Historia del rellotge de Sol
El Temps i els moviments del Sol
El mesurament del temps existeix des de fa milers d’anys. Se sap que els homes de Cromanyó utilitzaven vares de fusta encastades en terra i que, d’acord amb la longitud de l’ombra que projectés el Sol en caure sobre elles, podien saber què hora del dia era: si l’ombra era igual a la longitud del bastó en el matí, eren les 9:00 a. m.; si això succeïa en la tarda, eren les 3:00 p. m.
Els egipcis van desenvolupar la geometria a partir de la necessitat de mesurar les seves terres després que baixaven les inundacions del Nil. Els grecs la van perfeccionar i va anar Euclides qui al segle III a. de C. va establir els teoremes en la seva obra Els Elements. D’ells heretem el sistema sexagesimal, que vaig dividir una circumferència en 360 graus. Com el dia té 24 hores i equival a una revolució completa de la Terra, llavors cada hora correspon a un angle de 15 graus (360/24 = 15), és a dir, que el Sol recorre 15 graus sobre el cel cada hora.
Se sap que el Sol té dues classes de moviments: els absoluts i els aparents. Els absoluts són els inherents al meteix Sol, per exemple: la rotació sobre el seu eix, que realitza en uns 25 dies a la regió equatorial i en 29 a les regions polars; o la translació a través de la galàxia, a una velocitat de 220 quilòmetres per segon.
Els moviments aparents del Sol, que es deuen al seu moviment propi combinat amb el del nostre planeta, són els que observem des de la Terra i els que estan relacionats amb el mesurament del temps. Tots els dies, quan veiem al Sol desplaçar-se des de l’horitzó oriental fins a l’occidental, 15 graus cada hora, en realitat és la Terra la que està rota’n sobre el seu propi eix. A la regió que cridem tropical o zona tòrrida, entre els tròpics de Càncer i de Capricorn, això és, prop de l’equador de la Terra, tal desplaçament triga més o menys dotze hores, la diferència de la durada del dia és de només uns minuts en diferents èpoques de l’any. A les regions més al nord o al sud dels cercles polars, les hores de llum solar varien durant l’any. Al moment del solstici d’estiu, la llum del Sol cobreix tota la regió polar nord, fins a 23.5º al sud del pol, la qual cosa defineix el cercle polar àrtic. Durant l’estiu, en latituds més al Nord del cercle polar àrtic hi ha llum diürna constant per 6 mesos, per aquesta raó pot observar-se el sol de mitjanit. La mateixa situació es dóna en el sud, només que això ocorre durant el solstici d’hivern, que és durant l’hivern de l’hemisferi nord.
El Sol es desplaça durant l’any sobre l’esfera celeste cap al nord i cap al sud 23.5 graus des de l’equador celeste. Aquest canvi aparent de la posició del Sol durant l’any es deu a la inclinació de l’eix de rotació de la Terra, que és exactament de 23.5 graus. Durant sis mesos s’observa com el Sol es mou sobre l’esfera celeste cap al nord i els altres sis mesos cap al sud, això fa que els hemisferis nord i sud rebin més radiació solar durant una època de l’any, l’estiu i menys durant l’hivern; és la raó per la qual es donen les estacions. Els punts de l’esfera celeste en els quals el Sol creua des del nord cap al sud i viceversa es diuen equinoccis; això succeeix aproximadament el 21 de març i el 22 de setembre quan s’inicien la primavera i la tardor en l’hemisferi nord, respectivament, i viceversa en l’hemisferi sud.
Quan el Sol es troba més al nord o més al sud es diu que està en solstici d’estiu o en solstici d’hivern per a l’hemisferi nord respectivament: això succeeix el 21 de juny i el 22 de desembre; en l’hemisferi sud és estiu al desembre i hivern al juny. Durant els solsticis d’estiu i hivern, el Sol està perpendicular a les línies imaginàries dels tròpics de Càncer al nord i de Capricorn al sud, que estan justament a 23.5º de latitud. Això fa que durant el solstici d’estiu es tinguin més hores de Sol en l’hemisferi nord i aquest sigui el dia més llarg de l’any; per contra, el solstici d’hivern és el dia més curt. En l’hemisferi sud succeeix de la mateixa manera, només que els solsticis s’intercanvien d’un hemisferi a un altre.
