นาฬิกาแดด

        นาฬิกาแดด (Sundial) เป็นเครื่องมือในการบอกเวลาของมนุษย์มาแต่โบราณ ในการศึกษาเรื่องนาฬิกาแดดจะช่วยให้มีความรู้เรื่องเส้นทางเดินของดวงอาทิตย์ หรือ “สุริยวิถี” และเป็นหลักฐานที่แสดงว่าแกนโลกเอียง 23.5°  ขณะโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าที่สังเกตในเวลาเดียวกันของแต่ละวัน เคลื่อนที่เปลี่ยนไปในรอบปี ดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 เส้นสุริยวิถีเอียงทำมุมกับเส้นศูนย์สูตรฟ้า ทำให้เรามองเห็น

  ดวงอาทิตย์ขึ้น - ตก ค่อนไปทางเหนือและใต้ในรอบปี

        นาฬิกาแดดมี 3 ประเภท คือ นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร นาฬิกาแดดแนวตั้ง และนาฬิกาแดดแนวราบ นาฬิกาแดดทั้งสามชนิดมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ชิ้นส่วนคือ

• สันกำเนิดเงา (Gnomon อ่านว่า "โน - ม่อน") ตั้งชี้เข้าหาจุดขั้วฟ้าในแนวทิศเหนือ - ใต้ มีหน้าที่กำเนิดเงาแทนเข็มนาฬิกา

• หน้าปัด (Dial) เป็นฉากรับเงาที่เกิดจากสันกำเนิดเงา โดยทั่วไปจะมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง เช่นเดียวกับนาฬิกาทั่วๆ ไป เส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร และนาฬิกาแดดแนวตั้งจะห่างกัน เส้นละ 15° เนื่องจากในหนึ่งวันทรงกลมฟ้าเคลื่อนที่เท่ากับ 360°/ 24 ชั่วโมง ส่วนเส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแนวราบแต่ละเส้นจะห่างไม่เท่ากัน เนื่องจากเป็นเอฟเฟกต์ซึ่งเกิดจากการฉายเงาจากแนวตั้งลงสู่แนวราบอีกทีหนึ่ง

นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร 

        หน้าปัดของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตรจะเอียงทำมุมในระนาบของเส้นศูนย์สูตรฟ้า โดยมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง เส้นชั่วโมงแต่ละเส้นทำมุมกัน 15° (360°/ 24 ชั่วโมง) เนื่องจากทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่ไป 15° ใน 1 ชั่วโมง ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 4 นาฬิกาแดดแนวตั้ง

        นาฬิกาแดดแนวตั้ง (Vertical Sundial) มีลักษณะและหลักการคล้ายคลึงกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร เพียงแต่หน้าปัดหรือฉากรับเงาจะตั้งขึ้นตั้งฉากกับพื้นโลก ดังภาพที่ 4   นาฬิกาแดดแนวตั้งจะต้องมีหน้าปัดสองด้านเช่นเดียวกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร เนื่องจากดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดแสง จะมีตำแหน่งค่อนไปทางเหนือ - ใต้ ตามแต่ฤดูกาล นาฬิกาแดดแนวตั้งส่วนมากมีขนาดเล็ก ชาวยุโรปนิยมสร้างนาฬิกาแดดประเภทนี้ ประดับผนังภายนอกอาคาร

ภาพที่ 5 หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวตั้ง

        หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวตั้งทำมุมตั้งฉากกับพื้น ดังภาพที่ 5 (ไม่เหมือนกับหน้าปัดของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร ซึ่งเอียงขนานกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรฟ้า) โดยมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง เส้นชั่วโมงแต่ละเส้นทำมุมกัน 15 องศา (360°/ 24 ชั่วโมง) เช่นกัน 

นาฬิกาแดดแนวราบ 

        นาฬิกาแดดแนวราบ (Horizontal Sundial) มีสันกำเนิดเงาขนานกับแกนหมุนของโลก และชี้ไปทางขั้วฟ้า เมื่อแสงอาทิตย์ส่องมา จะปรากฏเงาบนพื้นราบ ในลักษณะเดียวกับเงาของอาคาร หรือต้นไม้ ดวงอาทิตย์อยู่สูง เงาก็ยิ่งสั้นลง นาฬิกาแดดประเภทนี้เป็นที่นิยมใช้กันมากในประเทศที่มีละติจูดสูง แต่ไม่เหมาะสำหรับประเทศที่อยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตร เช่น ประเทศไทย เนื่องจากมุมละติจูดเล็กมาก ทำให้สันกำเนิดเงาต่ำมาก ดังภาพที่ 6

        เส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแนวราบแต่ละเส้นจะห่างไม่เท่ากัน (ไม่เหมือนกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร และนาฬิกาแดดแนวตั้ง ซึ่งมีเส้นชั่วโมงหางกันเส้นละ 15°) ทั้งนี้เป็นเพราะการฉายเงาจากสันกำเนิดเงาซึ่งอยู่ในแนวตั้งไปยังหน้าปัดในแนวราบ

ภาพที่ 6 หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวราบ

สมการเวลา

        นาฬิกาแดดทุกชนิดสามารถคลาดเคลื่อนจากเวลาจริงไม่เกิน ±16 นาที แล้วแต่ฤดูกาล เนื่องจากแกนของโลกเอียง 23.5° และวงโคจรของโลกเป็นรูปวงรี ทำให้ระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ไม่ใช่ระยะคงที่  ถ้าต้องการให้ค่าที่ได้ตรงกับความเป็นจริง จะต้องนำเวลาที่อ่านได้มาเทียบปฏิทินในกราฟสมการเวลา (Equation of Time) ด้านล่างอีกทีหนึ่ง  ยกตัวอย่างเช่น

• วันที่ 1 มกราคม อ่านเวลาจากนาฬิกาแดดได้ 10.00 น.​ ก็จะต้องบวกเพิ่ม 3 นาที ดังนั้นเวลาจริงคือ 10.03 น.

• วันที่ 1 พฤษภาคม อ่านเวลาจากนาฬิกาแดดได้ 10.00 น. ก็จะต้องลบออก 3 เวลาจริงคือ 09.57 น.

ภาพที่ 7 สมการเวลา (ที่มา: www.petrasundials.com)

[ดาวน์โหลดนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร คลิกไฟล์แนบด้านล่าง]