Wyznaczanie czasu w najdawniejszej przeszłości
Już od początków cywilizacji istniała naturalna potrzeba odmierzania czasu. W początkowym okresie cywilizacji bieg czasu określano jedynie dzięki zmianom, jakie obserwowano w przyrodzie. Najważniejsze i najłatwiejsze do rozpoznania odcinki czasu to- dzięki słońcu- dni i noce, następnie pory roku oraz na końcu okresy roczne.
Przyrządów służących do pomiaru czasu było wiele i ciągle powstają nowe. Jak więc wyglądało to na samym początku ? I od czego to wszystko się zaczęło ?
W celu podzielenia dnia na mniejsze odcinki początkowo wykorzystywano pozorny ruch słońca i długość cienia rzucanego przez stojącego na słońcu człowieka. Sposób określania czasu poprzez długość cienia przetrwał wiele stuleci, nim człowiek nauczył się wykorzystywać w tym celu osiągnięcia cywilizacji.
Około 2000 r. p.n.e. w Egipcie, Babilonii, Chinach i Indiach pojawiły się pierwsze pionowe słupy lub pręty, ustawione na równym poziomym terenie. Tak zwane gnomony są więc prototypami późniejszych zegarów słonecznych a przesuwający się i zmieniający swoją długość cień, umożliwiał orientację w czasie. Już w III w. p.n.e. gnomony stawiane były na publicznych placach, a wokół nich umieszczano znaki orientacyjne, wskazujące odpowiednią porę dnia. Z kolei w Egipcie funkcję gnomonu pełniły obeliski- wysokie kolumny, zazwyczaj wykute z jednego bloku kamiennego, o przekroju kwadratowym zwężające się ku górze i zakończone w kształcie piramidy. Po upadku Egiptu wiele z obelisków wywieziono do innych krajów, a jeden z nich, wysokości 36m, zabrany przez cesarza Augusta, do dziś stoi na placu Del Popolo w Rzymie.
Zarówno gnomon, jak i obelisk nie jest dokładnym miernikiem czasu, ale jego powszechne używanie w starożytności wytłumaczyć można tym, że nie dostrzegano jego błędnych wskazań. Już w drugim tysiącleciu p.n.e. wynaleziono w Egipcie przenośny zegar słoneczny. Zegar ten wykonany był z zielonego kamienia-łupka i składa się z dwóch listew złożonych w kształcie litery T. Na dłuższej umieszczone są znaki sześciu godzin, a krótsza, znajdująca się nieco wyżej, stanowiła poziomą wskazówkę. W zależności od pory dnia zegar należało ustawić odpowiednio- przed południem- poziomo wskazówką zwróconą w kierunku południowym a dłuższą listwą w kierunku zachodnim. Cień padający na dłuższą listwę wskazywał aktualną godzinę. Na czas popołudniowy należy zegar obrócić dłuższą listwą w kierunku wschodnim.
Egipcjanie budowali podobne zegary, ale zastosowane przez nich ulepszenia,spowodowały że nie wymagały obracania w przeciwną stronę w porze popołudniowej a ustawiane były wyłącznie frontem w kierunku południowym. Już w XIII w. p.n.e. znali również budowę pionowych zegarów słonecznych, których wskazówka ustawiona była prostopadle do płaskiej tarczy.
Znaczną modyfikację prymitywnego zegara słonecznego wprowadzili Babilończycy, umieszczając gnomon we wnętrzu półkuli. Cień gnomonu wklęsłą półkulę zwróconą do góry, tak że koniec cienia jest odzwierciedleniem pozornej drogi słońca na niebie. Zegary te były popularne wśród Greków, którzy przejęli wiedzę na temat zegarów od Babilończyków a opisany wcześniej zegar nazywali Polosem. Arystarch z Samos- Grecki astronom żyjący ok. 310–230 p.n.e. wprowadził do Grecji zegar specjalnego typu tzw. Skafe. Zegar ten był niczym innym jak ulepszonym polosem, a owo ulepszenie polegało na odcięciu przedniej części czaszy, na którą nigdy nie padał cień. Ten zabieg spowodował lepszy dostęp do zegara a przez to lepszą widoczność wskazań.
