كيف نستفيد من الشمس في تقدير الوقت خلال النهار

لتحديد الوقت عن طريق الشمس يجب إتباع الخطوات التالية:

تحديد الاتجاهات الشرق والغرب والشمال والجنوب، وإذا لم نكن نعلمها فقط علينا مراقبة شروق الشمس أو غروبها؛ فنقطة شروق الشمس تحدد الشرق إذا جعلنا يدنا اليسرى تشير لها، هذا يعني أنّ يدنا اليمنى تشير للغرب أمامنا يكون الجنوب وخلف ظهرنا يكون الشمال.
نبقى على وقفتنا هذه إذا كنّا في النصف الشمالي للكرة الأرضية، ونعكس الوقفة إذا كنا في النصف الجنوبي للكرة الأرضية، فتكون يدنا اليمنى باتجاه الشرق واليسرى باتجاه الغرب، أمامنا الشمال وخلف ظهرنا الغرب.

الهدف من عكس الاتجاه أنّ مسار الشمس يكون بالتوازي مع خط الاستواء لهذا نحن ننظر إلى خط الاستواء لنحصل على قراءات أدق.
إذا كانت الشمس عمودية في السماء، فهذا يعني أنّنا وقت الظهيرة والساعة تكون 12:00 ظهراً، ويمكن ملاحظة أنّ الظل يكون أقصر ما يكون عند الظهيرة.
مسار الشمس في السماء من الشرق باتجاه الغرب سيتراءى لناظرينا على شكل قوس، وإذا انحرفت الشمس بزاوية ولم تكن عمودية في السماء، نحدد في أي قسم هي داخل القوس، هل هي في النصف الأيمن من القوس أم في النصف الأيسر، إذا كانت في النصف الأيسر هذا يعني أنّها أقرب للشرق بالتالي الوقت يكون قبل الظهيرة، وإذا كانت أقرب للغرب فإنّ الوقت يكون بعد الظهيرة، هذا طبعاً للقسم الشمالي من الكرة الأرضية ويكون العكس بالنسبة للنصف الجنوبي.

إلى هنا الوقت المقدّم تقريبياً: الظهر قبل الظهر وبعد الظهر، يمكن زيادة الدقة من خلال بذل مجهود أكبر في تقدير الوقت كالآتي:

يجب معرفة كم ساعة بين شروق الشمس وغروبها، لنقل أن الشمس تشرق الساعة الخامسة صباحاُ، وتغرب الساعة السادسة مساءً، بهذا طول النهار 13 ساعة.
نستخدم مخيلتنا لتقسيم قوس سير الشمس في السماء إلى 13 قسماً، كل قسم من الأقسام يساوي ساعة من النهار بحيث يكون القسم رقم 7 يحدد منتصف النهار أي الساعة 12:00 ظهراً.
باتجاه اليمين منتصف المسافة بين الغرب والقسم 7 يمثل الساعة 4:00 بعد الظهر.
باتجاه اليسار منتصف المسافة بين الشرق والقسم 7 يمثل الساعة 9:00 صباحاً.
ونقسم الوحدات الصغيرة إلى وحدات أصغر بنفس الطريقة.

عند التعامل مع الساعة الشمسية يجب مراعاة عدة أمور أهمها:

أنّ الوقت الشمسي المقدم هو فقط للمكان الذي تتواجد فيه، وليس على مستوى دولة كاملة، فمثلاً، إذا أخذنا التوقيت الشمسي لمدينة جدة السعودية سنجدها تتأخر حوالي 45 دقيقة عن التوقيت الشمسي لمدينة الدمام السعودية، نظراً للاختلاف المكاني بين المدينتين واختلاف انحراف الشمس تبعاً لذلك في سماء كل منهما.
الساعة الشمسية تختلف باختلاف الفصول، فنجد النهار يكون طويلاً في فصل الصيف وقصيراً في فصل الشتاء، نعني بذلك قد تشير الساعة الشمسية في فصل الصيف بالنسبة للمكان الذي تقع فيه الشمس إلى الساعة الثامنة صباحاً بينما الساعة الشمسية في فصل الشتاء ولنفس موقع الشمس تشير إلى الساعة الحادية عشرة صباحاً، والسبب في ذلك يعود إلى طول ساعات النهار وقصرها لكل فصل.
من عيوب الساعة الشمسية أنها تتعطّل ولا تعود تعمل في الجو الغائم، وحتى أثناء الليل فلا نستطيع الاعتماد عليها، لكن هناك طرق تمكننا من حساب الوقت تعتمد على النجوم مثل نجم الدب الأكبر وموقعه في السماء، أو بالاعتماد على القمر.

إنّ الوقت الشمسي يعتمد على المكان؛ لأنّ الأرض دائرية والشمس تتحرك من الشرق باتجاه الغرب، يكون ظهورها في الشرق يسبق ظهورها في الغرب بساعات، فجميعنا نعلم أنّها عندما تشرق في الصين تكون حوالي منتصف الليل في منطقة الشرق الأوسط، وينطبق هذا أيضاً على مستوى الدولة الواحدة.

