Akreple yelkovan neden sağa döner?
İlk olarak eski Mısırlılar, güneşin her gün düzenli bir hareketle doğup, belirli zamanlarda gökyüzünün aynı noktalarında bulunup, battığını gözlemlediler ve bunun bir günü zaman parçalarına ayırmada kullanılabileceğini keşfettiler.
Böylece güneşin bu hareketinden yararlanarak ilk güneş saatini yaptılar. Bu saat, meydanlık bir yere yüksek bir taş koymak ve güneşin hareketi sırasında, bu taşın gölgesini takip etmekten ibaretti.
Mısır, konumu itibari ile kuzey yarım kürede fakat ekvatora da yakın bir ülke olduğundan, güneş doğduğunda, gölge hemen tam batıda oluşuyor, güneş yükseldikçe gölge kuzeye, yani sağa doğru hareket ederek, güneş batışında doğu yönüne ulaşıyordu. Yani gölge bugünkü tüm saatlerin akrep ve yelkovanında olduğu gibi soldan sağa doğru dönüyordu.
Daha sonraları, pendulumlu, pilli saatlerde de yön değişmedi, hatta sağa doğru dönüşler saat yönüne dönüş diye adlandırılır oldu.
Avustralya gibi ekvatorun güneyindeki ülkelerde, güneş doğarken taşın gölgesi güneye düşer ve güneş yükseldikçe sola doğru dönüş yapar. İlk saat orada keşfedilseydi, bugün akrep ve yelkovan ters yönde dönüyor olabilirdi.
Güneş Saati
Yerkürenin saydam olduğu ve merkezinde bir gözlemci bulunduğu varsayılırsa, bu gözlemci için, zamanın ölçülmesi sorun yaratmaz. Dünya nın, Güneş e göre kendi ekseni çevresinde dönmesi sonucu Güneş, 24 saatte ancak bir kez aynı boylam çizgisini keser. Yalnız, 24 saatte bir yinelenen bu kesim noktası, mevsim değişikliklerinden ötürü, biraz daha kuzeyde yada güneyde yer alabilir. Güneşin hareketini izlemek için, 24 eşit saat eralığına bölünmüş dairesel bir kadran, ekvator düzlemine oturtulur ve merkezine düşey bir çubuk (dünyanın dönme eksenine paralel) yerleştirilir. Artık mevsim ne olursa olsun, çubuk gölgesinin ucu, her gün aynı saatte aynı doğrultuyu gösterecektir.
Ne varki, güneş hareketinin bir yıl boyunca değiştiği, bu yüzden de güneş saatinin, duyarlı bir mekanik saatle karşılaştırıldığında on beş dakişka kadar ileri yada geri olduğu görülür. Bunun nedeni, Dünya nın Güneş çevresindeki yörüngesinin tam bir daire değil, bir elips biçiminde olmasıdır. Güneş elipsin merkezlerinden biri üstünde bulunmaktadır. XVII. yüzyıl da Kepler in ortaya koyduğu gibi, Dünya Güneş e Yakınken daha hızlı hareket eder. Dolayısıyle güneş, bazen ortalama yerinin ilersinde, bazende gerisinde kalır. Normal saat zamanı ile güneş saati zamanı arasında ortaya çıkan bu farka zaman dengelemesi denir. Zaman dengelemesindeki değişiklikler her her yıl aynıdır ve hesaplanabilir.
Gerekli düzeltmeler yapıldığında, dünyanın merkezindeki bir güneş saatiyle gerçek zaman okunabilir. Bunu sağlamanın bir yolu, zamanı, güneş saati mili (gnomon) üstünden okumak ve merkezden gelen düz çizgiler yerine, yılın çeşitli zamanları için farklı zaman işaretleri bulunan biraz eğri çizgiler kullanılmaktadır. Böylece uygun işaretlere göre okuma yaparak, bir kaç saniye yanlış payıyla gerçek zaman bulunabilir.
Bununla birlikte, gerçek güneş saati çeşitli sorunlar yaratır. Güneş alan herhangi bir düzlem üstüne (ister yatay, ister düşey, ister eğimli olsun) güneş saati yerleştirilebilir. Ama güneş saati milinin doğrultusu, mutlaka dünyanın dönme eksenine paralel olmalı, yani kuzey yarıkürede çubuğun ucu kutup yıldızını göstermeli, saat çizgiler de, dünyanın merkezindeki varsayımsal kadranın çizgilerine paralel olmalıdır. Dünya yüzeyindeki herhangi bir yere yerleştirilen güneş saati kadranının, ekvatora paralel olmasına genellikle olanak yoktur. Bu yüzden, ekvatora paralel varsayımsal bir kadrandan, Kutup Yıldızı doğrultusunnda, güneş kadranı üstüne izdüşüm alınır.
İlk bakışta karmaşık görünmesine karşın, en yalın güneş saati düzenlerinden biri, Halkalı Güneş Saati dir. Bir küre iskeleti biçiminde halkalı güneş saatinin, merkezden geçen ekseni eğiktir. Eğimli eksen, saat milidir. Zaman aralıkları eşit bölmeler halinde bir halkaya işaretlenmiş ve saat miline dik bir düzlem içine terleştirilmiştir. Mil, o yerdeki enlem açısına eşit bir eğimle, kuzey-güney doğrultusunda yerleştirilir. Bu durumda mil, yerin dönme eksenine paraleldir. Bu tür güneş saatinin bir olumsuz yanı vardır; Halka dikkatli yapılmamışsa, güneşin tam ekvator üstünde bulunduğu, mart ve eylül aylarında, (gece ile gündüzün eşit olduğu zamanlar), saat bir kaç gün çalışmaz. Ekvatorla çakıştırılmış olan halka, gece ile gündüzün eşit olduğu günlerde (ılım ya da ekinoks) kendi ışığının önünü keser. Dolayısıyle halkalar, ya tam olarak kapatılmazlar yada deliklerden bir miktar ışık geçebilecek şekilde düzenlenirler. İstenilen bir yüzey üstüne, mil ile birlikte zaman işaretlerinin de izdüşümü aktarılarak, düzlemsel güneş saatleri yapılabilir. Bir çok yapının duvarında, doğrudan doğruya güneşe bakmayan güneş saatleri bulunur. Bunlarda saat mili, dünyanın dönme eksenine paralel kalacak bir açıyla duvara yerleştirilmiştir. Mil gölgesinin yalnız uç noktasının okunduğu yerlerde, mil duvara dik açılı da yerleştirilebilir.
Çizgilerin mekanik izdüşümünü almak yerine, çağdaş güneş saatlerinde gerekli açılar, trigonometri yoluyla hesaplanır. Bununla birlikte güneş saatleri, binlerce yıldır pratik amaçlarla kullanılmıştır. Bunların ilk örneğine Mısır da rastlanır. Romalılar ın da yarım küre biçiminde güneş saatleri olduğu, ayrıca taşınabilir güneş saaatleride kullandıkları bilinir. Daha sonraları yapılan taşınabilir güneş saatleri, enleme göre ayarlanabiliyor ve meridyeni bulmak için pusulayla birlikte kullanılıyordu. Ama Romalılar, kuzeyin nasıl bulunduğunu bilmediklerinden, zamanı, düşey gölge çubuğunun gölgesinin uzunluğuyla ölçmüşlerdir. Verilen bir enlemde Güneş, yılda ancak iki kez aynı noktada bulunduğundan, yılın farklı zamanları için farklı ölçekler kullanılmıştır.