Znane były też zegary typu polos bez wskazówki. Tu w górnej części obrzeży półkuli zrobiony był otwór, przez który padał promień słońca na podziałkę i wskazywał odpowiedni czas. Ten sposób wyznaczania czasu znajdziemy też w niektórych średniowiecznych kościołach, gdzie w sklepieniu od strony południowej zostawiano małe otwory, przez które wpadał promień słońca i w postaci białej plamki przesuwał się po podziałce znajdującej się na ścianie bądź na posadzce. Rzymianie przejęli od Greków gnomonikę (naukę o zegarach słonecznych) a w I w. p.n.e. zegary słoneczne znajdowały się w już w wielu prywatnych domach i jak podaje Witruwisz znanych było wtedy około 13 typów różnych zegarów słonecznych.
Mimo wielkiego rozpowszechnienia zegarów słonecznych w całym państwie Rzymskim głównie w miastach i domach bogatych Patrycjuszy, Rzymianie nie dokonali żadnych ulepszeń ich konstrukcji, a lud prosty i rolnicy wciąż do określenia czasu wykorzystywali cień rzucany przez własną postać. Dopiero Arabowie, dzięki wysokiemu poziomowi matematyki wprowadzili zasadniczą zmianę w budowie zegarów słonecznych. Zastąpili oni pionowy gnomon, równoległą do osi ziemi wskazówką biegunową. Zastosowanie tej wskazówki było dużym ulepszeniem, gdyż nie mierzono już czasu długością cienia, który zmienia się w zależności od pory roku, lecz kierunkiem cienia wskazówki zmieniającym swe położenie tylko w zależności od pory dnia. Zbudowanie takiego zegara sprowadza się do wyznaczenia dla każdej godziny poszczególnych kątów dla cienia wskazówki, które pokrywałyby się z odpowiednimi kątami godzinnymi słońca. Linie tych kątów tworzą podziałkę tarczy.
Gdy gnomonika u Arabów była już na wysokim poziomie, Europa dopiero stawiała pierwsze kroki w tej dziedzinie. Wiek XV oraz późniejsze doprowadziły gnomonikę do szczytu rozwoju, tematem tym zajmowali się prawie wszyscy astronomowie w tym i nasz rodak Mikołaj Kopernik, którego dziełem jest zegar słoneczny na zamku w Olsztynie. Najstarszy Polski gnomon pochodzi z 1476 roku, jest dziełem Mikołaja Wodki- pierwszego nauczyciela astronomii Mikołaja Kopernika i jest przechowywany w British Museum.
W akademii Zamojskiego- świeckiej uczelni założonej w 1594 roku przez Jana Zamoyskiego w Zamościu wykładano „horografię” jako oddzielny przedmiot. Gnomonika była także wykładana na Uniwersytecie Krakowskim (ok.1630 r.) i w Akademii Poznańskiej. Zegary słoneczne wyrabiali u nas między innymi Węgrzynowicz, Morawski, Pik oraz Jan Heweliusz, który budował zegary słoneczne zarówno w Gdańsku, jak i Wilnie.
Do dziś w Państwowym Muzeum im. Przypkowskich w Jędrzejowie znajduje się największy w Europie zbiór zegarów słonecznych oraz innych typów zegarów powstałych od XVI do XX wieku. Wśród eksponatów znajdują się między innymi świece zegarowe, zegar słoneczny z armatką strzelającą w południe wykonany w Paryżu dla króla Stanisława Leszczyńskiego, zegar słoneczny z XVI wieku wykonany przez Erazma Habermela oraz Gnomonograf Jastrzębowskiego – przyrząd do wykreślania zegarów słonecznych.
Istnieje wiele różnych zegarów słonecznych, które możemy podzielić na stałe i przenośne, czyli równikowe. Stałe mogą być poziome i pionowe, z kolei przenośne zegary słoneczne budowane były, tak by w odpowiednio wskazywać czas w każdym miejscu kuli ziemskiej. W XVII i XVIII wieku miasta Augsburg, Norymberg i Paryż zasłynęły masową produkcją kieszonkowych zegarów słonecznych.
