A los gnómones le siguieron los meridianos. Pero solo cuando se tuvo
en cuenta el eje de rotación de la tierra y otros datos científicos y
astronómicos calculados con precisión, se construyó el cuadrante solar.
«Se dice que el reloj de Sol en
forma de un semicírculo ahuecado de una piedra labrada (cuadrada) cortado según
la inclinación local del eje mundial lo inventó un sacerdote caldeo Beroso. El
reloj en forma de tazas o semiesferio lo inventó Aristarco de Samos, también
inventó un reloj en forma de una losa horizontal (disco); un reloj en forma de
telaraña (con red de telaraña) fue construido por el astrónomo Eudoxio de
Cnido, pero otros dicen que fue Apolonio de Pérgamo».
Este cuadrante
solar estaba formado por un estilo y una base esférica sobre la cual se
marcaban líneas horarias que señalaban los distintos momentos del día.
Muchos sabios e inventores del mundo antiguo se
ocuparon de mejorar los relojes de Sol. Para que fuesen útiles para cualquier
día y mes el cuadrante del reloj de Sol se confeccionaba en forma de múltiples
líneas con divisiones, cada una de las cuales se destinaba para un mes
determinado. Así era, verbigracia, el reloj de Sol del astrónomo griego antiguo
Aristarco de Samos. En este reloj el cuadrante tenía la forma de una copa con
una red compleja de líneas trazadas en su superficie interna. El reloj de otro
astrónomo de la Grecia Antigua Eudoxio recibió el nombre de «arajna» que
significa araña, porque la red compleja de líneas en su cuadrante se parecía a
la telaraña. A este mismo tipo pertenece el reloj de Sol que se conservó hasta
nuestros días confeccionado por Andrónico de Kirrus con una red de divisiones,
calculada para diversos meses del año.
El aumento de la precisión, creando cuadrantes
complejos, dificultaba naturalmente tanto la fabricación de los relojes de Sol,
como su aplicación. Un paso decisivo en el mejoramiento del reloj de Sol fue
hecho citando los astrónomos comprendieron qué ventajas se obtenían, al colocar
el indicador del mencionado reloj paralelamente al eje terrestre. Cuando el
indicador del reloj de Sol se sitúa paralelamente al eje terrestre, su extremo
resulta estar dirigido hacia el Polo Universal, o sea, al punto de la bóveda
celeste que, al girar la Tierra, parece ser inmóvil. Si además la tabla con el
cuadrante se coloca perpendicularmente al indicador, el extremo de la sombra
describe en ella un arco de la circunferencia y la velocidad del movimiento de
la sombra permanece constante. Como consecuencia del movimiento uniforme de la
sombra, las divisiones horarias resultan ser iguales.
La medición del cuadrante solar constituyo un
instrumento de mayor precisión.
De éste
surgieron el cuadrante ecuatorial, el indicador del reloj de Sol
ecuatorial se efectúa en forma de una barra que atraviesa el centro de la tabla
inclinada de manera que una parte de ella sobresale hacia arriba y la otra, por
debajo. Eso se hace porque en los relojes de Sol ecuatoriales la sombra de la
barra durante una parte del año cae sobre el cuadrante de arriba y durante la
otra parte, de abajo.
La ventaja del mencionado reloj es que su cuadrante
vale para todos los días del año, con la particularidad que las divisiones
horarias se encuentran a distancias iguales unas de otras. Como defecto de este
reloj puede indicarse el hecho de que durante una parte del año la sombra del
indicador cae sobre el cuadrante por abajo, lo que dificulta la observación.
El reloj de Sol horizontal consta de una tabla situada
horizontalmente con un cuadrante marcado en ella y un indicador en forma de
triángulo. El ángulo agudo de este triángulo se hace igual a la latitud
geográfica de la localidad dada, de manera que la parte inclinada del triángulo
resulta ser paralela al eje terrestre. El triángulo-indicador se coloca de modo
que su plano sea perpendicular al cuadrante y la línea de la continuación de la
base del triángulo se oriente en dirección Norte - Sur. A mediodía la sombra del
indicador se dirige (en el hemisferio norte) hacia el Norte. Así pues, la señal
del tiempo, correspondiente a las 12, se encuentra en la línea de la
continuación de la base del triángulo. En el reloj de Sol horizontal la
velocidad del desplazamiento de la sombra durante el día, varía. Por esta
razón, en su cuadrante las señales horarias se trazan bajo diferentes ángulos
desiguales. En los relojes de Sol horizontales lo mismo que en los ecuatoriales
el cuadrante es válido para todos los días del año, con la particularidad de
que durante todo el año la sombra del indicador incide sobre su cuadrante de
arriba.
En la antigüedad los relojes de Sol tenían una amplia
propagación. Los obeliscos altos y esbeltos del Egipto Antiguo servían de
indicadores del reloj de Sol. En la india los peregrinos tenían bastones con
relojes de Sol en miniatura incrustados en ellos. Un reloj de Sol grande fue
instalado en la «Torre de los Vientos» en Atenas. En Roma Antigua el emperador
Augusto en el Campo de Marte ordenó colocar a título de indicador del reloj de
Sol el obelisco a Sesostrias (Ramsés II) de 34 m de altura que sacó entre los
otros trofeos militares de Egipto.
El emperador chino Koschu-King en 1278 construyó un
indicador del reloj de Sol de una altura de 40 escalones, El nieto de Timur
(Tamerlán), el famoso astrónomo Ulug Beg de Samarcanda lo sobrepasó
considerablemente intentando elevar la precisión de la lectura, erigió un reloj
de Sol de una altura do 175 escalones (cerca de 50 m).
