Несомненно важнейшим и самым распространенным простейшим хронометрическим прибором были солнечные часы – единственные из перечисленных видов часов, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска, неизвестна. Некоторые исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э., в которой указывается, что с помощью солнечных часов китайцы легко установили летнюю высоту Солнца в 79°06'20", а зимнюю – в 30°22'20", а отсюда они определили наклон эклиптики в 23°52'. Самым старым из сохранившихся письменных документов о солнечных часах, датируемых 732 г. до н.э., мы находим в Библии, в двадцатой главе Книги Царств. Под солнечными часами Аха-за здесь понимаются обелисковые солнечные часы царя Ахаза, жившего около 732 г. до н.э. Обнаружение древнеегипетских солнечных часов XIII и XV вв. до н.э. свидетельствует о том, что действительный период возникновения солнечных часов был значительно раньше, чем это вытекает из известных до сих пор письменных памятников.
Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. О том, что египтянам эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца, говорят записи древних писателей Аристофана, Атенея, Эвбола и других. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны на общественных площадях, на рынках. Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.
По изменениям длины и направления тени можно было не только измерять время, но также наблюдать взаимные перемещения Солнца и Земли. Нет сомнения в том, что математики и астрономы допифагорейской эпохи, к которым относились также Анаксимандр и Фалес, использовали результаты измерений для изучения движения космических тел. Кроме вавилонян, египтян и греков, изучением движения Солнца занимались и другие народы, например индусы и перуанские инки. Астрономические солнечные часы инков имели различные формы. Некоторые из них были похожи на наклонно установленные каменные диски, а другие – на низкую многогранную каменную колонну. Подобные сооружения, цель которых не во всех случаях полностью выяснена, были обнаружены и в Европе. Вблизи Уатмура в Эмсланде найдена группа камней, расположенных квадратом, самый крупный из которых находился в середине. Их расположение в плане свидетельствует о том, что уже в доисторическую эпоху они служили для получения данных о времени, с которым были связаны культовые обряды. На территории Великобритании до сих пор сохранилось более 200 подобных объектов. Как правило, это круговое скопление камней с расположенным посередине алтарем. Например, при археологическом исследовании в Стаф-фордшайре обнаружены четыре крупных камня, расположенные в направлении главных стран света. Пространство, ограниченное этими камнями, перекрещивается наклонным камнем, видимо, являвшимся главной частью больших солнечных часов. Положение этих солнечных часов позволяет, помимо определения времени суток, узнать и время летнего и зимнего солнцестояния. Однако самым интересным объектом этого рода является Стоунхендж, расположенный на Салисбургской равнине в центральной части Великобритании в 132 км к западу от Лондона. Имеются предположения, что концентрически расположенная группа камней и колонн, окруженная двумя круглыми рядами камней, была не только местом культовых обрядов у галлов, бриттов и ирландцев, но и астрономическим устройством, определяющим время солнцестояния. Возникновение этого сооружения с осью симметрии, образуемой широкой дорожкой и каменным блоком – гномоном, называемого Friars Heels, над которым всегда точно в день летнего солнцестояния восходит Солнце, относят к периоду 1840...1680 гг. до н.э.*. О первоначальном виде всего объекта в Стоунхендже существует много суждений.
* Более точная дата, установленная современным английским исследователем Дж. Хокинсом, – 1850 г. до н.э. (Прим. науч. ред.)
Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III – первой половине XV в. до н.э.*. Это сравнительно небольшой прибор, горизонтальная часть которого – линейка с хронометрической шкалой длиной около 30 см – имеет другое, перпендикулярное плечо, отбрасывающее тень на шкалу.
* Известны более ранние сведения о солнечных часах в Древнем Египте, например изображение солнечных часов и способа пользования ими на гробнице Сети около 1300 г. до н.э. (Прим. науч. ред.)
При измерении времени линейка со шкалой устанавливалась так, чтобы тень вертикального плеча под линейкой падала как раз на линейку со шкалой. Расстояние конечной точки тени от нулевой прямой у основания указателя указывало время суток.
Другим видом египетских солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси восток – запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей – восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все подымалась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.
На описанных выше солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Самым старым доказательством этого являются, конечно, вертикальные солнечные часы из слоновой кости, украшенные мифологическими рельефами, найденные при раскопках в месте Гезер в Палестине. Они восходят к эпохе правления фараона Мернефта в начале XIII в. до н.э. Другие настенные вертикальные солнечные часы были обнаружены тоже при раскопках в Луксоре. Хронометрические шкалы этих часов были различными. Портативные часы с перпендикулярной плоскостью тени имели деления через 13°, а стационарные часы – через 15°. Для получения правильного показания времени было необходимо, чтобы верхняя линия шкалы была горизонтальной и чтобы шкала составляла прямой угол с плоскостью местного меридиана. Поскольку египтянам того времени компас еще не был известен, они с этой целью вынуждены были вести наблюдения за моментами солнцестояний или равноденствиями.
Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.
Первая встреча греков с солнечными часами произошла, по-видимому, на острове Додеканес, куда их занесли халдеи. Завоевание Вавилона Александром Великим способствовало слиянию халдейской и эллинской культур. И Анаксимандр Милетский, который будто бы установил в Греции первый гномон в конце V в. до н.э., черпал свои знания, по-видимому, в Египте, где он изучал астрономию. Указывают, что именно Анаксимандр построил в Спарте в 547 г. до н.э. первые солнечные часы. Однако первоначально эти часы были предназначены не для измерения времени суток, а для контроля и корректирования календарных данных.
Среди простого народа распространился обычай измерять время длиной тени от собственного тела. Знание времени имело для грека весьма важное значение, так как, помимо срока его трудовых обязанностей, время указывало на приближение желанного момента для подкрепления пищей и для отдыха. В книге «Де ре рустика», написанной примерно около 400 г., Палладий указывает, что длина тени измерялась также длиной человеческой стопы. Правильность этого утверждения Палладия подтверждают и таблички, вытесанные на античном храме V...VI вв. в Техсе в Нубии. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении «Архитектура» не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы – так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320...250 гг. до н.э., который изготовил также солнечные часы с полукруглыми шкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса, живший в 408...356 гг. до н.э. Бывший ранее учеником Платона, он написал свое знаменитое сочинение о небесных явлениях, движениях звезд и атмосферных явлениях, склоняясь в этой работе к геоцентрической теории.
Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.
В Рим солнечные часы попали из Греции. Римский военачальник Папириус Курсор приказал в 93 г. до н.э. построить солнечные часы в храме Квиринал, а через 30 лет после этого консул Манлиус Валериус Мессала привез из Сицилии другие солнечные часы, которые затем установили на Римском форуме рядом с ораторской трибуной. Хотя эти часы были сконструированы для параллели, находившейся на 4° южнее, они все же служили в Риме почти 100 лет – до 164 г. до н.э., пока Квинтий Марцин Филиппус не построил рядом с ними другие солнечные часы, которые уже были приспособлены к географическому положению Рима. Около 250 г. до н.э., и позднее в Риме появились портативные солнечные часы в виде пластинок из бронзы или слоновой кости. При раскопках в 1755 г. там нашли портативные бронзовые солнечные часы римского происхождения, засыпанные в Портице при извержении Везувия в 79 г. На поверхности часов имелось семь горизонтальных и вертикальных кругов, а под ними – названия 12 месяцев. На правой стороне был стержень, выполнявший роль гномона.
Около 24 г. до н.э. Витрувий упомянул о дорожных солнечных часах. Правдивость его сообщения подтвердили раскопки, произведенные в 1894 г. у Форбаха, при которых были обнаружены такие часы в виде бронзовой пластинки диаметром 47 мм с пятимиллиметровым ободом и двумя отверстиями: одним – для подвески, а вторым – для прохождения солнечного луча.
Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года. При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов.
Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV в. Еще в конце XIV в. в Центральной Европе были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы с горизонтальной теневой штангой, перенятой первоначально из Египта, где благодаря сравнительно малой удаленности от экватора время указывалось с приемлемой степенью точности, тогда как в Греции или Италии эта точность была значительно хуже.
Измерение времени длиной тени кое-где сохранилось до позднего средневековья. Известный путешественник Марко Поло упоминает в одном месте описания своего путешествия на Восток в 1298 г., что: «... определяли часы дня по длине тени, отбрасываемой стоящей мужской фигурой». В ту пору были отдельные попытки построения гигантских солнечных часов. Врач и географ Паоло Тосканелли построил в 1468...1482 гг. на костеле св. Марии де Фиоре во Флоренции гномон высотой 84,5 м, с помощью которого удавалось измерять с полусекундной точностью местный полдень. С помощью этого гномона Тосканелли удалось уточнить данные астрономических таблиц.
Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 г. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением, которому предшествовали длительные обсуждения, было достигнуто то, что тень стрелки, называемой «полуосью», после этого нововведения равномерно вращалась вокруг «полуоси», поворачиваясь каждый час на 15°. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Одним из первых упоминаний о часах с «полуосью» является рукопись Теодорика Руффи от 1447 г. Некоторые солнечные часы того времени имели одновременно гномон и «полуось». Такие часы описаны в рукописи арабского астронома XV в. Сибт-аль-Маридини. Аналогичные часы построил примерно в то же время египетский астроном Ибн-аль-Магди.
