Relógios de Sol

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  História  
 

Por muitos séculos, a humanidade se valeu da sombra de um objeto projetada pelo sol, a sombra do gnomon (do grego, o que indica) dos relógios de sol, para medir o tempo. Inicialmente, talvez no paleolítico ou neolítico, a medição por parte dos homens primitivos devia estar baseada na modificação do comprimento de sua própria sombra, que crescia até o meio dia e decrescia na medida que o dia se esgotava com a aproximação da noite, quando ele deveria estar de volta à segurança de seu abrigo.

Posteriormente, a medição do tempo orientou-se para o calendário, para a identificação das estações do ano, que era informação essencial para as civilizações que praticavam a agricultura, em face da estreita dependência desta dos fatores climáticos, diretamente ligados à passagem das estações.

A divisão do dia em horas foi uma conseqüência natural da evolução das sociedades, para a marcação das práticas religiosas e atividades leigas.

Sua origem é controvertida, remontaria à Mesopotâmia, Babilônia ou Caldéia, há uns 4.000 anos mas há indicações que também na China fossem utilizados então, onde as observações astronômicas se iniciaram na era do imperador Yao, 23 séculos AC. No século X AC, os chineses já haviam determinado as datas de solstícios e equinócios e conheciam a inclinação da eclíptica em relação ao equador celeste !

Stonehenge, monumento megalítico na Inglaterra, tem aproximadamente a mesma idade, e deixa claro o objetivo de identificar épocas do ano, pois há alinhamentos de pedras que coincidem exatamente com o nascer e o por do sol no início do verão e do inverno.

O mais antigo relógio de sol conhecido, foi construído por volta de 1500 AC no Egito, à época de Tutmosis III. Em pedra, na forma de um T, com uns 30 cm, suportando uma outra peça de mesmo comprimento e perpendicular. As linhas de hora eram marcadas na pedra a intervalos regulares. O T era voltado para o este na parte da manhã e a oeste na tarde. A posição da sombra da parte superior do T indicava a hora.

Por volta do século VIII AC, no Egito os relógios de sol se apresentavam com um gnomon vertical e sobre a base uma escala de tempo diária com 6 divisões. Os obeliscos eram usados como relógios de sol. Por volta de 330 AC, já construíam relógios que levavam em consideração a variação sazonal do comprimento do dia.

A Bíblia cita o relógio de sol do Rei Ahaz, nos versos dos Reis 20:9-11 e Isaías 38:8, época que corresponderia a 700 AC. Desta época e pelos Caldeus, seria a divisão em doze partes da faixa do céu, o zodíaco, onde se situam as constelações quem lhes emprestam o nome.

Berossus, sacerdote e astrônomo caldeu (300 AC), desenvolveu um tipo com uma concavidade hemisférica, que reproduzia a cúpula celeste. Esculpida num bloco de pedra, no centro da qual havia um gnomon perpendicular, e que indicava também as linhas de solstícios e equinócios. O caminho percorrido pela sombra era aproximadamente um arco. O comprimento e a posição deste caminho variavam com as estações e por isso vários arcos eram marcados, com 12 divisões iguais. Eram as horas “temporárias", porque variavam durante o ano.

