На сколько известно солнечные часы ( так называемые гномы) были самыми древними приборами измерения времени в истории человечества. Они примерно возникли в XIX веке до н.э. и главенствовали до середины средних веков. Однако интерес людей к такому способу хронометрии не пропал и в наши дни. И вот они наследники гномонов – цифровые солнечные часы.

Если верить одной житейской истории, то рождением digital sundial мы обязаны тому факту, что у американца Дэниела Шарштайна из Вермонта был брат, а у того намечалась свадьба. Подарок подыскивали загодя и где только можно, в том числе перелистывая журналы, В одном из них,Scientifiec American, Дэниел наткнулся на научную статью Иэна Стюарта под интригующим названием «Да что это, в конце концов, цифровые солнечные часы?», датированную 1991 годом и базирующуюся, в свою очередь, на более ранних исследованиях некого Фальконера. В статье Стюарта речь шла об устройстве, которое отбрасывает тени в виде чисел, и о том, что этот принцип можно использовать для измерения времени. Это была чисто теоретическая разработка, скорее даже, гипотеза, не имеющая пока материального воплощения. Для того чтобы претворить фантастическую идею в реальность, потребовалось шесть месяцев мозгового штурма, который предпринял Дэниел вместе со своим отцом Хансом и другом семьи Вернером Кротц-Фогелем. В результате было чем удивить брата на свадьбе. Сюрприз получился просто царский. И действительно, часто ли вы получаете патенты за подарки близким, как это случилось с доктором компьютерных наук, профессором из Мидлберийского колледжа Дэниелом Шарштайном?

Итак, летом 1994 года, так сказать, в смешанной американо-германской семье (все, кроме Дэниела, проживают в Германии) появились на свет оригинальные цифровые солнечные часы, первый опытный образец. Как вспоминают их создатели, путь от изобретения к производству был долгий и трудный. Вроде бы все как один очень интересовались новинкой, но найти фабрику, которая взялась бы за выпуск этих необычных часов, так и не удалось. Даже несмотря на то, что в 1997 году digital sundial стали полуфиналистом серьезного изобретательского соревнования Наmmacher Schlemmer. Не найдя понимания у производителей, создатели digital sundial приняли решение построить собственный цех (отметим, что вся продукция производится в Германии). Теперь, как признается Дэниел, он безумно счастлив в своей повседневной работе, хотя считает, что это смешно - пытаться осуществить так называемую американскую мечту. Что касается Феликса Шарштайна, со свадьбы которого все началось, то в 1995 году он примкнул к команде своих родственников, и ему мы обязаны элегантным дизайном солнечных часов, а также их интерьерной версией. Кстати, вполне доступной по цене - 89 евро. Особенно если учесть, что вся продукция в целях контроля качества изготавливается исключительно вручную. Первые digital sundial были установлены в 1998 году в Парке солнечных часов в Генке, Бельгия, на уникальной выставке под открытым небом самых разных видов гномонов. Два других экземпляра больших экстерьерных часов можно найти в Германии: в главном научном музее страны Deutsches Museum в Мюнхене и на крыше городского музея Кельна. На территории США первые цифровые солнечные часы общественного пользования появились только в 2002 году. Они располагаются на входе в Corbin-Norton house на острове Марта Винярд вблизи Массачусетса.

