Введение

Гномон – часть солнечных часов, отбрасывающая тень. Этот термин также используется в различных областях математики и других науках.

История

Нарисованная палка, датируемая 2300 годом до нашей эры и обнаруженная при раскопках на археологическом памятнике Таоси, является самым древним известным в Китае гномоном. Гномон широко использовался в Древнем Китае, начиная со второго тысячелетия до нашей эры, для определения смены сезонов, ориентации и географической широты. Древние китайцы использовали измерения тени для составления календарей, упоминания о которых встречаются в различных древних текстах. Согласно сборнику китайской поэзии династии Чжоу «Шицзин» («Книга песен»), один из дальних предков короля Вэня использовал длину тени от гномона для определения ориентации примерно в XIV веке до нашей эры. Древнегреческому философу Анаксимандру (610–546 гг. до н.э.) приписывают заимствование этого вавилонского инструмента древними греками. Древнегреческий математик и астроном Энопид использовал выражение «начерченный гномон» для описания линии, проведенной перпендикулярно другой. Впоследствии этот термин стали применять к L-образному инструменту, похожему на угольник, используемому для построения прямых углов. Эта форма, возможно, объясняет его использование для описания фигуры, образующейся при вырезании меньшего квадрата из большего. Евклид расширил понятие гномона до плоской фигуры, получающейся при удалении подобного параллелограмма из угла большего параллелограмма. Фактически, гномон представляет собой разницу между двумя последовательными фигурными числами, включая квадратные и треугольные числа.

Определение Героя Александрийского

Древнегреческий математик и инженер Герон Александрийский определял гномон как величину, которая при добавлении или вычитании от некоторой сущности (числа или фигуры) образует новую сущность, подобную исходной. В этом смысле Феон Смирнский использовал его для описания числа, которое при добавлении к многоугольному числу даёт следующее число того же вида. Наиболее часто гномон понимается как нечётное целое число, особенно если рассматривать его как фигуральное число, лежащее между двумя квадратными числами.

Витрувий

Витрувий упоминает гномон как "gnonomice" в первом предложении главы 3 в первом томе своей книги De Architectura. Этот латинский термин "gnonomice" допускает различные толкования. Несмотря на сходство с "γνωμονικός" (или его женской формой "γνωμονική"), вряд ли Витрувий имеет в виду способность к суждению, с одной стороны, или проектирование солнечных часов, с другой. Более уместно предположить, что он ссылается на геометрию – науку, от которой гномоны в значительной степени зависят. В те времена вычисления производились геометрическими методами, в резком контрасте с алгебраическими методами, используемыми сегодня. Таким образом, представляется, что он косвенно говорит о математике и геодезии.

Гномоны с иглой

Перфорированные гномоны, проецирующие изображение Солнца, положение которого можно измерять для определения времени суток и года, были описаны в китайском трактате «Чжоуби Суаньцзин», возможно, датируемом началом эпохи Чжоу (XI век до н.э.), но сохранившимся лишь в редакциях, относящихся к периоду Восточной Хань (III век н.э.). На Ближнем Востоке и в Европе изобретение независимо приписывалось египетскому астроному и математику Ибну Юнусу около 1000 года н.э. Итальянский астроном, математик и космограф Паоло Тосканелли связан с установкой в 1475 году бронзовой пластины с круглым отверстием в куполе собора Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции, предназначенной для проецирования изображения Солнца на пол собора. Разметка на полу позволяла определять точное время каждого полудня (согласно сообщениям, с точностью до полусекунды), а также дату летнего солнцестояния. Итальянский математик, инженер, астроном и географ Леонардо Хименес реконструировал гномон на основе своих новых измерений в 1756 году.

Ориентация

В Северном полушарии тенеобразующий край гномона солнечных часов обычно ориентирован так, что он указывает точно на север и параллелен оси вращения Земли. То есть он наклонен к северному горизонту под углом, равным широте местоположения солнечных часов. В настоящее время такой гномон должен почти точно указывать на Полярную звезду, поскольку она находится в пределах 1° от северного небесного полюса. На некоторых солнечных часах гномон расположен вертикально. Такие часы обычно использовались в прошлом для наблюдения за высотой Солнца, особенно когда оно находится на меридиане. Стиль – это часть гномона, отбрасывающая тень. Этот край может меняться по мере движения Солнца. Например, верхний западный край гномона может быть стилем утром, а верхний восточный край – стилем после полудня.

Современное использование

Гномоны использовались в космических миссиях на Луну и Марс. Гномон, использованный астронавтами "Аполлона", представлял собой стадийный шест, установленный на карданном подвесе на штативе. Тень шеста указывала направление на Солнце, а краски различных оттенков серого с разной отражающей способностью и красные, зеленые и синие участки облегчали качественную фотосъемку на поверхности Луны. На марсоходах использовались "Марсианские циферблаты" (MarsDials).

В компьютерной графике

Трехмерный гномон обычно используется в системах автоматизированного проектирования (САПР) и компьютерной графике для облегчения позиционирования объектов в виртуальном пространстве. По соглашению, направление оси X окрашивается в красный цвет, ось Y — в зеленый, а ось Z — в синий.

В популярной культуре

Гномон Святого Сульписа внутри парижской церкви Сен-Сульпис, построенный для облегчения определения даты Пасхи, был художественно представлен как "Линия роз" в романе "Код да Винчи".