ĐỒNG HỒ MẶT TRỜI
Đồng hồ là dụng cụ giúp ta chia ngày thành các đoạn thời gian nhỏ và làm cho các đoạn ấy có thể cảm nhận được.
Iô han Littơrôp "Những bí mật của bầu trời". Năm 1834.
Đồng hồ đứng không phải bao giờ cung hỏng...
Côdơma Prutcôp
Loại đồng hồ Mặt Trời cổ xưa nhất chính là cọc tiêu Mặt Trời (tiếng Hán là thổ khuê). Đó là một cái que, cọc hay cột dựng thẳng đứng trên một cái nền bằng phẳng làm mặt đồng hồ. Mặt đồng hồ chỉ có một dấu vạch là đường thẳng chỉ hướng bắc chạy từ chân cột, đó chính là bóng cột lúc giữa trưa. Mặt đồng hồ cũng có thể chia các vạch giờ, nhưng các vạch sẽ không cách đều nhau, hơn nữa khoảng cách giữa các vạch cũng dần dần thay đổi từ ngày này sang ngày khác, nên không chính xác.
Muốn cho cọc tiêu luôn chỉ đúng giờ thì phải đặt nó nghiêng theo hướng trục Trái Đất, tức là chỉ sao Bắc Cực. Tuyệt đại đa số các đồng hồ Mặt Trời trên thế giới có đầu bắc của que (cọc tiêu) hướng về sao Bắc Cực, còn đầu nam (đầu phía dưới) hướng về chòm sao Nam Cực, nơi có thiên cực nam (nhưng không có sao Nam Cực). Kiểu đặt đồng hồ này đã được Anacximen xứ Milet (Hy Lạp) thực hiện khoảng năm 530 trước Công nguyên khi xây đồng hồ Mặt Trời ở Lakeđemôn.
Suốt 2000 năm sau đó, đây là công cụ đo thời gian chủ yếu. Đồng hồ Mặt Trời được dựng trên các quảng trường của các thành phố cổ đại và trung cổ, chi phối sinh hoạt của người dân còn ở các công viên vườn tược thì có thêm chức năng giải trí và học tập. Thường thường chúng được đặt trên bệ có mặt nằm ngang, hoặc trên tường các tòa nhà. Đó là loại đồng hồ kiểu chân trời (mặt nằm ngang). Thời Trung thế kỷ (Trung đại) đồng hồ lắm khi có những hình tượng rất khác thường. Bạn thử hình dung mà xem: trên quảng trường có một mụ già xương xẩu, chính là thần chết, đứng tựa vào cái lưỡi hái mà cán lưỡi hái lại là cọc tiêu kiểu chân trời, nhắc nhở cho những sinh linh trần thế trong thời gian là không thể cưỡng lại…
Trên mặt đồng hồ thường chỉ đánh dấu giờ. Thời trung thế kỷ chỉ có các nhà thiên văn mới chia thành phút cho nhu cầu của học còn trong sinh hoạt hàng ngày phút không có ý nghĩa gì lắm.
Đến thế kỷ XV-XVI người ta sử dụng cả đồng hồ Mặt Trời bỏ túi. Khi mở nắp hộp nhỏ lên giữa nắp và đáy hộp kéo ra sợi dây làm cọc tiêu hướng nghiêng. Đáy là mặt đồng hồ nằm ngang nắp là mặt đống hồ dựng đứng. Một cái la bàn lắp kèm giúp ta xoay cọc tiêu về hướng bắc còn dây rọi tí hon giữ cho hộp đúng phương nằm ngang. Bóng cọc tiêu chỉ thời gian đồng thời trên cả hai mặt đồng hồ. Một hạt cườm đặc biệt gắn trên cọc tiêu hắt bóng xuống chỉ ngày trong năm.
Đồng hồ Mặt Trời lớn nhất thế giới được xây ở Đêli (Ấn Độ), trong khu vục đài thiên văn cổ. Một cầu thang cao dài 18m hướng thẳng về phía sao Bắc Cực làm cọc tiêu. Bóng cầu thang hắt xuống bức tường hình vòng cung của mặt đồng hồ, trên tường có chia giờ và phút.
Nếu thường xuyên kiểm tra các đồng hồ được xây dựng một cách kỳ công như vậy theo tín hiệu thời gian chính xác (chẳng hạn theo tín hiệu của đài truyền hình) thì có thể thấy rằng trong một năm chỉ có 4 ngày 16-4, 14-6, 1-9 và 24- 12 chúng chỉ thời gian đúng như thời gian chúng ta đang dùng hiện nay. Vào tất cả những ngày khác trong năm Mặt Trời và đồng hồ Mặt Trời hoặc là chậm hơn (chẳng hạn, giữa tháng hai chậm 14 phút), hoặc là nhanh hơn (cuối tháng 11 nhanh 16 phút).
Giá như quả Đất tự quay khá đều cũng quay đều như thế trên quỹ đạo quanh Mặt Trời còn trục Trái Đất vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo thì Mặt Trời trên bầu trời và đồng hồ Mặt Trời dưới đất cũng chạy đều. Nhưng, thứ nhất là Trái Đất chuyển động theo hình elip và đầu năm tốc độ của nó nhanh hơn rõ rệt so với các tháng hè(nên một ngày đêm mùa đông hơi dài hơn một ngày đêm mùa hè. Thứ hai là trục Trái Đất nghiêng nên độ dài ngày đêm cũng không đều. Muốn để cho tất cả ngày đêm trong năm như nhau, người ta đã nghĩ ra một "Mặt Trời trung bình". Mặt Trời tưởng tượng ấy khác với Mặt Trời thực ở chỗ nó quay xung quanh Trái Đất, hơn nữa không đi theo Hoàng đạo, mà theo xích đạo trời. Nó chuyển động đều hoàn toàn và thứ "thời gian dàn đều" ấy mà chúng ta đang sống theo, được gọi là thời gian (giờ) Mặt Trời trung bình.
Có thể tính lại cho chính xác hơn thời gian của đồng hồ Mặt Trời bằng cách sử dụng đồ thị thời sai (có sách gọi thời sai là phương trình thời gian theo cách dịch máy móc từ các ngôn ngữ phương Tây). Trên đồ thị này trục hoành là các tháng trong năm, còn trục tung chúng ta sẽ biết cần phải thêm hay bớt bao nhiêu phút vào chỉ số của đồng hồ Mặt Trời (thời gian Mặt Trời thực) để có được thời gian Mặt Trời trung bình. Đây là các con số tính sẵn.
