Capa: Gnômon Hemisférico Polos, China.
Série AST: Astronomia sem Telescópio. Relógios.
Adaptado de Horacio Tignanelli, El Solar de las Miradas, Parque Astronómico La Punta. PALP.
Existe um certo consenso de que este instrumento teve origem na região mesopotâmica. Presumivelmente foi desenvolvido primeiro pelos caldeus (povo semita ao sul da Mesopotâmia). Posteriormente, a região foi dominada e passou a fazer parte do Império Babilônico. Até finalmente, chegar ao Império Grego (Europa, África e Ásia mediterrâneas).
Alguns historiadores sugerem que os Polos é o instrumento que deu origem aos “anelados”, às esferas armilares e ao Relógio de Sol Equatorial, desenvolvidos posteriormente pelos astrônomos do Império Grego ou Hemisféricos, desenvolvidos pelos astrônomos indianos.
Deve ter dado origem ao Relógio de Sol Hemisférico. Acredita-se que baseado em conceitos que datam de 300 a.C, o astrônomo greco-babilônico Berosus fez um relógio de sol hemisférico.
O magnífico Observatório Indiano de Jai Singh possui dois relógios do Sol gêmeos, chamados de Jai Prakash que podem muito bem ser o instrumento mais elaborado e complexo do observarório de Jai Singh.
Os mostradores hemisféricos também aparecem na arquitetura de Igrejas Europeias durante a Idade Média e no Observatório em Nanking, China, no final do século XIII. O Jai Prakash, no entanto, é muito mais elaborado, complexo e versátil do que qualquer um de seus antecessores.
Como é construído?
Segundo registros antigos, no início era um dispositivo constituído por uma semiesfera oca de grande diâmetro e com a concavidade orientada para o céu. E uma esfera (ou disco) pequena era mantida suspensa por cima desta semiesfera, justo sobre seu centro; e a sombra dessa pequena esfera produzida pelo Sol era projetada sobre a superfície côncava do instrumento. É esse modelo usado na construção dos Relógios Hemisféricos Indianos.
Uma variação da estrutura original é que, no lugar da pequena esfera suspensa, se coloca uma haste vertical no fundo da semiesfera, de modo que ela chegue exatamente até o centro da mesma, ou seja, coincida com um dos raios da esfera.
Deste modo, o Polos se trata de um Gnômon modificado, em que a superfície plana é substituída por outra, semiesférica, na qual a haste fica exatamente no centro da superfície côncava. Dessa forma, no Polos a variável “comprimento da sombra” perde importância e a variável que permanece única e significativa será a posição da sombra da extremidade do indicador, visível na superfície interior da semiesfera.
Vendo o Céu Invertido
A semiesfera côncava do Polos pode ser considerada como uma representação invertida da esfera celeste. Desta maneira, com o Polos é possível materializar o arco diurno do Sol, de forma “contraposta”. Em qualquer data, sob iluminação solar, a sombra da extremidade de sua haste descreverá uma curva sobre a superfície interna da semiesfera, simétrica à que descreve o Sol no céu, desde seu nascimento (orto, amanhecer) até se por (ocaso, anoitecer).
Cada ponto pode ser assinalado mediante alguma marca a intervalos regulares de tempo.
O que observar? O Caminho Aparente do Sol
O movimento do Sol pode ser desenhado com considerável precisão sobre o fundo do Polos, o que torna possível identificar de modo muito sensível, as datas dos Equinócios e Solstícios, como também estimar o ângulo de inclinação da Eclíptica.
Em outras palavras, a possibilidade de gravar o caminho do Sol no Polos, data por data, pode ser aproveitada para visualizar os acontecimentos originados pelo movimento solar aparente, reflexo do movimento que a Terra realiza em sua rotação diária e translação anual.
Deve-se registrar a posição da sombra da extremidade da haste durante um dia e se repetir tal operação periodicamente, por exemplo com vários dias de intervalo. Com isso, você poderá descobrir e perceber que estas sombras traçam curvas diferentes sobre a superfície do Polos, que coincidem com arcos celestes paralelos, simétricos aos que o Sol percorre durante o tempo em que se realizou os registros.
Este instrumento torna evidente que o Sol, diferente das estrelas fixas que sempre percorrem o mesmo paralelo, possui outro movimento sobre a esfera celeste: se trata do movimento anual do Sol pela eclíptica, reflexo da trajetória real da Terra ao seu redor (translação).
No Solar de las Miradas, La Punta, o movimento solar na eclíptica é traçado com uma escultura que representa o Sol (chamada Sol Móvel). Ela fica sobre o Camino Eclíptico, na zona de domínio de cada um dos Bancos Zodiacais.