Вопреки расхожим представлениям digital sundial не используют электричества или какой-либо другой энергии, не имеют движущихся частей и являются, как говорится, пассивными. Таким образом, они продолжают древнюю традицию гномонов, наполняя ее современным технологическим содержанием. Для работы таким часам нужен только солнечный свет, поэтому с 5 до 8 часов утра они приостанавливаются. Экстерьерный вариант показывает время с 5-минутными промежутками, а интерьерный - с 10-минутными. Вы можете наблюдать, как рабочая часть этих часов постепенно меняет угол наклона, а также заметить, что переход от одного показания времени к другому является плавным, цифры как бы бледнеют, сменяясь одна другой. Это видно на рисунке 3: вблизи «5» видна бледная тень от «0». Слово «вблизи» здесь действительно уместно, поскольку новые цифры появляются не в том же месте, что предыдущие. Ниже в разделе «Как это работает» объясним, почему так происходит. Хотелось бы еще остановиться на комнатном варианте digital sundial.Он меньше по размеру, имеет две разновидности для северного и южного полушарий и может быть установлен почти в любой точке планеты. Место дислокации -окно или подоконник, в зависимости от вертикальной (настольной) или горизонтальной (оконной) разновидности таких часов. Сторона - южная для жителей северного полушария и северная для южного. Учитывается и географическое положение пользователя: выпускаются модели для 30, 35, 40, 45, 50 и 55-й широты. Причем при заказе вовсе не обязательно ее указывать, достаточно просто сообщить тот адрес, где прибор планируется установить. Показания часов читаются в горизонтальном зеркале, а само устройство крепится на изящной присоске в фиксированном положении. Впрочем, это не требует специальных навыков, достаточно прочесть инструкцию. Размеры такого прибора поистине компактны: оконная версия имеет высоту 15 см и ширину 7,5 см, а настольная - высоту 7,5 см. Цифровые солнечные часы состоят из двух близко расположенных пластин, служащих своеобразными световыми фильтрами. Первый фильтр, обращенный к солнцу, снабжен набором тонких вертикальных прорезей, каждая из которых, пропустив свет, передает его фрагмент на второй фильтр, обращенный к наблюдателю. Там расположены узкие полоски, представляющие собой линии цифр, которые виднеются на табло. Эти полоски перемешаны так, что зажигаются последовательно. Когда солнце находится в одном положении, освещаются полоски, являющиеся фрагментами цифры «0». Через пять минут, в течение которых солнце поворачивается на 1,25°, зажигаются другие полоски, составляющие «5». По прошествии следующих 5 минут солнечный свет достигает полосок, расположенных левее и снова складывающихся в «0», Как вы уже поняли, 12 чисел, обозначающих минуты (от 00 до 55), как бы разрезаны и перемешаны в таких часах. Что касается чисел, обозначающих часы (8, 9, 10,11,12,1, 2, 3,4, 5), то они также смешаны и находятся в левой части устройства. Полоски, которые их обозначают, расположены так, чтобы зажигаться строго по прошествии часа, - только тогда их достигают солнечные лучи. Позади второго фильтра находится матовый экран, помогающий рассеивать тонкие световые линии и позволяющий читать цифровое время под широким углом. Прорези и полоски ориентированы на полюс мира (точку вращения звездного неба), что сводит на нет влияние наклона солнца, то есть дата и время года перестают играть какую бы то ни было роль.

Все выглядит хоть и гениально, но довольно просто, не так ли? Однако в этой схеме не хватает нескольких очень важных деталей, без которых часы вряд ли будут вас восхищать. Дело в том, что каждая прорезь в первом фильтре является своеобразным миниатюрным гномоном, в котором полоски второго фильтра играют роль временных линий - пятиминутные отрезки для минутных чисел и равные одному часу для часовых. Чтобы лучше понять, что происходит, обратимся к традиционному гномону, в данном случае так называемому полярному, представленному в Генке Книгой времени (Вооk оf Тime). Мы видим, что линии, обозначающие часы, находятся на разном расстоянии друг от друга, причем интервал возрастает от центра к сторонам. Это объясняется тем, что тень от стержня гномона медленнее всего движется по циферблату около полудня и быстрее утром и во второй половине дня. Теперь снова вернемся к digital sundial и представим послеобеденную пору. В результате возрастания скорости движения солнца свет будет быстрее достигать полосок, расположенных слева, и цифры будут высвечиваться с гораздо меньшей периодичностью, чем, к примеру в полдень. По мере движения светила на запад этот эффект проявится заметнее. Время покатится как с горы... Понятно, что подобный раз-гон не с руки любому часовщику, стремящемуся к точности. А значит, нужно искать способ «выровнять» время.

Решение проблемы было подсказано матушкой-природой, чьи прихоти, как считают некоторые, лежат в основе всех изобретений. В нашем случае «прихотью» стал закон Шелла о рефракции, или преломлении света, описывающий переход солнечных лучей через границу между двумя различными средами. 4 часа до полудня и через 4 часа после. Справедливости ради нужно сказать, что Шарштайны не единственные в мире производители цифровых солнечных часов, есть и другие, чьи модели отличаются по внешнему виду. Это, к примеру, часы экваториального типа или часы, использующие для работы компьютер. Однако, без ложной скромности, именно компания Шарштайнов может считать себя лидером в области цифровых солнечных часов.