El Sol s’atraça o avança per sortir a l’alba o posar-se al capvespre diversos minuts durant l’any. Això es deu al fet que l’òrbita de la Terra no és un cercle sinó una el·lipse i al fet que el Sol es mou sobre l’eclíptica i no sobre l’equador celeste. Existeix llavors una diferència entre el temps solar mitjà i el temps solar aparent, que es calcula amb l’anomenada equació del temps. La diferència és major al novembre quan el temps solar mitjà està a més de 16 minuts per darrere del temps solar aparent i a mitjan febrer quan el temps solar mitjà va més de 14 minuts per davant del temps solar aparent; això vol dir que al novembre el Sol surt més primerenc (5:41 a. m.) i al febrer surt més tard (6:11 a. m.). Els dos temps són iguals quatre vegades a l’any, el 15 d’abril, el 14 de juny, l’1 de setembre i el 25 de desembre. En els rellotges de Sol aquest desfasament es representa sobre una figura en forma de vuit trucada l’analema. Si l’òrbita del Sol fos circular, l’analema seria simplement una línia recta de sud a nord que mostraria solament el desplaçament del Sol cap als solsticis.
Els Rellotges de sol
Els rellotges de Sol van ser els primers instruments de mesurament creats per l’home. La seva complexitat i exactitud depenien del coneixement sobre els moviments del Sol, la Lluna i els planetes aconseguit per les antigues civilitzacions, així com dels usos pràctics pels quals van ser creats. Durant molts segles van ser els únics instruments per mesurar el temps amb els quals explicava l’home.
Figura1: Els megàlits de Stonehenge a Anglaterra es consideren un dels primers rellotges solars d’Europa.
El conjunt de megàlits de Stonehenge a Anglaterra ha estat considerat per alguns com un dels primers Rellotges solars d’Europa. Van ser aixecats en diferents etapes, entre el 3.000 i l’1.500 a. de C. Els arqueòlegs creuen que es tractava d’un lloc de culte al Sol, la seva avinguda principal està alineada amb el punt de sortida del Sol en l’horitzó el dia del solstici d’estiu. Encara que no hi ha proves que fos un observatori astronòmic, la disposició de les pedres té certa relació amb esdeveniments celestes, com la sortida de la lluna plena d’hivern. És molt poc el coneixement que es té sobre la cultura que ho va construir.
Els antics calders van ser molt bons astrònoms i van comprendre bé els moviments del Sol i dels planetes, coneixien bé les constel·lacions i li van donar nom al zodíac. El seu any tenia 360 dies repartits en 12 mesos lunars de 30 dies cadascun. Com la seva durada no s’ajustava a l’any solar veritable, la durada del qual havien mesurat, van agregar cada sis anys un mes. Els mesos estaven dividides en quatre setmanes de set dies. El començament de l’any va ser establert inicialment en l’equinocci de tardor i posteriorment en el de primavera.
Van dissenyar un rellotge solar simple anomenat Hemisferium, el qual se li atribueix a Berosus, sacerdot i astrònom, cap al 290 a. C. Fet de fusta o pedra consistia d’una peça cúbica amb una cavitat hemisfèrica en la qual es col·locava una vareta o estilet. L’ombra d’est descrivia un arc la posició del qual variava amb les estacions, en la cara interna de l’hemisferi es traçaven una sèrie d’arcs, corresponents a les estacions; dividits en dotze parts iguals, corresponents a les dotze hores de sol.
Els antics egipcis van ser els primers a substituir el calendari lunar per un calendari basat l’any solar. Van mesurar l’any solar en 365 dies, dividits en 12 mesos de 30 dies cadascun, amb 5 dies extres al final. Cap al 238 a. de C. el rei Tolomè III va ordenar que s’afegís un dia extra cada quatre anys, utilitzant un esquema similar al modern any de traspàs.