Прогресс, которым ознаменовалась наука в эпоху Возрождения, отразился и на конструкциях солнечных часов. Сравнительно быстро, примерно за 130 лет, прежние несовершенные хронометрические приборы превратились в весьма точные для своего времени приборы, которыми можно было измерять время в любом месте земного шара. Это достижение связано с именами известных европейских астрономов и математиков, ему способствовали дальнейшие совершенствования и других приборов, что позволило, например, сочетать солнечные часы с компасом, используемым для их правильной установки.
Сами по себе солнечные часы без компаса указывали правильное время лишь тогда, когда они были построены с учетом географической широты места измерения, календарной даты и угла наклона Солнца во время измерения времени. Все это отошло с введением экваториальных часов с компасом. Для правильного наклона «полуоси» относительно горизонтальной плоскости достаточно было знать географическую широту места измерения. Например, для Праги, лежащей на географической широте φ = 50°05'19" (данные, относящиеся к бывшей обсерватории в Клементине), «полуось» составляет с горизонтальной плоскостью именно такой угол. Для вертикальных часов, к которым относится большинство настенных солнечных часов, необходимо отклонить «полуось» от стены на дополнительный угол φ = 90° – 50°05'19" = 39°54'41".
Следующим обязательным условием для правильного отсчета времени в экваториальных часах была точная установка солнечных часов относительно плоскости местного меридиана: «полуось», наклоненная в направлении земной оси, должна была лежать в плоскости меридиана. Однако определить направление север – юг без подходящего пособия было довольно трудно, а потому до введения компаса измерение времени солнечными часами было связано с рядом сложностей.
Изобретение компаса до начала нашего летоисчисления приписывается китайцам. Первые сообщения о появлении в Европе этого весьма важного прибора появились лишь в 1195 г. и относятся к морскому компасу. Сочетание компаса с солнечными часами является, по всей вероятности, делом рук немецких астрономов середины XV в.
Довольно быстро выяснилось, что стрелка компаса указывает не прямо на север, а отклоняется от него под определенным углом к западу. Об этом магнитном отклонении знали уже до 1490 г., и известно, что Колумб в одном из своих плаваний в 1498 г. корректировал показания компаса. Однако маловероятно, чтобы о магнитном отклонении знал французский ученый Пьер де Марику, который одним из первых занялся изучением магнетизма и его влияний уже в начале второй половины XIII в.
К первым создателям солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик Региомонтан, настоящее имя которого Йоганнес Мюллер (1436...1476), известный также под именем Жоан де Монте Регио (де Региомонт), работавший в середине XV в. в Нюрнберге. Он был автором первого специального труда о солнечных часах*.
* Эта дисциплина – гномоника – является первой в мире теорией научного приборостроения, ее начало датируется не XV в., а 400 г., когда основы гномоники были изложены в древнеиндийском трактате «Сурья сидд-хант» («Наука солнца»), затем у Ариабхата (V в.) и т.д. (Прим. науч. ред.)
В его время возникли также первые учебники по солнечным часам. С начала XVI в. теорию солнечных часов стали преподавать в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольд-штадта, в Праге и в Штирскем Градце как составную часть математики. Так возникли труды «Gnomonices libri octo», изданные в 1581 г. в Риме, и другие, авторами которых в XVII в. были Христиан Клавиус, Атанасиус Кирхер, Каспар Шотт, Эберхард Вельцер, Й.П. Штенгель, а в XVIII в. – Дж.У. Мюллер, И.Ф. Пентер и др.
Экваториальные солнечные часы с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 мин. Такие часы назывались гелиохронометрами. Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время, а не именно местное солнечное время, как у обычных экваториальных часов.
Из большого количества различных солнечных часов, подвергшихся в течение весьма длительного периода развития различным изменениям, обусловленным временем, а также вкусом и способностями их создателей, с которыми пришлось долго соревноваться более современным и более всесторонним механическим часам, мы вкратце охарактеризуем лишь те из них, с которыми читатель может чаще всего встретиться в музейных и дворцовых коллекциях.
На корпусах солнечных часов обычно указывалась траектория Солнца (эклиптика), эклиптикальные точки, календарные дни и соответствующие высоты Солнца в каждый час дня. Как правило, горизонтальную стрелку можно было подать внутрь или же передвинуть в положение для соответствующей дневной кривой.