Jednak potrzeba wynalezienia zegara wskazującego czas bez względu na porę dnia i panującą pogodę zmusiła człowieka do wynalezienia zegara wodnego. Najprostszym tego typu zegarem było naczynie z otworem w dnie napełnione wodą, która wycieka z niego przez ten otwór. Wysokość wody jaka pozostała w naczyniu pozwalała zorientować się, ile czasu minęło od chwili napełnienia naczynia.Jeden z najstarszych tego typu zegarów znaleziono w 1904 roku w ruinach świątyni Karnaku w Górnym Egipcie. Pochodzi on z czasów faraona Amenhotepa III (1415-1380 p.n.e.). Wykonany jest z alabastru w kształcie doniczki o wysokości ponad 30 cm, zewnętrzną stronę naczynia zdobią liczne napisy i rysunki, a wewnątrz naczynia znajdują się poziome linie służące jako podziałka.
Podobne proste zegary wodne, lecz o odwrotnym działaniu, były używane na kilku wyspach Oceanu Południkowego. Puste naczynie z otworem w dnie wstawiano do zbiornika z wodą. Poziom wody wpływającej przez otwór do naczynia dawał orientację w czasie. Rozwój zegarów wodnych w krajach położonych dokoła Morza Śródziemnego zaczął się w połowie pierwszego tysiąclecia p.n.e. i ma ścisły związek z rozwojem mechaniki a w szczególności z zastosowaniem kół zębatych. Kto i kiedy jako pierwszy zastosował koła zębate pozostaje wciąż niejasne, jednak do dziś są one podstawowym elementem zegarów.
Ulepszony zegar wodny, który w swej konstrukcji wykorzystywał koło zębate i zębatkę, używany był w Egipcie w III w. p.n.e. Woda przepływająca małym otworem z górnego zbiornika do cylindrycznego naczynia podnosiła pływak wraz z zębatką, a ta z kolei obracała koło zębate ze wskazówką przesuwającą się po podziałce godzinowej. Znaczny wpływ na udoskonalenie zegarów wodnych mieli Grecy, którzy budowali małe zegary wodne zwane klepsydrami, które służyły do odmierzania krótkich odcinków czasu.
Stosowano je przeważnie do ograniczenia przemówień na publicznych zebraniach. W ślad za Grekami, w sądach klepsydr używali również Rzymianie. Jeszcze w średniowieczu używano bijących zegarów wodnych, których bicie odbywało się w ten sposób, że na metalowy dzwon spadały metalowe bądź kamienne kulki, albo też spadająca woda uruchamiała w odpowiednim czasie mechanizm, który z kolei poruszał bijące młotki. Taki tym zegarów używany był jeszcze do XVI wieku.
Tradycyjnym symbolem czasu jest zegar piaskowy, który przez podobną metodę odmierzania krótkich odcinków czasu również nazywa się klepsydrą. Kto i kiedy go wynalazł-nie wiadomo. Pewne jest jednak, że został on wynaleziony znacznie później niż wodny i zapewne dopiero po wynalezieniu szkła. Zegar piaskowy składa się z dwóch szklanych naczyń, najczęściej stożkowych, połączonych ze sobą małym otworem. Przez otwór ten przesypuje się piasek z górnego naczynia do dolnego. Gdy piasek się przesypie, należy klepsydrę obrócić. Czas przesypywania się piasku zależy od wielkości otworu, a sam zegar piaskowy to najdłużej używany zegar w starożytności.
Do mierzenia czasu używano również ognia. Zegary te znane w różnych krajach najbardziej rozpowszechnione były w Chinach. Zegar ten składał się ze świecy z podziałką, pręta z palnej masy lub sznurka nasączonego tłuszczem. Powolne spalanie się tych przedmiotów dawało orientację o upływającym czasie. Na podobnej zasadzie działały zegary oliwne, w których obniżający się poziom spalanej oliwy wskazywał czas według podziałki umieszczonej na szklanym zbiorniku.
Zegary słoneczne, wodne, ogniowe i piaskowe były mało dokładne i niewiarygodne w użyciu. Z tego powodu ciągle szukano nowych metod mierzenia czasu. Wynikiem wysiłków w tej dziedzinie było wynalezienie zegara mechanicznego.
Publikacja powstała na podstawie książki Wawrzyniec Aleksander Podwapiński, Bernard St. Bartnik "Technologia Mechanizmów zegarowych". Opracowała Katarzyna Pajkowska.