Dos Babilônios, que teriam desenvolvido a divisão sexagesimal do círculo em graus por volta de 300 AC, a partir das casas zodiacais e dividindo-as em 30º cada (12 x 30 = 360º), os Gregos teriam adquirido o conhecimento do dia dividido em 12 partes de duração variável e estes, apesar de imaginarem a Terra como centro do sistema solar, tendo avançados conhecimentos do movimento do Sol e de geometria, desenvolveram tipos mais complexos. Os gregos foram os estruturadores da astronomia como ciência, iniciando com Thales de Mileto no século VI AC, que observou que os mais recentes eclipses haviam ocorrido a cada 17 anos e previu um outro para 170 anos depois, que de fato ocorreu, mas por simples acaso. Thales demonstrou sua ignorância quantos às órbitas do Sol e da Lua, mas havia percebido a sua natureza cíclica, descobrindo os solstícios e a obliqüidade da eclíptica. Anaximandro de Mileto em 560 AC, construiu um relógio de sol em Esparta para observação dos solstícios e equinócios e foi o primeiro a imaginar a Terra redonda, não como uma esfera mais como um cilindro, e como o centro do Universo; Apolônio de Perga, desenvolveu o hemiciclium, usando uma superfície de seção cônica onde eram marcadas as linhas de hora. A Torre dos Ventos em Atenas (100 AC) e ainda hoje existente, tem seção octogonal e em cada face havia um gnomon. Aristóteles (384 - 322 AC) explicou os eclipses do sol e da lua, e foi o primeiro a apresentar a idéia de que a Terra era esférica. Aristarco de Samos (384 - 332 AC) acreditava que a Terra se movia em torno do Sol e já estudava o tamanho e a distância do Sol e da Lua. Mais adiante, Eratóstenes (276 - 196 AC) calculou a circunferência da Terra a partir da diferença da distância angular do Sol entre Alexandria e Siena (Assuã); ele percebeu que nesta cidade, no solstício de verão, ao meio dia o fundo de um poço (que até hoje existe) era iluminado, e que em Alexandria nesta mesma data o sol não estava no zênite como em Siena, mas uns 7º ao sul; como 7º corresponde a algo em torno de 1/50 da circunferência, concluiu que Alexandria deveria estar distante o equivalente a 1/50 da circunferência da Terra; sendo a distância de uma cidade a outra era equivalente a uma viagem de 50 dias de camelo (16 km/dia), Eratóstenes chegou a um valor de 40.000 km, bastante próximo do real. Hiparco (190 -120 AC) talvez o maior astrônomo grego, inventor da trigonometria, deduziu a direção dos polos celestes e a precessão do eixo terrestre, que é a variação de sua direção num ciclo de 26.000 anos, compilou um catálogo com a posição e a magnitude de 850 estrelas; Aristarco chegou a sugerir que a Terra girasse em torno do Sol mas a posição grega sobre o assunto, inversa, foi firmada por Ptolomeu (165 - 85 DC) no século II DC, e permaneceu como dogma por mais 1500 anos e a idéia da Terra esférica caiu no esquecimento. Na Renascença, Nicolaus Copernicus (1473-1545) estudando o movimento dos planetas concluiu que o Sol era o centro do nosso sistema, mas por receio da reação da Igreja Católica à nova idéia, somente teve seu livro De Revolutionibus Orbium Coelestium publicado em 1545, ano de sua morte. Galileo Galilei (1564-1642) em seu livro Cartas sobre as Manchas Solares, impresso em Roma em 1613, defende a teoria heliocêntrica de Copernicus em detrimento da geocêntrica de Ptolomeu, e foi denunciado à Inquisição. Em março de 1616, um decreto papal inclui a obra de Galileo no Index. Nos anos seguintes tentou a revogação do decreto, mas em 1633 foi julgado e condenado por haver suportado e ensinado a doutrina de Copernicus. Teve que abjurar, maldizer e detestar seus erros passados. Sua pena foi comutada para prisão domiciliar, que se estendeu até sua morte.