Per mesurar el temps els egipcis utilitzaven un marcador de Sol amb forma de T, consistent d’una vara vertical i una altra que la travessava; els noms de cinc hores estaven escrits en jeroglífics sobre una altra vara horitzontal que servia com a suport. En el matí el marcador era col·locat mirant cap a l’orient, l’ombra de la vara horitzontal es projectava sobre la vertical i la seva posició indicava l’hora fins al migdia; en la tarda la vara es voltejava i es posava mirant cap a l’occident.
Al voltant de l’any 1500 a. de C. es van crear algunes peces petites per mesurar el temps. El marcador era una versió petita dels obeliscos, grans columnes de pedra que servien també com a rellotges de sol. En l’antiga Grècia s’utilitzava un calendari lunisolar, amb un any de 354 dies, basat en un cicle en el qual coincideixen els cicles de la Lluna i el Sol. Els grecs, que havien heretat els coneixements astronòmics de Babilònia i Egipte, van anar els primers a intercalar mesos extres al calendari sobre una base científica, afegint mesos a intervals específics en un cicle de 19 anys conegut com el cicle metónic, que se li atribueix a l’astrònom atenès Metón cap a l’any 432 a. de C.
Amb els seus coneixements de geometria, van construir Rellotges de sol amb un plànol on es projectava l’ombra d’una vareta o estilet. Sobre aquest plànol, que podia ser vertical, horitzontal o inclinat, es traçaven les línies que indicaven l’hora i les que indicaven les estacions.
Els antics romans, des del punt de vista científic, no van afegir gens nou al coneixement i els instruments per al mesurament del temps; van seguir utilitzant els rellotges de sol desenvolupats pels grecs.
Durant l’Edat Mitjana, a partir del segle V d. de C. els camperols del nord d’Europa van utilitzar marcadors de Sol tallats sobre les seves sabates de fusta (esclops). Per saber l’hora, els camperols havien de llevar-se la seva sabata i posar-ho enfront del Sol. Altres europeus medievals utilitzaven l’anomenat marcador de mà. El gnòmon era una vareta que es prenia a la mà esquerra en el matí, es deixava la mà en posició horitzontal i s’apuntava cap a l’occident. En la tarda s’usava la mà dreta i apuntava cap a l’orient.
L’orde religiós dels benedictins l’any 529 dC es va acurar a complir amb l’horari que el seu fundador sant Benito va dictar, la qual cosa va estimular als monjos a estudiar la construcció de rellotges de sol. Els primers rellotges de sol gravats en les façanes de pedra de les esglésies i catedrals van començar a aparèixer al començament del segle VIII. L’any 1000 es van construir rellotges solars horitzontals en el pis de les catedrals, les voltes tenien orificis pels quals obstaculitzen els rajos del Sol, la durada de les hores que marcaven els rellotges de sol depenia de l’època de l’any, a l’hivern eren més curtes que a l’estiu, no va ser sinó fins al segle XIV quan es van construir rellotges amb hores “iguals”. En aquesta nova classe de rellotges es va utilitzar un estilet orientat, paral·lel a l’eix de rotació de la Terra. En les parets dels edificis, realitzats amb la tècnica del fresc, els rellotges de sol ocupaven un lloc preferent i va anar al segle XV quan aquests van tenir la seva màxima esplendor.
Durant el Renaixement els marcadors de Sol van canviar ràpidament i molts dissenys nous van ser creats. Es van fer marcadors dels minuts i es van addicionar altres accessoris. Alguns marcadors indicaven les estacions de l’any, la data, l’hora de sortida i posta del sol i el signe del zodíac en què es trobava.
A França, els rellotges de Sol es van utilitzar quotidianament fins a principis del segle XX per al control d’horaris dels ferrocarrils. Amb l’aparició dels rellotges de pèndol en les catedrals del segle XIII, millorats per al seu ús domèstic durant el segle XVII, i els rellotges de quars i atòmics al segle XX, els rellotges de Sol van perdre el seu protagonisme. En l’actualitat han recuperat la seva importància, no només com a element decoratiu, sinó perquè representen un instrument científic molt útil per comprendre els moviments diürns del Sol.