นาฬิกาแดด

นาฬิกาแดด (Sundial) เป็นเครื่องมือในการบอกเวลาของมนุษย์มาแต่โบราณ  ในการศึกษาเรื่องนาฬิกาแดดจะช่วยให้เรามีความรู้เรื่องทางเดินของดวงอาทิตย์ หรือ “สุริยวิถี”  และเป็นพยานหลักฐานในเรื่องแกนโลกเอียง 23.5 องศา ขณะโคจรรอบดวงอาทิตย์  นอกจากนั้นยังทำให้เราเข้าใจถึงเรื่องความสัมพันธ์ของธรรมชาติ ปริมาณพลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ และเรื่องของฤดูกาล

ภาพที่ 1  เส้นสุริยวิถีเอียงทำมุมกับเส้นศูนย์สูตรฟ้า  
ทำให้เรามองเห็นดวงอาทิตย์ขึ้น-ตก ค่อนไปทางเหนือหรือใต้ในรอบปี

          นาฬิกาแดด แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร  นาฬิกาแดดแนวตั้ง และนาฬิกาแดดแนวราบ  นาฬิกาแดดทั้งสามชนิดมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ชิ้นส่วนคือ  

          • สันกำเนิดเงา (Gnomon) ตั้งชี้เข้าหาจุดขั้วฟ้าในแนวทิศเหนือ-ใต้  มีหน้าที่กำเนิดเงาแทนเข็มนาฬิกา
          • หน้าปัด (Dial) เป็นฉากรับเงาที่เกิดจากสันกำเนิดเงา  โดยทั่วไปจะมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง เช่นเดียวกับนาฬิกาทั่วๆ ไป  เส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร และนาฬิกาแดดแนวตั้งจะห่างกัน เส้นละ 15⁰  เนื่องเพราะ ในหนึ่งชั่วโมง วงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่ไป 360⁰/ 24 ชั่วโมง   ส่วนเส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแนวราบจะห่างไม่เท่ากัน เนื่องจากเป็นการฉายเงาจากแนวตั้งลงสู่แนวราบอีกทีหนึ่ง 

นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร (Equatorial Sundial)

ภาพที่ 2  นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร

          นาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร มีสันกำเนิดเงาตั้งอยู่ในแนวทิศเหนือ-ใต้ ชี้ไปยังขั้วฟ้า หรือทำมุมเท่ากับ ค่าละติจูดของผู้สังเกตการณ์  โดยมีหน้าปัดรับเงาทั้งสองด้าน เนื่องจาก ในช่วงวันที่ 21 มี.ค. ถึงวันที่ 23 ก.ย. ดวงอาทิตย์จะอยู่ในซีกฟ้าเหนือ  ส่วนในช่วงวันที่  23 ก.ย. ถึงวันที่ 21 มี.ค. ดวงอาทิตย์จะอยู่ในซีกฟ้าใต้  นาฬิกาแดดประเภทนี้เป็นที่นิยมใช้ในประเทศแถบศูนย์สูตร เช่น ประเทศไทย เนื่องจากนาฬิกาแดดทั้งแนวตั้ง และแนวนอน มีสันกำเนิดเงามีระดับต่ำ ทำมุมลาดมาก และไม่สวยงาม

ภาพที่ 3  หน้าปัดของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร

          หน้าปัดของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตรจะเอียงทำมุมขนานกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรฟ้า โดยมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง เส้นชั่วโมงแต่ละเส้นทำมุมกัน 15 องศา  (360⁰/ 24 ชั่วโมง)  เนื่องจากทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่ไป 15⁰ ใน 1 ชั่วโมง 

นาฬิกาแดดแนวตั้ง (Vertical Sundial)

ภาพที่ 4  นาฬิกาแดดแนวตั้ง

          นาฬิกาแดดแนวตั้ง มีลักษณะและหลักการคล้ายคลึงกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร เพียงแต่หน้าปัดหรือฉากรับเงา จะตั้งขึ้นตั้งฉากกับพื้นโลก  นาฬิกแดดแนวตั้งจะต้องมีหน้าปัดสองด้านเช่นเดียวกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร เนื่องจากดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นต้นกำเนิดแสง จะมีตำแหน่งค่อนไปทางเหนือ-ใต้ ตามแต่ฤดูกาล  นาฬิกาแดดแนวตั้งส่วนมากมีขนาดเล็ก ชาวยุโรปนิยมสร้างนาฬิกาแดดประเภทนี้ ประดับผนังภายนอกอาคาร

ภาพที่ 5  หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวตั้ง

          หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวตั้งทำมุมตั้งฉากกับพื้น (ไม่เหมือนกับหน้าปัดของนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร ซึ่งเอียงขนานกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรฟ้า) โดยมีสเกลแบ่งเวลาเป็นชั่วโมง  เส้นชั่วโมงแต่ละเส้นทำมุมกัน 15 องศา  (360⁰/ 24 ชั่วโมง)  เช่นกัน
 
นาฬิกาแดดแนวราบ (Horizontal Sundial)

ภาพที่ 6  นาฬิกาแดดแนวราบ

          นาฬิกาแดดแนวราบ มีสันกำเนิดเงาขนานกับแกนหมุนของโลก และชี้ไปทางขั้วฟ้า เมื่อแสงอาทิตย์ส่องมา จะปรากฏเงาบนพื้นราบ ในลักษณะเดียวกับเงาของอาคาร หรือต้นไม้  ดวงอาทิตย์อยู่สูง เงาก็ยิ่งสั้นลง  นาฬิกาแดดประเภทนี้เป็นที่นิยมใช้กันมากในประเทศที่มีละติจูดสูง  แต่ไม่เหมาะสำหรับประเทศที่อยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตร เช่น ประเทศไทย  เนื่องจากมุมละติจูด (มุม A ในภาพที่ 5) เล็กมาก  ทำให้สันกำเนิดเงาต่ำมาก

ภาพที่ 7  หน้าปัดของนาฬิกาแดดแนวราบ

          ส่วนเส้นชั่วโมงของนาฬิกาแดดแนวราบแต่ละเส้นจะห่างไม่เท่ากัน (ไม่เหมือนกับนาฬิกาแดดแบบศูนย์สูตร และนาฬิกาแดด แนวตั้ง ซึ่งมีเส้นชั่วโมงหางกันเส้นละ 15⁰ ทั้งนี้เป็นเพราะการฉายเงาจากสันกำเนิดเงาแนวตั้ง ลงสู่พื้นหน้าปัดแนวราบอีกทีหนึ่ง ท่านสามารถทำความเข้าใจได้จากการใช้นาฬิกาแดดเกิดแก้ว