Os romanos se valeram dos conhecimentos dos gregos e, embora não tenham contribuído significativamente para o desenvolvimento da ciência dos relógios de sol, os utilizaram largamente. Um dos primeiros a ser instalado em Roma (263 AC), foi trazido como troféu de guerra, contra Catania. Como havia sido construído para a latitude do que hoje é a Sicília, não marcava adequadamente as horas. Um século mais tarde, o censor Marcus Philipus determinava uma rotina de aferição dos relógios de sol, então já numerosos. Marcus Vitruvius, arquiteto e engenheiro militar romano no tempo de Júlio Cesar, século I AC, em sua extensa obra De archictectura, livro IX, se refere a 13 tipos de relógios de sol então em uso. No ano 9 AC, o imperador Augustus mandou construir um relógio de sol no Campo de Marte, Roma, cujo gnomon era um obelisco de 30 metros de altura, trazido do Egito, onde fora erguido no século VI AC. Este gnomon projetava sua sombra numa área de 100 x 180 metros, revestida de mármore travertino, onde estavam aplicadas as linhas de hora (desiguais) e datas, em bronze. Em 21 de setembro, data do aniversário do imperador, a sombra do obelisco apontava para o Altar da Paz que fazia parte do conjunto. Estas informações chegaram a nós por informação escrita em 77 DC, de Plínio, o Velho. Com o passar dos séculos foi esquecido, soterrado, até que em 1748 o obelisco, quebrado, foi descoberto e removido para reparos. Em 1792, por determinação do Papa Pio VI, foi instalado na praça Montecitório, onde está até hoje e a pouca distância da localização original. Em 1979, em baixo do porão da casa à rua Campo de Marte, 48, foram feitas escavações e encontrado a 8 metros, abaixo do lençol freático, o piso do relógio.

Durante Império Bizantino, que foi uma continuidade do Romano, os relógios de sol também foram amplamente usados.

No período compreendido entre a queda do Império Romano e o Renascimento, entre os séculos V e XV, o ocidente quase não desenvolveu conhecimentos científicos e chegou até a perde-los.

Os árabes usaram princípios de trigonometria no desenho dos relógios. No século VIII DC, Abul Hassan escreveu sobre o desenho de linhas de hora em superfícies cilíndricas e cônicas e introduziu o princípio das horas iguais para fins de cálculos astronômicos. Por volta do ano 1000 DC, os árabes se valeram do conhecimento ocidental, especialmente grego, traduziram para o árabe textos científicos (e filosóficos) e experimentaram notável desenvolvimento nesta área. Treze livros chegaram ao nosso conhecimento e entre eles um do século XIII DC, de Ali Abu Hassan, que pela primeira vez menciona o uso do gnomon orientado para o polo, ou seja paralelo ao eixo terrestre, o que trouxe os relógios de sol para sua feição atual, linhas de hora e horas iguais, de mesma duração. Um instrumento preciso. Em 1854, Jean Jacques Sedillot publicou o Traité des instruments astronomiques arabes, baseado em manuscritos de Al-Hassan Ibn Ali Umar Al-Marrakuchi, que descreve 6 diferentes tipos de relógios de sol portáteis e 13 fixos, entre horizontais, verticais diretos e declinantes, cilíndricos e hemisféricos.

Posteriormente, o conhecimento fez um caminho inverso, quando foram feitas traduções do árabe para o latim sobre a ciência gnomônica.

No curso da Idade Média, a ciência e arte dos relógios de sol foram caindo no esquecimento, sendo raros os exemplares remanescentes desta época, da qual o da catedral de Chartres, França, construído em 1378 é um dos mais notáveis.

Por ocasião da Renascença em meados do século XV, com a invenção da imprensa por Guttemberg (no Ocidente, porque na China existia desde o século IX DC), a divulgação científica de um modo geral, e portanto, a construção de relógios de sol, tiveram um grande impulso. Eram trabalhos que exigiam, além de habilidade artística, conhecimentos sobre o movimento aparente do sol e eram até então segredos bem guardados. Em 1531, Sebastião Munster (1489-1552), cosmógrafo alemão, publicou seu trabalho Compositio Horologium, detalhando o desenho e a construção dos quadrantes solares. O jesuíta Cristóvão Clavius (1537-1612), astrônomo alemão, publicou em 1581 o Gnomonomices, no qual procurou colocar todo o conhecimento sobre o assunto até a época. O jesuita Athanasius Kircher, por volta de 1646 em suas obras Ars Magna Lucis et Umbrae – Magia Horographica e Horolabium Passionibus, dedica mais de 600 páginas à Gnomônica, descreve diferentes tipos de relógios de sol de sua criação e dedica especial atenção o aspecto artístico dos mesmos. Em 1692, o príncipe siciliano Carlo Carafa, fez publicar de sua autoria o exemplar Horologium Solarium Civilium. No século XVII, a Gnomônica chegou a constituir um ramo da educação.

