Låt oss skissa situationen.
Vi star i centrum O av horisontcirkeln.
Lodratt ovanför pinnen finns punkten Z, zenit. Mittemot finns N, nadir.
Det halvplan som går genom linjen ZN och solen S kallas S:s vertikal. Det skar var horisontcirkel i S'.
I samma horisontalplan har vi bestämt en punkt R i sydlig riktning.
Azimut för S är buen RS' (vinkeln S'OR), och höjd är buen SS' (vinkeln SOS').
Som vi sett varierar både azimut och höjd ständigt, beroende på platsens latitud, solens deklination (datum) och tiden.
Om vi för en given plats använder hela skuggans position för att mäta tid bygger vi en azimutal gnomon.
Om vi i stallet använder skuggans längd och markerar spetsen bygger vi en hojdgnomon.
Sådana gnomoner har funnits minst sedan 2000 f.Kr. De är sannolikt äldre, särskilt om man inte gor strikt skillnad mellan observationsinstrument och matinstrument.
I Indien kan det redan på 300-talet f.Kr. ha funnits skuggtabeller byggda på hojdgnomon-principen, där stilen var personen själv. Det räckte att mäta personens skugga och läsa av tiden i tabellen. Det första barbara ”soluret”!
Gnomon och obelisker
Vi har just sett att observation av skuggan från en enkel pinne räcker för att börja orientera sig i tiden. Innan vi tar itu med problemen kring lodrät stil staller vi frågan som alla tänker på: om ett lodratt föremål kan användas för att bygga ett solur, var då inte egyptiska obelisker solurstilar?
Det är mycket osannolikt av flera skal:
- Inga markeringar för referenspunkter på marken.
- Enorm höjd (10 till 20 meter), vilket ger skuggor på upp till 200 meter eller mer (med oskarp spets).
- Fyrkantigt tvrarsnitt som ger ryckiga skuggrorelser.
- Ojämnt tvrarsnitt längs höjden (lutande kanter).
Med sådana instrument kan man som mest markera solstånd och dagjämningar ungefar. Det vore att underskatta egyptiernas intelligens att tro att de inte skulle ha använt tillforlitligare metoder om de hade kant till dem.
Med det sagt byggdes minst en egyptisk obelisk som solur. Användes den verkligen så? Ja, i Rom, på norra delen av Marsfaltet, efter att ha först från Heliopolis och forts dit år 10 f.Kr. på Augustus order.
Horologium Augusti: rekonstruktion ovan. Till höger dagens Horologium på Piazza Montecitorio.
Polos och scaphe
Som vi sett beror azimut och höjd på tre variabler: platsens latitud, deklinationen och tiden. För ett azimutur, utom vid middag, är skuggan från en lodrät stil aldrig i samma riktning. Alltså går det inte att dela tavlan i fasta lika delar för att mäta timmar.
Med rak stil är skuggan på samma plats vid middag (övre bild), men inte vid övriga timmar (nedre bild).
För ett hojdur är skuggspetsen aldrig på exakt samma plats. Alltså går det inte heller att bara dra en linje och markera timmar.
Scaphe hjälper oss att lösa problemet. Den kan vara nära 3000 år gammal, men eftersom de första säkrast daterade instrumenten är grekiska och från cirka 600 f.Kr., behåller vi den mer försiktiga dateringen. Vi tar inte upp dess förfader Polos, som sannolikt fanns men inte har bevarats.
Scaphens princip är lika enkel som genial: att avbilda den himmelska halvsfären vi ser ovanför oss i en urholkad halvsfär (scaphe betyder bat) i ett stenblock, och representera solen genom skuggan från en liten kula i centrum. Sedan återstår bara att dra några linjer för att kunna mäta tid.
Det fanns två typer av scaphe: grekisk (hel halvsfär) och romersk (endast en del av halvsfären). Vi ska se att principen är densamma och att avkapningen inte andrar användningen.
Till vänster: grekisk scaphe. I mitten: principen för grekisk scaphe. Till höger: romersk scaphe.
