Щороку 21 червня тисячі людей приїздять до англійського містечка Солсбері та прямують до однієї з найвідоміших історичних споруд Британських островів — пригоризонтної обсерваторії Стоунгендж. Там вони чекають світанку, щоб зайвий раз переконатися: Сонце в день літнього сонцестояння сходить саме в тій точці, яку «відмітили» наші древні предки.
Насправді точний момент сонцестояння не припадає щороку на ту саму дату: оскільки тривалість повного оберту Землі навколо Сонця майже на 6 годин більша за 365 сонячних діб, приблизно на стільки ж пізніше наше світило щороку досягає максимального додатного схилення (саме цей момент в астрономії вважається істинним сонцестоянням), а у високосні роки нагромаджена таким чином «надлишкова» доба компенсується, й сонцестояння знову потрапляє на більш ранні дати. Цього року воно відбудеться 20 червня.
Отже, зовсім необов’язково ночувати на Стоунгенджі саме в ніч із 21 на 22 червня. Практично в тій самій точці горизонту наше світило з’являтиметься і днем раніше, і днем пізніше. Приблизно тиждень в околицях моменту, коли схилення центру сонячного диску сягає максимуму, воно змінюється дуже несуттєво й на положення місця заходу Сонця майже не впливає. Тож чи є можливість побачити сонцестояння неозброєним оком?
Підступний диск
Тут одразу треба зробити зауваження, що спостерігати Сонце без захисту можна лише тоді, коли воно знаходиться практично над самим горизонтом і його промені проходять достатньо велику відстань у земній атмосфері. Завдяки цьому значна частина випромінювання поглинається та розсіюється. В усі ж інші моменти необхідно захищати око темним склом або використовувати спеціальні дзеркальні фільтри. Але чи треба для визначення висоти нашого світила над горизонтом дивитися безпосередньо на нього?
Стародавні астрономи використовували для визначення моменту полудня гномон — достатньо довгу палицю, вертикально встромлену в землю. Коли її тінь ставала найкоротшою, це означало, що Сонце проходить верхню кульмінацію. Цей же принцип застосували в сонячних годинниках. Щоправда, там головним «предметом вимірювань» стала не довжина тіні, а її положення. Чим вище гномон — тим більшу точність вимірювань він забезпечує. Найбільший у світі подібний годинник, збудований в обсерваторії «Джантар Мантар» індійського міста Джайпур, має висоту 27,4 м і дозволяє відраховувати час із точністю до двох секунд. Можливо, ця техніка допоможе виявити зміну висоти світила в кульмінації під час сонцестоянь?
Не допоможе, і ось чому. Швидкість добового руху Сонця небесною сферою, що насправді відображає обертання Землі навколо її осі, дорівнює 15° за годину, або 15 кутових секунд за секунду. Це означає, що за одну секунду часу наше світило пересувається на величину, трохи меншу за 1/20 видимого діаметра його диску. Схилення ж центру Сонця поблизу сонцестоянь за добу змінюється не більше ніж на 7-8 кутових секунд. У чому ж проблема? Треба лише збудувати вежу в 4 рази вищу, ніж у джайпурського сонячного годинника…
Насправді таких веж навколо мешканців великих міст більш ніж достатньо. Стандартний 9-поверховий будинок має висоту 25 м, а зараз ми вже маємо чимало 24-поверхових і вище. Спробуйте в ясний сонячний день уважно придивитися до тіні, яку відкидає ріг такого будинку чи якась примітна деталь на даху (наприклад, антена). Відразу приготуйтеся до несподіванки: ви її… не побачите! Точніше, її край буде настільки нерізким, що практично не дасть можливості відрізнити, де починається затінена ділянка й закінчується освітлена.
Річ у тім, що наше денне світило не є точковим джерелом світла, а має достатньо великий диск. Тому тіні, створювані ним, будуть обрамлені півтінню — ділянкою, де сонячний диск виглядає затуленим не повністю, а частково. Зі збільшенням відстані до «затінюючого» предмета зростатимуть і розміри півтіні. Саме тому дві секунди — це максимально можлива точність сонячного годинника. Виміряти зміну схилення Сонця біля сонцестоянь таким способом неможливо.
Середньовічна фотокамера
Та все ж наші предки виявилися достатньо кмітливими, щоб обійти цю складність. Знов-таки, згадаймо Стоунгендж: його будівельники орієнтувалися не просто на «точку заходу Сонця», а на зникнення за горизонтом верхнього краю його диску. Цей момент можна визначити з точністю до секунди. От якби вдалося «зачепитися» за цей край, коли світило перебуває високо в небі…
Якщо повністю закрити вікно в кімнаті якимось непрозорим матеріалом, залишивши в ньому невеликий отвір, на протилежній стіні можна помітити «картину» зовнішнього світу, віддзеркалену по горизонтальній осі. Чим менше розмір отвору, тим тьмянішим буде зображення, але й тим більшою буде його різкість. Це відома з раннього середньовіччя камера-обскура, що дозволяла робити «фотографії» задовго до того, як винайшли лінзи та світлочутливі матеріали: достатньо було спроєктувати зображення на аркуш білого паперу та обвести олівцем контури предметів на ньому.
Сонце — найяскравіший об’єкт на небі, воно достатньо яскраво світитиме навіть крізь крихітну шпаринку. Її мінімальний розмір насправді обмежений хвильовою природою світла: діаметр отвору має бути не меншим за 0,02 мм. Аби побачити такий тоненький промінчик, потрібна абсолютно темна кімната. І, звичайно, чим далі знаходитиметься спостерігач від отвору, тим точніше він зможе виміряти відхилення променя від його попереднього напрямку чи якогось фіксованого орієнтиру.
Саме цей принцип використовувався при спостереженнях Сонця на славетнії обсерваторії Улугбека. Вона мала квадрант радіусом 40,2 м, що дозволило вченому визначити тривалість року з точністю до половини хвилини, а величину нахилу екліптики до небесного екватора — з точністю до кутової мінути. Цей результат став найточнішим у дотелескопічну епоху.
В Європі теж проводилися подібні спостереження. Неважко зрозуміти, що найкращі умови для них були у церквах із їхніми високими куполами та шпилями. Наприклад, Флорентійський собор у дні сонцестояння приваблює багато відвідувачів. Вони хочуть побачити, як сонячний промінь, що пройшов крізь отвір у даху, освітлює спеціально вбудований у підлогу мармуровий кружечок. Через те, що схилення Сонця кілька днів лишається майже незмінним, таке «влучання» відбувається не лише 21 червня, але й 20-го і 22-го, а іноді ще й 19-го чи 23-го. Це залежить від того, в який точно момент часу наше світило проходить свою «найвищу точку». Звичайно, промінь на підлозі має вигляд доволі великого диску, й деякий час до та після сонцестояння він заходить на «мітку» лише частково, а в інші дні не потрапляє на неї взагалі. Чи є такі «астрономічні церкви» в Україні — наразі з’ясувати не вдалося.