Na América pré-colombiana eram utilizados pelos maias, astecas e incas na determinação de solstícios e equinócios.

O aparecimento dos relógios mecânicos no século XVI não chegou a abalar a posição dos relógios de sol, pois eram máquinas pouco precisas e que requeriam freqüentes acertos, o que se fazia com a leitura do meio dia nas "meridianas", que eram quadrantes solares que indicavam exclusivamente o meio dia local. A tal ponto esta prática se tornou comum, que eram freqüentemente encontrados nas áreas públicas, em locais de boa visibilidade.

No final do século XVIII, após a invenção do cronômetro pelo inglês John Harrison por volta da metade do século, os relógios de sol perderam a importância que até então tinham, mas já haviam se transformado em autênticos instrumentos científicos, com as correções necessárias à indicação da hora com notável precisão.

Por volta dos meados da primeira metade do século IXX a Europa começou a adotar a Hora Média Local, e a uniformidade horária, o gosto pela precisão, pela exatidão foi relegando o relógio de sol ao esquecimento. Ainda assim, até o final do século IXX, as estações de estrada de ferro na França se utilizavam dos relógios de sol para correção da hora dos relógios mecânicos, que o advento das comunicações telegráficas, telefônicas e radiofônicas tornou desnecessário.

É óbvio que os faróis que guiam a navegação marítima tenham seu funcionamento regulado pela hora. Na Escócia, e em qualquer outro lugar, antes do advento das comunicações via rádio, os relógios controladores dos faróis eram acertados com o auxílio do relógio de sol.

A Comissão dos Faróis do Norte fazia inspeções anuais. Tinha a preocupação de verificar se os relógios de sol, estavam corretamente assentados e alinhados. Em uma ocasião, em Chanonry Point, no interior do estuário Moray, na costa oeste da Escócia, observou-se uma diferença de 30 minutos entre a hora local e a de Greenwhich. O relógio de sol inadequadamente instalado foi o responsável.

Para aperfeiçoar o controle da hora, uma instrução foi baixada em 29/01/1852, exigindo que os relógios controladores dos faróis fossem ajustados à hora local por leitura de relógios de sol, dizia: "O relógio controlador do farol deve ser mantido na hora certa observando-se, se possível uma vez por semana, a leitura do relógio de sol da seguinte maneira - O Faroleiro Mestre deverá dirigir-se ao relógio de sol quando o sol está aparente e observar até que a sombra do gnomon quase coincida com a linha de qualquer hora ou meia hora, antes de acenar para o Assistente que deverá estar na janela aguardando o sinal. O Faroleiro Mestre deverá sinalizar a hora exata e certificar-se que o Assistente ajuste o relógio controlador. Em seguida verificar a Equação do Tempo gravada no relógio de sol e anotar o número de minutos que constituem a diferença daquele dia entre a leitura daquele e a hora legal. Em seguida deverá dirigir-se à sala do relógio controlador e ajusta-lo, adiantando ou atrasando, conforme este esteja mais lento ou mais rápido que o sol neste dia". Esta citação foi extraída do livro Scotland's Edge, de Keith Allandyre e Evelyn M. Hood.

Atualmente há um interesse renovado e são cada vez mais numerosos os grupos que se dedicam a estuda-los e difundi-los. É de certa forma um retorno às raízes, quando a contagem do tempo se dava de uma forma mais natural. Hoje podemos ver o relógio de sol como um objeto útil, pelo aspecto cultural, científico, instrutivo, artístico e decorativo.
 
 
TIPOS

Basicamente, com relação à superfície sobre a qual se projeta a sombra do gnomon, os relógios de sol são dos tipos horizontal, vertical direto, vertical declinado, inclinado, polar, equatorial e reclinado.