Från botten av den grekiska scaphen reser sig en rak stil mot platsens zenit, ofta avslutad med en kula. Inne i sfären, på nordsidan, graverade grekerna tre parallella linjer för de två solstånden (2 linjer) och de två dagjämningarna (1 linje). Timmarna markerades sedan med 11 linjer plus scaphens två kanter, vilket delar halvsfären i 12 sektorer.
Eftersom kulans skugga naturligtvis alltid rör sig mellan de två ytterlinjerna (solståndslinjerna) förstar man varför romarna nöjde sig med en avkapad halvsfär fram till dessa granser. En annan tydlig skillnad i romersk scaphe är att stilen är horisontell ovanför middaglinjen, vilket gor att hela skuggan kan användas som indikator.
Är scaphe ett tidmatningsinstrument? Man kan svara JA, aven om den inte anger klockslag med hog precision. Den gor det i alla fall möjligt att orientera sig i året (arstider) och i dagens del.
Notera också grekernas uppfinning av Eudoxos från Knidos och Apollonios: Arachne, ett azimutur vars timkurvor på tavlan påminner om ett spindelnät, därav namnet. Upptäckten ska ligga kring 400 f.Kr.
En avgörande vandskiva: polarstilen
Låt oss ta var ursprungliga pinne igen, men i stallet för att plantera den lodratt later vi den peka mot Polstjarnan. Den blir då parallell med jordaxeln, polinjen. Vad händer med skuggan?
Med polarstil är pinnens skugga alltid på samma plats vid middag (övre bilden), liksom vid övriga timmar (nedre bilden).
Den här gängen är skuggan, trots varierande längd, alltid i samma position oavsett dag på året.
Varför?
Darför att vi nu befinner oss i ett system med timkoordinater. Himmelsekvatorn är helt enkelt det förlängda planet för jordens ekvator.
Normalen i O till detta plan utgör polinjen PP'. Planet som bildas av denna linje och linjen ZN (platsens vertikal) är meridianplanet för platsen O. Halvplanet PSP', som går genom polinjen och S, kallas S:s timcirkel. Det skar ekvatorn i S'.
Bågen ES' (eller vinkeln EOS') är S:s timvinkel. Bågen SS' (eller vinkeln SOS') är S:s deklination.
Ett ur med polarstil mäter timvinkeln, som inte beror på datum.
Vi ska inte gå igenom alla möjliga typer av vertikalstilsur i detalj. Den delen av gnomoniken ligger utanför studiens ram.
Det räcker att gå ut i närliggande städer och byar: det vore verklig otur om man inte hittar ett polarstilsur på en gammal husfasad eller kyrka. De är nämligen vanligast. Men förväxla dem inte med kanoniala ur (se längre fram).
När dateras de första polarstilsuren?
Svart att svara exakt. Var polos en polarstils-scaphe, som namnet antyder? Vissa tror det, men vi har inga säkra belägg.
I brist på det daterar vi polarstilen till omkring 300 f.Kr., vilket motsvarar åldern på ett grekiskt polarstilsur som upptäcktes i Afghanistan 1975. Datumet kan sammanfalla med Alexanders faltag.
I Europa dyker de upp mycket senare: det äldsta är från 1477 och finns på ett kloster i Alpirsbach i Schwarzwald.
Det äldsta kända i Frankrike är på Strasbourgs katedral och ska vara från 1493.
De mest ”rena” polarstilsuren är det horisontella uret och det vertikala meridionaluret (”rakt syd”).
Utan att gå in i detalj:
- Horisontaluret har, som namnet säger, en horisontell tavla. Stilen, parallell med polaxeln, sitter på middaglinjen. Timlinjerna till vänster är symmetriska mot dem till höger. På vart halvklot ligger formiddagstimmarna till höger och eftermiddagstimmarna till vänster. Det kan visa tiden från soluppgång till solnedgång.
- Vertikaluret har en vertikal tavla vänds mot syd. Stilen, parallell med polaxeln, sitter på middaglinjen som alltid är lodrät. På vart halvklot ligger formiddagstimmarna till vänster och eftermiddagstimmarna till höger. Det kan visa tid mellan kl. 6 och kl. 18.