Известны и другие варианты солнечных часов: с закругленными поверхностями циферблатов, коническими, колончатыми, в форме кубка и др. В развитии солнечных часов большие заслуги принадлежат известному чешскому математику и астроному Яну Шинделю, который написал труд о пражских курантах перед своим переездом в Нюрнберг в 1423 г. Солнечные часы в виде полого полушария со стрелкой, отбрасывающей тень на внутреннюю полость, начали строить с 1445 г. На основе этих часов через некоторое время стали изготовлять кубковые солнечные часы, в чем особенно отличился в период около 1530 г. Г. Гартманн из Нюрнберга.
Солнечные часы встречались не только в виде часов, расположенных на открытом воздухе – на земле, колоннах и т.п., но и в виде небольших настольных часов. Их изготовляли из древесины, стекла, а начиная с XVI в. и из известняка, мрамора, сланцев, или же их циферблаты гравировали на бронзе, меди, серебре, железе, цинке и других металлах. В Чехии такие часы изготовлял около 1600 г. один из первых мировых мастеров по строительству солнечных часов Эразм Габермель, а позднее, в 1787...1803 гг., – мастер Йоганн Энгельбрахт. Эти часы обычно имели деление шкал на четверти часов, кривые высот Солнца и т.п. В XVIII в. некоторые солнечные часы имели и шкалы для отсчета минут.
Разновидности солнечных часов были весьма многообразны.
Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что солнечные часы стало возможным использовать повсеместно и появились их портативные, карманные или дорожные модели.
Интересны кольцевые солнечные часы – один из вариантов дорожных солнечных часов, – которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески. Главной частью таких часов было латунное кольцо диаметром в несколько сантиметров (рис. 1а) с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющем солнечному лучу проходить через отверстие в шкале. Первое описание часов подобного рода в виде перстня с печатью содержится в книге «De compositione annuli astronomici», написанной врачом Боне и изданной в Париже в 1500 г.
Рис. 1. Кольцевые солнечные часы: высотные (слева); экваториальные (справа).
На подобном принципе строились и так называемые «экваториальные кольца» – аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с Другом круга. Позднее возник новый вариант (рис. 1б) с поперечиной вместо третьего кольца. На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой – знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча. Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга.
Существовали также простые кольцевые часы со шкалами, относящимися лишь к определенной географической широте, но для различных месяцев. Некоторые кольцевые солнечные часы английского происхождения (XVIII в.) имели по два солнечных отверстия с отдельными шкалами для зимнего и летнего периодов.
Одной из самых популярных разновидностей дорожных солнечных часов были так называемые пластинчатые солнечные часы. Первые экземпляры таких часов появились в Европе в 1451...1463 гг. Обычно они состояли из двух, а в исключительных случаях – из трех одинаковых по величине четырехгранных прямоугольных пластинок, соединенных подвесками, причем в нижней пластинке обязательно должен был находиться компас. Эти часы изготовлялись из самых различных материалов: меди, бронзы, весьма часто – из древесины, а позднее – и из слоновой кости. К самым старым изготовителям пластинчатых солнечных часов относился известный венский часовщик Георг Пейербах. В XVIII в. изготовили много таких деревянных часов с бумажными шкалами, наклеенными на вертикальные и горизонтальные поверхности. Кроме правильной четырехгранной формы или овала, такие часы иногда имели форму щита или какого-либо музыкального инструмента.
Индийские путешественники, которые, отправлялись в Бенарес, обычно носили с собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами, представляющие собой также дорожные солнечные часы (ашадах). Ручка такой палки просверливалась обычно четырьмя сквозными отверстиями. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу.
На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование «ашадах» эти часы получили по тому сезону (июнь – июль), в котором совершались путешествия.
К дорожным часам относились и футлярные солнечные часы самых разнообразных форм. Очень часто они состояли из нескольких пластинок, соединенных подвесками, и располагались в общем футляре из позолоченной или посеребренной латуни или меди. Иногда к ним добавляли лунные часы, которые указывали изменения положения Луны. Главной частью лунных часов была поворотная пересчетная шкала, называвшаяся вольвелой, которая служила в качестве переводной таблицы для определения среднего солнечного времени.
Для дорожных нужд футлярные часы снабжались таблицами или шкалами для различных географических широт. Такие часы имели четырехгранную, шестигранную, восьмигранную, круглую или же иную форму. Эразм Габермель, работавший в конце XVI и начале XVII в. при пражском дворе императора Рудольфа II, был одним из немногих, кто изготовлял такие часы в виде книги (рис. 2). Солнечные часы в виде книги делали также У. Шнип и Х. Кенинг, оба – мастера XVI в. На некоторых часах этого рода шкалы были весьма сложными. Помимо вечного григорианского или юлианского календаря, продолжительностей дня и ночи, времени восхода и захода Солнца, некоторые из часов этого рода указывали и лунные или звездные часы.
