В 2003 г. в Барнауле на площади Советов появился новый символ — «Нулевой километр». Похожие знаки, символизирующие начальную точку отсчета дорожных расстояний, существуют и в других городах, в основном в столицах государств.
Барнаульский ?нуль-пункт? представляет собой гранитный столб, стоящий на каменном компасе, на котором отмечены стороны света. Венчает столб двухметровая каменная ваза, изготовленная на Колыванском камнерезном заводе.
Рис. 1. Нулевой километр. Начало автодорог Алтайского края
Если вы далекий от астрономии и географии человек, то сам по себе знак — просто красивое сооружение, на фоне которого любят фотографироваться туристы. Однако, если вы что-нибудь слышали о понятии солнечное время, то вам, должно быть, знаком древнейший астрономический инструмент — гномон, представляющий из себя вертикальный стержень на горизонтальной площадке. По длине и направлению тени стержня можно определить высоту и азимут Солнца. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которого определяется время, но в данном случае стержень должен быть установлен параллельно оси вращения Земли, т.е. «смотреть» на полюс мира. Угол наклона зависит от широты места.
Так вот, барнаульский ?нулевой километр?, помимо того, что он символ начала всех автодорог Алтайского края, есть ни что иное, как гномон, с помощью которого мы можем определить:
- полуденную линию и стороны света;
- высоту Солнца над горизонтом и широту места;
- момент наступления истинного полудня;
- долготу места.
или прототип солнечных часов (не учитывается поправка за широту).
Как у человека, интересующегося проблемами исчисления времени, у меня уже давно возникла мысль проверить правильность ориентации указателей сторон света на каменном компасе в основании столба. И сделать это очень просто ? в момент верхней кульминации Солнца љтень от столба должна точно ложиться на румб, указывающий направление на север (большая буква ?N? на каменном љкомпасе). Теперь осталось только вычислить этот самый момент верхней кульминации и здесь начинаются основные трудности, которые не были учтены љ?Алтайавтодором? и его подрядчиком, подарившими нам этот замечательный символ.
Однако, прежде чем продолжить дальнейшее описание, необходимо ввести некоторые термины и понятия.
- ?Истинное солнечное время? — время, основанное на фактическом движении реального Солнца. Оно течет неравномерно из-за того, что Земля имеет эллиптическую орбиту и движется по ней с разной скоростью в разные времена года. Также, из-за наклона эклиптики (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца) к экватору вблизи равноденствий проекция скорости Солнца на экватор меньше, чем в период солнцестояний, когда оно движется параллельно экватору.
Рис. 2. Неравномерность вращения Земли вокруг Солнца из-за наклона эклиптики и эксцентриситета орбиты
- ?Среднее солнечное время? — время, основанное на вращении Земли, которое предполагается равномерным.
Астрономическое значение, учитывающее разницу между средним солнечным временем (средним местным временем наблюдателя) и истинным солнечным временем, измеренным на том же меридиане, получило название ?уравнение времени?.
Рис. 3. Уравнение времени
В результате этого явления Солнце в течение года описывает своеобразную ?восьмерку? около небесного меридиана наблюдателя.
Рис. 4. Аналемма Солнца
- ?Гринвичский меридиан (нулевой меридиан)? ? географический меридиан, проходящий через ось пассажного инструмента бывшей Гринвичской королевской обсерватории (ныне музей). Служит началом отсчета географических долгот, а также является средним меридианом нулевого часового пояса.
- ?Поясное время? — время, установленное по международному соглашению в регионах и странах для того, чтобы по всей планете отличие местного времени от всемирного составляло целое число часов. Отсчитывается от ?всемирного времени?, основанного на вращении Земли относительно далеких небесных объектов (звезд и квазаров). Синхронизировано с атомными часами.
- ?Декретное время? — время, опережающее поясное на 1 час, введенное постановлением СНК СССР от 16 июня 1930 года на территории СССР в целях более рационального использования светлой части суток и перераспределения электроэнергии между бытовым и производственным потреблением. Отменено в Алтайском крае 28 мая 1995 г. Однако, граница между 5-м и 6-м часовыми поясами делит территорию нашего края ровно пополам, но вся территория края отнесена к 6-му часовому поясу. Поэтому в западных районах все-таки фактически действует декретное время, а восточные районы, включая Барнаул, живут по поясному времени.
- ?Летнее время? — время, сдвинутое на 1 час вперед относительно времени, принятого в данном часовом поясе. Для западных районов Алтайского края ? поясное + 2 часа, для восточных, включая Барнаул ? поясное + 1 час.