Eftersom alla vaggar inte ligger exakt mot syd uppstår många varianter för att ”kompensera” vaggens riktning:
- Ur med avvikelse mot sydost eller sydväst.
- Nordur (”rakt nord”).
- Ur med avvikelse mot nordost eller nordväst.
- Och fler: för mer information, se Philippe LANGLETs utmärkta sajt. Han vet uppenbart vad han talar om. Se har.
Och fler följde
Solurens historia slutar inte med polarstilen, den fortsätter än i dag. Andra typer följde, som vi inte går in på eftersom andra instrument under tiden tog över.
Med polarstilsuret har vi ett verkligt tidmatningsinstrument, vars precision i princip bara begränsas av kompromissen med lätt avläsning. Inget hindrar egentligen att man graverar minuter.
För precist? Kanske, eftersom det finns en skillnad mellan lokal sann tid (som uret ger) och den medeltid vi söker i kontinuitet. Analemman later oss korrigera detta. Se sidan om tidsskalor.
Innan vi avslutar sidan med studiet av flackar ska vi för nöjets skull titta på ett ur som markerar handelser: det kanoniala uret. Sedan försöker vi skissa en kronologi över instrumenten vi studerat.
En handelsemarkor: det kanoniala uret
Detta ur kan gå tillbaka till egyptierna omkring 300 f.Kr. I Kina snarare omkring 1100 f.Kr.
Låt oss saga det direkt: det är ett ur med rak stil. Men varför tala om det? Dels för nöjets skull, som sagt. Dels för att det rytmiserade vissa av vara förfaders liv i nästan 1500 år.
Dess roll är framför allt att markera bonestunder under dagen. Därför finns det framför allt på vaggar i kloster, kyrkor och katedraler.
Sjalklart var dessa bonestunder, på grund av den raka stilen, forskjutna under dagen. Men det spelade mindre roll. Som man säger i andra sammanhang: ”det viktiga är att delta”.
Varför ”kanonialt”? Helt enkelt för att den gudomliga officiet på 800-talet fastställdes till 8 bonetider, reglerade av kanoner (regler).
Först fastställdes de till fem av Benedikt av Nursia kring 530: Matutin (soluppgång), Ters (mitt på formiddagen), Sext (middag), Non (mitt på eftermiddagen), Vesper (solnedgång).
Senare blev de åtta: Matutin, Laudes, Prim, Ters, Sext, Non, Vesper, Kompletorium.
Och nu tittar vi på några kanoniala ur.
Kopia (vänster) och original (höger) av ”Ungdomen vid urtavlan” i Strasbourgs katedral. Den ska ha skulpterats mellan 1225 och 1235. På den kanoniala tavlan ser man sju timlinjer.
Kanonial urtavla med okänd lokalisering. Bonetimmarna markeras med ett streck.
Kronologi över tidmatningsinstrumentens framträdande
Instrument för observation av flackar
Scaphe med ogonoppning
På Louvren kan man se en scaphe med annan utformning än den vi nyss sett. Det handlar om den romerska scaphen, 73 cm i diameter, daterad till 100- eller 200-talet e.Kr.
Skillnaden mot andra scapher är att den saknar stil. Den ersatts av en liten öppning där solstrålarna kommer in och skapar en ljus flack i botten. Ursprungligen minskades flackens storlek troligen av en perforerad bronsplatta.
På vänstra bilden ser man scaphen nästan i ”arbetslage”. Överdelen visar delvis hålet där ljuset kommer in.
På mittenbilden ser man insidan av scaphen som, för att sta korrekt, måste vila på den plåna delen nederst. Hålet där verkar troligen ha använts för att fasta en lodrät stodstav. Ovanfor sitter öppningen där ljuset tränger in, och nederst till vänster syns ljusflacken som solen projicerar genom öppningen. I botten ser man de traditionella timlinjerna och cirklar som visar solens olika deklinationer. Denna del forstoras i högra bilden för att tydligare visa linjerna.