Horizontal, com o "mostrador" paralelo ao plano horizontal, gnomon alinhado com o meridiano local e o ponto de origem das linhas de hora voltado para o Norte Verdadeiro, quando instalado no hemisfério sul e, inversamente, voltado para o Sul quando instalado no hemisfério norte. Os relógios deste tipo recebem a incidência direta do sol, durante todo período entre o nascer e o pôr do sol, durante o ano todo.

Vertical direto, com o "mostrador" perpendicular ao plano horizontal e face perpendicular à direção norte/sul, exige desenho diferente para cada localidade. Os de face perpendicular à direção leste/oeste são universais, ou seja, podem ser instalados em qualquer localidade, independentemente da variação da latitude e longitude; a face voltada para o leste indicará apenas as horas da manhã e a voltada para oeste as da tarde.

Vertical declinado, projetados para serem instalados em paredes ou suportes que não sejam, exatamente perpendiculares aos eixos norte/sul e leste/oeste. A declinação de uma parede é o ângulo formado por uma perpendicular à esta com o meridiano local, ou seja, com a direção norte/sul verdadeira, geográfica.

Inclinado e reclinado, projetados para serem instalados em bases que não sejam verticais ou horizontais, que fazem com o plano horizontal portanto, ângulos diferentes de 90º ou 0º. É inclinado quando forma com o plano horizontal maior que 90º e reclinado quando menor.

Polar, projetados para serem assentados sobre superfícies inclinadas em ângulo igual ao da latitude do lugar e alinhados com o eixo leste/oeste. As linhas de hora são paralelas entre si e simétricas em relação à linha do meio-dia, sobre a qual está situado o gnomon, paralelo ao eixo terrestre. São universais, o que quer dizer que podem ser utilizados em qualquer latitude.

Equatorial, é também um tipo inclinado e pode ser instalado em qualquer lugar, desde que o ajuste do ângulo formado pelo plano do "mostrador" e o horizontal seja igual à co-latitude do lugar (latitude – 90°). O gnomon é um pino perpendicular ao "mostrador" e assim estará paralelo ao eixo da Terra. Neste tipo de relógio de sol as linhas de hora são espaçadas de 15° entre si, independentemente das variações de latitude. Equatorial porque a superfície onde estão inscritas as linhas de hora fica num plano paralelo ao do equador.

Além dos tipos que vimos, que têm a superfície do "mostrador" plana, há outros com superfícies cilíndricas ou cônicas, externas ou internas e mesmo em superfícies irregulares podem ser desenhados relógios de sol.

Uma outra classificação, mais abrangente, agrupa os relógios de sol em 3 grupos:

1) os que têm a aresta do gnomon (stilo) paralela ao eixo terrestre, os equatoriais, como todos na classificação anterior. Assim, podemos considerar todos os citados naquela, como enquadrados neste grupo, pois a aresta do gnomon que projeta a sombra (stilo) também é paralela ao eixo terrestre.
2) os que se valem da altitude do Sol em relação ao horizonte - de altitude
3) os que se baseiam no azimute do Sol, ou seja, o ângulo formado entre o Sol e o Norte Verdadeiro em um dado instante. São os analemáticos.
 
 
FUNCIONAMENTO

O princípio do funcionamento é a projeção da sombra de um "ponteiro", que é chamado de gnomon, sobre uma superfície, que corresponde ao mostrador dos relógios mecânicos, sobre o qual estão marcadas as linhas de hora. A variação das horas em um relógio de sol, depende da mudança de posição do sol na abóbada celeste. O movimento aparente do sol é causado pela rotação da Terra em torno de seu eixo (24 horas) que faz com que o Sol pareça estar levantando a leste pela manhã e se pondo a oeste a tarde e pelo movimento em sua órbita em torno do Sol (365 dias), a eclíptica, e do qual resulta a sucessão das estações do ano.

