Zonnewijzers

Indeling van zonnewijzers

Het is een hachelijke zaak om een indeling van typen zonnewijzers te willen maken; altijd is er wel eentje die je ontsnapt. Maar ja, je moet wat, anders wordt deze site een rommeltje. En gelukkig is er altijd nog de rubriek 'overige'. Dus vooruit maar...

Wat is een zonnewijzer? Een instrument dat de tijd aanwijst, dat wil zeggen het uur en soms de datum. Maar wat ìs tijd dan eigenlijk? Voor de moderne natuurkundige is het een raadselachtig fenomeen, maar voor ons is het eenvoudigweg een maat voor de zonnestand van dat moment.
Een zonnewijzer is dus een instrument om (een aspect van) de positie van de zon aan het hemelgewelf te bepalen. En aan die positie koppelen we een getal, een waarde in een bepaald systeem van tijdsrekening.

Hoe de loop van de zon is tijdens de dag en door het jaar heen voor de breedte waar ik woon (ca. 53° NB) zie je hieronder weergegeven. De blauwe lijnen zijn de datumlijnen voor het begin van de dierenriem-maanden (geen erg moderne keus, maar het maakt het plaatje wel overzichtelijker). De positie van de zon is hierop in rood aangegeven als hij precies in het zuiden staat, en telkens een uur eerder en later; dat zijn dus de uurpunten. Als je ze met elkaar verbindt, ontstaan in rood de uurlijnen.

Uur- en datumlijnen voor 53° NB

Het is heel nuttig en verhelderend om voor je eigen woonplaats een dergelijk plaatje te maken. Je kunt direct aflezen hoe laat en waar de zon pkomt en ondergaad door het jaar. En als je de declinatie van een muur weet, kun je zo aflezen gedurende welke uren hij zon krijgt op verschillende data. Dit heb ik bijv. gebruikt bij de verticale zonnewijzer in Haren.



Puntzonnewijzers

Het meest voor de hand liggende type zonnewijzer is de puntzonnewijzer. De schaduw van een vast punt maakt een afbeelding van bovenstaand patroon op een ondergrond, de wijzerplaat. Die kan de vorm van een holle bol hebben, dan heb je een 1:1 afbeelding van het patroon aan de hemelbol. Dat type zonnewijzer stamt al uit de Oudheid. Maar andere wijzerplaten zijn gemakkelijker te maken, zoals een holle kegel of een vlak, in wat voor oriëntatie dan ook. Aan het principe verandert dat niets.

Wanneer het belangrijk was te weten wanneer het precies 12.00 uur zonnetijd is, werd een meridiaanwijzer gebruikt. Die kun je beschouwen als een puntzonnewijzer (meestal verticaal) die beperkt is tot de 12-uurs lijn. Vaak werd als schaduwgever een plaatje met een opening gebruikt, zodat de tijd aangewezen werd door een vlekje zonlicht.
Ze zijn er ook horizontaal, vaak in kerken. We spreken dan van een meridiaanlijn. Je vindt beide typen middagwijzers in de rubriek Punt- & meridiaanwijzers.

De schaduwgever of het gaatje waar het zonlicht doorheen valt, heet in het zonnewijzer-jargon een gnomon. Zonnewijzerkunde heet dan ook wel gnomonica.



Hoogte- en azimut-zonnewijzers

Nu gebruik je een klok meestal niet om de datum te weten te komen, maar je wilt wel gemakkelijk de tijd kunnen aflezen. Bij de puntzonnewijzer, met zijn netwerk van uur- en datumlijnen, vereist dat toch enig gepuzzel. Je kunt dat vermijden door alleen een bepaald aspect van de zonnestand te gebruiken. Dit kan bijvoorbeeld de zonshoogte zijn, dus het aantal graden dat de zon boven de horizon staat. Of de richting van de zon, en daarmee bedoel ik dan het azimut. Dat verkrijg je door een lijn loodrecht van de zon naar beneden te denken. In beide gevallen moet je wel op een of andere manier rekening houden met de datum, want in de bovenste grafiek zie je dat zowel hoogte als richting van de datum afhangen.

Het principe van de hoogtemeting is handig voor draagbare zonnewijzers, want je hoeft niet de kompas-oriëntatie te weten, maar je kunt ze op de zon richten. Voorbeelden zijn de ringzonnewijzer en de herdersstaf. Ik heb er op deze site geen voorbeelden van. Hoogte-metende zonnewijzers hebben het nadeel dat ze rond het middaguur niet erg nauwkeurig zijn, omdat de zonshoogte dan maar weinig verandert.

Een type dat gebruik maakt van het azimut van de zon is de analemmatische zonnewijzer. Hierbij wordt een staafvormige schaduwgever, een stijl, gebruikt die loodrecht op de wijzerplaat staat. In de voorbeelden op deze site is de wijzerplaat steeds horizontaal en de stijl dus verticaal. Maar andersom kan dus ook. De tijd wordt afgelezen waar de schaduw (of het verlengde ervan) de omtrek van een ellips snijdt. De lange as van de ellips loopt oost-west.

De stijl staat niet vast, maar moet in de loop van het jaar verschuiven langs een datumlijn op de korte as van de ellips. Nu kun je natuurlijk een hele rij gaten op de datumlijn maken en elke twee weken de stijl verplaatsen, maar het is veel leuker om zelf als stijl te fungeren en je eigen schaduw de tijd te laten aanwijzen. Daarmee wordt het een interactief instrument, geheel passend in dit computer-tijdperk.