O que observar? As Estações do Ano Solar
Se a observação se prolongar durante um ano solar inteiro, a curva descrita pela sombra oscila entre uma altura máxima e uma altura mínima.
No hemisfério sul, a data em que o Sol está mais baixo sobre o horizonte, ocorre por volta de 21 de junho. E quando está mais alto, em cerca de 21 de dezembro. As datas e alturas se invertem no hemisfério norte da Terra.
Usando nosso calendário atual, tomando o dia 21 de dezembro como referência, se percebe que a sombra da extremidade da haste se desloca de tal forma que por volta de 21 de março, coincide com o Equador Celeste. Em seguida, continuará se deslocando na mesma direção até 21 de junho e, a partir deste momento, muda de direção, e volta a atravessar o Equador Celeste novamente em 21 de setembro. Até finalmente, chegar ao mesmo ponto inicial em 21 de dezembro, momento em que volta a repetir o ciclo – o ano solar.
Deste modo, com um Polos é possível determinar, de modo aproximado, as datas em que o Sol (e seu arco) se encontra mais alto e mais baixo (os Solstícios de verão e de inverno, respectivamente) e as datas em que o Sol atravessa o Equador Celeste (Equinócios de Outono e de Primavera).
Com essa variação é possível observar também a variação na duração do dia claro, ou seja, do tempo que o Sol demora para percorrer seu arco diurno sobre o horizonte. Você pode observar isto, por exemplo, marcando o lugar da sombra a intervalos regulares (uma hora ou meia hora), que ficarão representados por arcos iguais devido ao movimento solar, reflexo da rotação da Terra ao redor de seu eixo.
A duração do dia aumentará desde o Solstício de Inverno até o Solstício de Verão. E nas datas dos Equinócios a duração do dia claro é igual à da noite. Analogamente, a duração do dia claro diminui do Solstício de Verão ao Solstício de Inverno.
O que observar? A Inclinação da Eclíptica.
Com este instrumento podemos também calcular a inclinação da Eclíptica, ou seja, o ângulo de inclinação do eixo de rotação da Terra. Isto pode ser determinado diretamente medindo o ângulo que da extremidade da haste subtendem o ponto mais baixo das curvas traçadas pelo Sol nos Solstícios (Ou seja a superfície do Polos, já que o indicador coincide com o raio do Polos), no momento em que estes pontos estiverem sobre o meridiano local. Sua medida dará aproximadamente 47°, com o qual se obtém um ângulo de 23° 30’ como valor dessa inclinação. É uma geometria simples para quem, realmente, construir um Polos e observar!
Com o Polos também podemos determinar a direção do meridiano e a latitude do lugar de observação.
O meridiano se situa aproximadamente na linha que une os pontos inferiores das curvas diárias traçadas pela sombra.
A latitude pode ser obtida medindo o ângulo que no Equinócio forma a sombra no meridiano com o pé do indicador, ou seja, medindo esse ângulo na data dos Solstícios e subtraindo (ou somando) os 23° 30’ da inclinação da Eclíptica.
Os erros na determinação de datas e direções feitas com o Polos dependem drasticamente do tamanho do instrumento e também no fato de que os Solstícios e Equinócios não ocorrem exatamente ao meio-dia.
Polos: Um Relógio Noturno?
Além disso, o Polos permite, ser usado como um relógio celeste durante a noite.
Para isso, devemos acoplar uma armação esférica que represente a zona do Zodíaco com suas 12 constelações e com a divisão em 360° semelhante aos aros de uma esfera armilar. Para usá-lo como relógio será preciso conhecer a Constelação (e a posição em graus sexagesimais) na qual o Sol havia se posto.
A qualquer hora da noite, se poderia adaptar essa esfera zodiacal de maneira que as constelações ocupassem nela a mesma posição em que estariam no céu noturno. Como deveria ser girado para assegurar esta adaptação, a posição ocupada pelo Sol no ocaso tinha que ser deslocada ao longo das linhas das horas marcadas no instrumento, do mesmo modo que a sombra da haste o fazia durante o dia. Assim, da mesma maneira em que se fazia de dia a partir do Sol, durante a noite de poderia ler a hora a partir das estrelas.
O Gnômon Polos montado no Solar de las Miradas consta de uma semiesfera de cimento de 1 metro de diâmetro com uma haste de ferro fina de aproximadamente 0,4 cm de diâmetro e 50 cm de altura, fixada em seu centro e coincidente com a vertical local (materializando um raio dessa semiesfera).