Теперь, определившись с понятийно-терминологическим аппаратом и, поняв что, когда наши наручные часы показывают 12:00, на самом деле это не полдень, перейдем непосредственно к расчетам.
Сначала нужно вычислить географические координаты места установки столба. Лучше воспользоваться GPS-приемником, но можно и љпрограммой ?Google Earth?. В нашем случае координаты совпали с точностью до угловых секунд — это предостаточная точность для наших целей. В частности, нас интересует долгота, которая оказалась равной 83 градусам 46 минутам 42 секундам, что в часовой мере составляет 5 ч. 35 мин. 06,8 сек. от Гринвича.
Теперь мы можем вычислить среднее солнечное время на любой момент времени, которое показывают наши часы, учитывая поправку за долготу. Возьмем, к примеру, 12:30 по барнаульскому летнему времени. Тогда по поясному времени будет 11:30 ? это среднее солнечное время меридиана, отстоящего от Гринвичского, на 90 градусов в.д. или на 06 ч. 00 мин. 00 сек. ? 6-й часовой пояс. љСоответственно, разница во времени между срединным меридианом 6-го часового пояса и местом установки ?нулевого километра? составляет:
06:00:00 — 05:35:06,8 = 24 мин. 53,2 сек
Таким образом, когда наши часы показывают 12:30 в период действия летнего времени, по среднему солнечному времени будет: 12:30:00 — 01:00:00 — 24:53,2 = 11:05:07 (округлено до целых секунд).
Далее, из «Астрономического календаря» за текущий год, выписываем значение уравнения времени на заданный день. Для 23 октября 2010 г. (когда производились измерения) данная величина составила значение ?минус 15 мин. 36,9 сек.?, т.е. истинное солнечное время опережает среднее солнечное на заданную величину.
Теперь осталось рассчитать время наступления полудня или верхней кульминации Солнца по летнему времени — тому времени, что показывают наши часы.
Итак, 12:00:00 (истинное солнечное время) + 24:53,2 (поправка за долготу) ? 15:36,9 (значение уравнения времени) + 01:00:00 (поправка на летнее время) = 13:09:16 (округлено до целых секунд).
Так вот, оказавшись в указанное время у ?нулевого километра?, я обнаружил следующую картину:љтень от гранитного столба в момент верхней кульминации Солнца или истинного полудня не совпадает с румбом ?N? (?Nord? или 360 градусов).
Рис. 5. Полуденная линия 23 октября 2010 г. в 13:09:16 (барнаульское летнее время)
Теперь попытаемся вычислить, насколько ошиблись строители, выкладывая каменный компас.
Как видно из рисунка, окантовка каменного компаса выложена гранитными кирпичиками. От румба в 360 градусов (большая буква ?N?) до румба в 45 градусов на запад (вправо) вмещается 17 кирпичиков. Центр полуденной линии приходится на предпоследнюю четверть пятого кирпичика.
Составляем пропорцию:
17 кирпичиков ? 45 градусов;
1 кирпичик ? X градусов.
X=2 градуса 39 минут.
Итого: 4,75 кирпичика x 2 градуса 39 минут = 12,5 градусов. Теперь осталось пересчитать градусную меру в часовую. Чтобы добиться скорости вращения тени 4 мин./градус, надо наклонить столб параллельно земной оси, а поверхность, на которую проецируется тень, разместить перпендикулярно этому столбу (получится то, что называется экваториальными солнечными часами). В нашем случае на 23 октября 2010 г.љ получается 3.68 мин./градус.
12,5 градусов X љ3.68 мин./градус = 46 минут.
Теперь становится понятно, чем руководствовались строители — обычным компасом, указывающим направление не на истинный, а на магнитный полюс. Более того, сами показания компаса были применены не точно. љМагнитное склонение (угол между географическим и магнитным меридианами в точке земной поверхности) в 2003 году составляло величину ?плюс 7 градусов 44 минуты?. Таким образом, если бы каменный компас был бы выложен точно по магнитному компасу, то ошибка составила бы плюс 7,7 градуса или 28 мин. 26 сек.
Остается только пожелать нашим проектировщикам подобных сооружений ? не бойтесь использовать древние знания и применять достижения современной науки.
P.S. За неоценимую помощь в подготовке этой статьи хочу поблагодарить Ивана Королева из г. Троицк Московской области.
оценить направление на север по полуденному солнцу — правильная идея. работа проведена хорошая. но есть недочеты. если хотите, могу расписать, в чем
но есть недочеты. если хотите, могу расписать, в чем
Было бы очень интересно.
ну вот, отписал:
http://ivan-lj.livejournal.com/31319.html