В музейных или частных коллекциях мы часто встречаемся с полиэдрическими солнечными часами, основой которых было многоплоскостное тело, обычно в виде куба или квадрата. Большинство поверхностей таких часов бывают функциональными, и каждая из них представляет собой определенный тип часов. Здесь можно найти, например, наряду с горизонтальными часами полярные, северные, часы равнодействия и т.д. Конструкция полиэдрических часов позволяла их творцам фантазировать. Они имели разнообразные формы в виде крестов, щитов, кубков и т.д.
Из полиэдрических часов были созданы после 1500 г. призматические солнечные часы восьмигранной формы.
К многоповерхностным часам относятся и пирамидальные солнечные часы с горизонтальными солнечными часами, расположенными на скошенной поверхности усеченной пирамиды, или четырехгранные часы в виде двойной пирамиды. Эти часы изготовляли из различных металлов, древесины, бумаги, а для больших часов применяли и камень.
Рис. 3. Аналемматические солнечные часы.
Другими интересными экваториальными часами являются аналемматические солнечные часы (рис. 3), стрелка которых также направлена перпендикулярно плоскости часовой шкалы, но эта шкала лежит не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, например непосредственно на земле. Если бы нам понадобилось измерять этими часами время, то надо было бы вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и при этом одновременно изменять положение стрелки в меридиональной плоскости применительно к сезону года. Описание этих часов появилось в астрономических трудах XVI в., но детальными измерениями с помощью этих часов стал заниматься лишь в середине XVIII в. астроном и директор Парижской обсерватории Джозеф Джаром Лаланд.
Известны и оригинальные так называемые рефракционные солнечные часы, которые имеют чашу с часовой шкалой и теневую стрелку. Их работа основана на том известном явлении, что световой луч, падающий наклонно на плоскость раздела двух различных сред, преломляется. Перед измерением надо чашу наполнить до определенной высоты водой. Теневой луч стрелки преломляется на линии разграничения воздуха и воды, и лишь этот преломленный луч указывает на погруженной в воду временной шкале данное время. Рефракционные часы имели формы кубков и различных сосудов.
Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат этих часов, встречающихся довольно часто в Германии и в Англии, обычно состоит из мозаичной филенки, залитой свинцом. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания, и облегчала контроль других хронометрических приборов, например водяных или кольцевых часов, находящихся внутри здания. Техника изготовления прозрачного циферблата была различной. Наряду с мозаикой применялся непосредственный рисунок на стекле, а позднее стали гравировать шкалы на стекле или же наклеивать на него бумажные циферблаты. Внешняя стрелка отбрасывала тень на циферблат, устроенный так, чтобы конец тени указывал не только часы, но и положение Солнца в зодиаке.
Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома. Первым такие часы описал Й.Б. Бенедиктус в своей книге «De gnomonum umbrarumque solarium usus liber», изданной в Турине в 1574 г. По неподтвержденным сведениям, конструированием зеркальных часов занимался будто бы и Николай Коперник, о чем свидетельствует и циферблат зеркальных часов, сохранившийся на замке в Ольштыне. О практике строительства таких часов говорят сведения о том, что в 20-х и 30-х годах XVII в. этим занимались Шенбергер, Г. Таглиани и Атанасиус Кирхер, который опубликовал свои данные об этих часах в книге «Primitiae gnomonicae catoptricae hoc est Horologiographiae novae specularis», изданной в 1635 г. в Авиньоне.
Кроме часов из драгоценных и обычных металлов, камня, дерева и бумаги, люди изыскивали и примитивные способы измерения времени по тени, когда единственным пособием для этого была человеческая рука с пятью пальцами. Первые сообщения о таких солнечных часах относятся к началу XVI в. Теневым указателем были палец, палка, стебель или ствол цветка. В литературе описание этого примитивного способа измерения времени встречается под названием manuale horoloqium. Простейшим способом измерения времени с помощью так называемых сельских часов было то, что левую руку поворачивали ладонью вверх и ее направленный вверх большой палец выполнял роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени сохранялся среди сельского населения весьма долгое время. Во Франции, в Южной Германии и некоторых других местах этот способ хорошо был известен даже в прошлом веке. В качестве теневого указателя достаточно было короткой веточки длиной с мизинец, которую держали перпендикулярно между мизинцем и безымянным пальцем.