من المعروف أنّ حكومات الدول تحدّد الوقت على مستوى الدولة بناءً على نقطة مرجعية، عادةً ما تكون العاصمة أو أقرب نقطة عن العاصمة تبعد ساعة أو مضاعفاتها عن خط الطول جرينتش GMT، لذا عند استخدام الساعة الشمسية (هنا نعني استخدام أداة تسمى ساعة شمسية تعطي الوقت بالدقائق والساعات وليس تقدير الوقت كما تم شرحه سابقاً)، يجب تعديل الوقت المحسوب عبرها مع التوقيت المحلي حتى تكون ذات معنى بالنسبة لمستخدمها. ولعمل ذلك يجب القيام بالآتي:

نأخذ المملكة العربية السعودية كمثال: في المملكة العربية السعودية التوقيت المحلي لها هو GMT + 3 على مدار السنة، وإذا أردنا مقارنة التوقيت الشمسي لثلاث مدن رئيسية في السعودية مع التوقيت المحلي في لحظة معينة سنحصل على الأرقام التالية، حسب الجدول أدناه.

المدينة التوقيت الشمسي خط طول
جدة 9:36 صباحاً 39.1
الدمام 10:20 صباحاً 50.08
الرياض 10:06 صباحاً 46.43

التوقيت المحلي للسعودية هو 10:00 صباحاً، حيث يقع على نقطة مرجع وهي خط طول 45 دقيقة، والنقطة المرجع: هي نقطة لأقرب بعد عن العاصمة الرياض، تعطي قراءة ساعة كاملة أو مضاعفاتها عن توقيت جرينتش.

نلاحظ حسب الجدول أن الوقت اختلف تبعاً للاختلاف المكاني، تعديل التوقيت للمدن الثلاث لتعطي جميعها القراءة نفسها للتوقيت المحلي الذي يعتمد على خطوط الطول التي تم إدراجها في الجدول، لكل درجة طول باتجاه الغرب تتم زيادة أربع دقائق، ولكل درجة طول باتجاه الشرق يتم طرح 4 دقائق.

نكمل مثالنا ونحسب الآتي:

أولاً: نحسب فرق درجات الطول بين المدن الثلاث عن نقطة المرجع الواقعة على خط طول 45 شرق خط GMT.
المدينة العملية الحسابية الناتج بوحدة الدرجات
جدة 39.1 – 45 – 5.9
الدمام 50.08 – 45 5.08
الرياض 46.43 – 45 1.43

الإشارة الموجبة تعني أن المدينة تقع شرق النقطة المرجع، بينما السالبة تعني أنّ المدينة تقع غربها.

ثانياً: نحسب الفرق بالدقائق بين المدن والمرجع.
المدينة العملية الحسابية الناتج بوحدة الدقائق تقريب الوقت “بالدقائق”
جدة – 5.9 * 4 – 23.6 24 دقيقة الفرق بالتوقيت بين مدينة جدة والتوقيت المحلي.
الدمام 5.08 * 4 20.32 20 دقيقة الفرق بالتوقيت بين مدينة الدمام والتوقيت المحلي.
الرياض 1.43 * 4 5.72 6 دقائق فرق التوقيت بين مدينة الرياض العاصمة والتوقيت المحلي.

الإشارة الموجبة هنا تعني: أن المدينة تسبق التوقيت المحلي، بينما السالبة تعني أنها تتأخر عن التوقيت المحلي.

ثالثاً: إجراء التعديل عن طريق حساب الوقت المحلي: نتابع بنفس المثال بإضافة فرق الدقائق إلى التوقيت الشمسي:

جدة 9:36 صباحاً + 24 دقيقة = 10:00 صباحاً
الدمام 10:20 صباحاً + – 20 دقيقة = 10:00 صباحاً
الرياض 10:06 صباحاً + -6 دقائق = 10:00 صباحاً.

يجب مراعاة التوقيت الصيفي والشتوي للدول التي تحول بين التوقيتين، فتتمّ إضافة ساعة للتوقيت الصيفي لنكون دقيقين في حساب التوقيت المحلي.
معايرة الساعة الشمسية للتوقيت الشمسي: الساعة الشمسية مثلها مثل أي أداة قياس تحتاج إلى إعادة معايرة كل فترة لضمان إعطاء قراءات دقيقة، فقد تعطي ثانية أو أجزاء من الثانية خطأً، وتتراكم هذه الأخطاء لتصبح مؤثرة مع الزمن. التغيير أو الخطأ في القراءة يمكن أن يكون بسبب انحراف الأرض بزاوية 23.4 عن محور الدوران، أو بسبب دوران الأرض حول الشمس ليس بخط دائري بنسبة 100%، فهذا يُسبّب فرقاً في القراءة قد يصل إلى 15 دقيقة في بعض المناطق، التعديل هذا يُسمّى معادلة الوقت the Equation of Time.