La atención que prestaban los reyes y cortesanos a los
relojes de Sol obligaban con frecuencia a los constructores de los relojes a
esmerarse no solo de hacerlos más exactos, sino también impresionantes o
entretenidos. El mecánico Regnier hizo un reloj de Sol que con ayuda de
vidrios, pólvora y cascabeles a mediodía empezaban a repicar por sí mismo. El
maestro Rousseau confeccionó un indicador de tiempo aún más original: mediante
un espejo ustorio (espejo cóncavo) colocado y dirigido de una manera adecuada
lograba que el rayo solar controlara un cañón, obligándole a disparar a un
tiempo determinado.
Los relojes de Sol se continuaban construyendo hasta
el siglo XVI e incluso el siglo XVII. Es más, a veces los construian en
tiempos más tardíos, pero ya avanzados y confeccionados por otro tipo de
estudios
El cuadrante solar no da en general una lectura directa de la hora (al
contrario que los relojes). Es necesario hacer correcciones. Muy a menudo los
cuadrantes indican la hora solar local verdadera. Ciertos cuadrantes, sobre
todo entre los modernos, incluyen todas o parte de estas correcciones. Es
recomendable comprobar la naturaleza y el proceso de fabricación del dial para
saber qué correcciones realizar a la hora proporcionada por el estilo.
Cuando el sol pasa por la vertical del sur en determinado lugar, se dice
que es mediodía local. Al tiempo definido sobre esta referencia sele llama
tiempo solar local. Sin embargo, todos los países han adoptado desde hace más
de un siglo una hora uniforme para una región determinada. En Francia los habitantes
de Bretaña tienen la misma hora que los de Estrasburgo porque pertenecen al
huso horario de Francia: el huso TU+1 lleva una hora más de adelanto con
respecto a Greenwich.
Las siguientes explicaciones permiten pasar de la hora solar indicada por
un cuadrante a la hora legal dada por un reloj mecánico.
Corrección por la ecuación de tiempo
La sombra del estilo indica sobre el cuadrante solar el Tiempo Solar y éste
tiene una duración variable durante el año, contrariamente al Tiempo Medio
usado en los relojes. La diferencia entre el tiempo medio y el tiempo solar se
expresa por la ecuación del tiempo (esta diferencia es debida a la variación de
la velocidad de la Tierra sobre su órbita elíptica alrededor del sol y a la
excentricidad de esta órbita). La corrección por la ecuación del tiempo puede
llegar a 16 minutos de adelantado o de retraso según el período del año. Por
ejemplo, el 15 de mayo la ecuación del tiempo vale -3 min 47 s. Si el cuadrante
indica las12 h de tiempo solar, son realmente las 11h. 56 m 13 s de tiempo
medio.
La ecuación del tiempo se pone a veces en forma de curva aparte del
cuadrante, y a veces directamente incluida en él, pero en muchos cuadrantes
falta limitando así su precisión. El valor de la ecuación del tiempo tal y como
lo proporciona el programa Shadows debe sumarse a la hora solar para obtener la
hora media.
Corrección por longitud
El tiempo medio obtenido en la etapa precedente sigue siendo una hora local
válida solamente para los lugares con la misma longitud geográfica. El tiempo
legal, dado por el reloj mecánico da el tiempo medio del meridiano de
referencia regional. Se pasa del tiempo medio local al tiempo legal añadiendo
la corrección por longitud que consiste en la expresión de la diferencia de
longitudes entre el meridiano de referencia y el meridiano local, expresado en
tiempo (a razón de 4 minutos por grado).
De hecho, en Europa, se puede proceder de dos formas para corregir la
longitud:
- se corrige con respecto al meridiano de Greenwich
- se corrige con respecto al huso horario (zona de tiempo) de referencia
1. Por ejemplo, para Besançon (longitud: 6° 02' Este) la corrección de la
longitud con respecto a Greenwich es de 6,033° x 4 min = 24,13 min = 24 min 08
s. Como Besançon está al este de Greenwich, se restan 24 minutos 08 s
a la hora local para obtener la de Greenwich. A continuación se debe
sumar el desfase horario con Greenwich. En Francia, es de una hora en
invierno y dos en verano (hasta nueva orden).
Para las 12 h de tiempo solar el 15 de Mayo se tendrá :
Tiempo Solar : 12 h
Ecuación de Tiempo : -3 m 47 s
Corrección por longitud :
- 24 m 08 s
Desfase horario con Greenwich : 1
h
Horario de verano : 1 h
--------------------------------------------------
Tiempo legal correspondiente : 13 h 32 m 05 s
2. Si se corrige con respecto al meridiano de referencia que es el
meridiano de Europa Central (15° Este) en el caso de Besançon, como la longitud
es de 6°02' se calcula 15° - 6,033°) = 8,966° con respecto al meridiano UT+1.
La corrección por longitud es ahora de 8,966 x 4 = 35,866 min o sea 35 min 52
s. Como Besançon está al oeste del méridiano +1, se suma la corrección.
Para las 12 h de tiempo solar el 15 de Mayo se tendrá:
Tiempo Solar : 12 h
Ecuación de Tiempo :
- 3 min 47 s
Corrección por longitud : +
35 min 52 s
Horario de verano : 1 h
---------------------------------------------------
Tiempo legal correspondiente : 13 h 32 min 05 s
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