O equador celeste, que é a projeção do equador da terra na abóbada celeste, é exatamente perpendicular sobre quem se acha no equador da Terra. Quando nos afastamos do equador, no sentido do polo sul, veremos que o Sol será localizado na direção norte e o ângulo que este forma com o horizonte, será tão menor quanto maior for a latitude do lugar. O Sol parece subir e descer na esfera celeste durante o ano, devido a variação da declinação. No solstício de verão, no hemisfério sul, o Sol ocupa sua posição extrema (Trópico de Capricórnio) quando o plano da eclíptica está fazendo ângulo de 23.4° com o equador celeste; no solstício de inverno o Sol está na sua posição extrema ao Norte (Trópico de Câncer) formando o mesmo ângulo de 23.4°. Nos equinócios, primavera e outono, dias e noites iguais, os planos da eclíptica e do equador celeste estão paralelos.

Durante o seu passeio pela eclíptica o Sol vai passando pelas 12 casas do zodíaco, cada uma correspondendo a 15° de arco sobre a esfera celeste, na qual vão se sucedendo as diversas constelações.

Datas em que o Sol entra nos signos (aprox.)

Aries 20/03
Touro 20/04
Gêmeos 21/05
Câncer 21/06
Leão 23/07
Virgem 23/08
Libra 23/09
Escorpião 23/10
Sagitário 22/11
Capricórnio 22/12
Aquário 20/01
Peixes 18/02


No gnomon, a aresta maior cuja sombra é projetada (stilo), marca as horas; a sombra da extremidade desta aresta percorre um caminho diário que varia conforme a declinação do sol, e recebe o nome de linha de declinação;. No solstício de verão tem a forma de hipérbole, próxima e voltada para o gnomon; no inverno mais distante e oposta ao mesmo. Nos equinócios a linha de declinação é uma reta. A cada dia do ano corresponde uma linha de declinação, o que possibilita a determinação de linhas para datas especiais, como uma forma de comemoração que se repete todos os anos.

Em Nova Friburgo, RJ, a latitude é de 22.3° S; no solstício de verão ao meio dia local o Sol estará com inclinação em relação ao plano horizontal de 91.1° (90° - 22.3° + 23.4º) e no de inverno 44.3° (90 - 22.3° - 23.4°).

Quando o sol cruza o meridiano local, a culminância, o trânsito, temos o meio dia local. O tempo decorrido entre 2 trânsitos consecutivos é de 24:00 horas e portanto cada hora corresponde a 15° (360° / 24 = 15°)
 
 
FUSOS HORÁRIOS

O relógio de sol, sem a correção de longitude, mostra a Hora Verdadeira Local (Hora Solar), que é diferente da hora que temos em nossos relógios, que indicam o Hora Média Local (Hora Legal). O deslocamento aparente do sol (na realidade é a Terra que gira em torno dele) se dá no sentido leste/oeste, numa velocidade de 1.668 km/hora (na altura do equador) ou seja, algo em torno de 2,16 segundos por quilômetro. Isto quer dizer que, no sentido leste/oeste, uma pessoa que esteja a 1 km de uma primeira, terá o seu meio dia 2,16 segundos depois daquela. Por isso temos os 24 fusos horários ou zonas de tempo, definidas por meridianos distantes entre si de uma largura equivalente a 1 hora. Isto resulta em 15° (graus) de longitude para cada fuso horário ou ainda, 1o de arco para cada 4 minutos de tempo. Cada fuso é identificado pelo meridiano standard, que é aquele que passa pelo meio dele. A zona "zero" tem por meridiano standard o 0°, que, por convenção do século XVII, coincide com o meridiano que passa pelo observatório de Greenwich, em Londres, Inglaterra; a primeira zona o meridiano 15°, a segunda o 30°...

Ao se projetar um relógio de sol, uma diferença de + ou - 15' na determinação na longitude redundaria em um erro não maior de que 1 minuto na leitura, o que nas peças artesanais é irrelevante.

O Brasil usa os fusos 45° e 60° (respectivamente -3 e -4 horas em relação ao meridiano de Greenwich); a Argentina que tem quase todo seu território na zona dos 60°, se utiliza apenas da Hora Média Local (Hora Legal) do fuso de 45°.

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