Astronomiska ringen
Vi avslutar denna studie av solursbaserade tidmatningsinstrument med det instrument som jag personligen tycker är mest tilltalande på många satt: formens renhet, lång historia, kvalitet i tillverkning och gravyr, använda material (koppar, mässing, silver, guld), och slutligen den tydliga representationen av det vi sett ovan: timkoordinater.
Instrumentet är den astronomiska ringen, som senare blev den equinoctiala ringen.
Historien börjar med antikens störste astronom, Hipparchos från Nikaia (eller Hipparchos från Rhodos, första fjärdedelen av 100-talet f.Kr.).
Omkring 150 f.Kr. uppfinner han armillarsfaren, ett instrument som liknar det till vänster ovan. Hans version var dock 2 till 3 meter i diameter. Den bestod av fem ringar (armiller). De två första, ekliptikan och meridianen med solstånden (kolur), skar varandra i rät vinkel. Två rörliga cirklar runt axeln vinkelrätt mot ekliptikans centrum var kopplade till koluren (en utanför, en innanför). Dessa fyra ringar bar den babyloniska graderingen som Hipparchos förde in i Grekland: 360 grader, var och en uppdelad enligt det mesopotamiska sexagesimalsystemet. En femte ring, med två pinnuler (se högra bilden) vid diameterns ändar, låg i den inre cirkeln och kunde vridas i sitt plan. En ram bar hela monteringen som roterade på två sidotappar, genom kolurringens himmelska poler. Systemet gjorde det möjligt att mäta himlakropparnas ekliptiska koordinater: longituder genom ringarnas förflyttning, latituder genom sikte med ring-alidaden. Det är mer ett observationsinstrument än ett rent tidmatningsinstrument, men fronten är satt.
Det forblir så till 1400-talet, då en annan astronom, denne gäng tysk, Johannes Muller, kallad Regiomontanus (1436-1476), 1471 beskriver en ekvatoriell armillarsfar (annulus sphaericus) med tre ringar. En sista astronom, holländske Gemma Frisius (1508-1555), publicerar 1534 Usus annuli astronomici och fastställer normerna för tillverkning av den astronomiska ringen.
Först med tre ringar (utifrån och in: meridian, ekvator, deklination), blir de astronomiska ringarna av konstruktionsskal senare equinoctiala ringar med två ringar (meridian, ekvator) och en graderad linjal (varldsaxeln).
Ringen ovan till vänster, konstruerad av Paul d'Albert de Luynes och tillverkad av Jacques-Nicolas Baradelle för kardinalen av Luynes, ärkebiskop av Sens, omkring 1760-1774, är ett litet mastarverk i genren.
Likheten mellan foto och teckning är slende vad galler armiller (ringar) och cirklar.
Den till höger, en equinoctial ring, har bara två ringar eftersom deklinationsringen ersatts av en graderad linjal. I linjalens centrum finns en rörlig släde med en öppning i mitten där solens ljus tränger in.
Funktionen är i teorin enkel. Instrumentet hängs vertikalt i krok eller ring (beliere) efter att platsens latitud stallit in genom att den yttre gradskalan skjutits i ringupphanget.
Den inre ringen ställs parallellt med ekvatorn (se högra figuren). Den ringen har timgradering.
Den centrala linjalen har gradering för månadernas dagar. Den ska orienteras nord-syd. På den nedre bilden ser man också bokstäverna N och S.
Nu återstår att vrida instrumentet kring sig självt tills solljuset passerar genom släden och träffar ekvatorialringen där tiden kan läsas av... utom vid middag, för då träffar solljuset utsidan av ekvatorialringen och hindras från att passera genom sladhalet. Då ser man i stallet ringens skugga på släden.
Eftersom det var kensligt att hallå instrumentet exakt i ratt position utvecklades ringar på stativ.
Blinkning: från Kina till månen
Man hittar gnomonen både i Kina redan omkring 2600 f.Kr. och på månen under Apollo XVII, där den användes för att bestamma provens position och kalibrera instrument. Man ser en fotografisk referenskarta på vänstra armen.