Analemmatische zonnewijzers zijn mijn favoriete type. Niet het minst omdat we er een in onze tuin hebben. Ze vormen de meest uitgebreide rubriek op deze site.



Poolstijl-zonnewijzers

Het meest voorkomende type zonnewijzer heeft evenwel een stijl die evenwijdig loopt aan de aardas, een zg. poolstijl. Ten opzichte van de poolstijl draait de zon elk uur 15°. (In feite is het natuurlijk de aarde zelf die dat doet.) Poolstijl-zonnewijzers maken dus gebruik van de uurhoek van de zon, dat is de richting in het vlak van de evenaar, dat immers loodrecht op de poolstijl staat. Op het noordelijk halfrond wijst de bovenkant van de poolstijl naar de Poolster. In plaats van een staaf kan ook de rand van een of ander voorwerp als stijl dienen.

De wijzerplaat van de poolstijl-zonnewijzer kan elke willekeurige vorm hebben, net als bij de puntzonnewijzer. Ik vond zelfs een badkuip als wijzerplaat!

'Nette' poolstijl-zonnewijzers hebben natuurlijk een wijzerplaat in een goed gedefinieerde positie. Zo zijn er als speciale gevallen van de poolstijl-zonnewijzer de equatoriale, verticale, horizontale en polaire zonnewijzers. Ook bolzonnewijzers zijn poolstijl-zonnewijzers.

Er zijn twee nogal verschillende typen equatoriale zonnewijzers. De ene is de armillairsfeer of equatoriale ringzonnewijzer, waarbij de schaduw van de poolstijl op een equatoriale ring valt waarop de urenschaal is aangebracht. Dit type is nauw verwant met de horizontale, verticale en polaire zonnewijzers, de bolzonnewijzer met meridiaanboog en poolstijl-zonnewijzers met een vrijgevormde wijzerplaat.
Het andere type is de equatoriale plaatzonnewijzer, waarbij de poolstijl door een plaat in het equatoriale vlak steekt. 's Zomers dient de bovenkant als wijzerplaat, 's winters de onderkant.

Er zijn ook twee nogal verschillende typen bolzonnewijzers: met een meridiaanboog en de schaduwbol. Meestal worden ze in één adem genoemd, maar ten onrechte: de schaduwbol staat ver van de armillairsfeer en afgeleiden af.

Als op de poolstijl een merkteken aangebracht wordt, zoals een knop of inkeping, geeft de schaduw daarvan informatie over de datum. Daarmee verkrijg je een gecombineerde poolstijl/puntzonnewijzer. Op veel poolstijl-zonnewijzers tref je inderdaad datumlijnen aan. Om de indeling van deze site overzichtelijk te houden zal ik de term 'gecombineerde poolstijl/puntzonnewijzer' vermijden en ze ook niet hun eigen rubriek geven, maar ze gewoon bij het betreffende poolstijl-type opnemen.
De twee combinaties van poolstijl- en kruisdraadzonnewijzer op deze site zijn daarentegen in de rubriek 'overige typen' ondergebracht.

Als demonstratie van vakmanschap of om didactische redenen zijn er wel meervoudige zonnewijzers gemaakt. Vaak zijn het allemaal poolstijl-zonnewijzers. Ook hiervan vind je een aantal voorbeelden.



Andere typen zonnewijzers

Zoals beloofd is er ook een rubriek met andere typen. Hierin vind je o.a. kruisdraad-zonnewijzers, uurvlak-zonnewijzers en digitale zonnewijzers, allemaal principes van recente, d.w.z. 20e eeuwse, datum.

Dan zijn er installaties die iets met de loop van de zon te maken hebben, hoewel je ze geen zonnewijzer kunt noemen. Die heb ik in de rubriek verwante objecten ondergebracht.

En tot slot is er de rubriek zonnewijzers ??, met objecten die zonnewijzers lijken, maar het bij nader inzien niet zijn.



Zonnetijd en kloktijd

In het bovenstaande is de tijd die de zonnewijzer aanwijst de plaatselijke tijd. Daarbij staat de zon om 12 uur precies in het zuiden. Eeuwenlang is die tijdsrekening gebruikt. Toen er mechaniekjes kwamen die gelijk op moesten gaan met de zonsbeweging, ging het opvallen dat de zonneloop niet constant was, en daar houden machientjes niet van. Daarom introduceerde men een denkbeeldige zon doe wèl regelmatig loopt. Deze wijst de middelbare tijd. Het verschil is de bekende tijdsvereffening.
En toen de sociale communicatie de snelheid van de postkoets ging overschrijden, kwam er een tweede afwijking van de zonnetijd: de zonetijd. Zodoende worden zonnewijzers wel uitgerust met voorzieningen om informatie te geven over de positie van een denkbeeldige gemiddelde zon op een plaats die honderden of zelfs enkele duizenden kilometers (zomertijd!) oostelijk van ons ligt...



Classificatie van zonnewijzers

Er zijn al heel wat pogingen geweest om een rationele classificatie van zonnewijzers te maken, zoals je die bijvoorbeeld vindt in het periodiek systeem der elementen van Mendelejev, of in de systematische taxonomie van dieren en planten door Linnaeus. Tot heden zonder bevredigend resultaat, wat mij betreft. Soms richtten die pogingen zich vooral op draagbare modellen, zoals je die veel in musea vindt. Daar ontbreken dan in elk geval de 20e eeuwse uitvindingen. En de analemmatische zonnewijzer wordt dan alleen genoemd in combinatie met een horizontale, als zelfrichtende zakzonnewijzer.