Τρίτη, 5 Φεβρουαρίου 2008

Ανάλημμα. Το ουράνιο «οχτάρι»

Έχει ονομαστεί «ουράνιο οχτάρι». Και δεν πρόκειται για τίποτε περισσότερο από την θέση του Ηλίου σε σχέση με τον μεσημβρινό μία δεδομένη ώρα στην διάρκεια ενός έτους.

Κοιτάζοντας τις μικρές ή μεγάλες επιτραπέζιες γήινες σφαίρες έχετε άραγε παρατηρήσει ποτέ ένα παράξενο σχήμα με την μορφή του αριθμού «8», που συνήθως είναι τοποθετημένο περίπου στη μέση του Ειρηνικού ωκεανού; Όλες άλλωστε οι φωτογραφίες που κοσμούν το κείμενο αυτό περιλαμβάνουν το παράξενο αυτό «ουράνιο οχτάρι», που ονομάζεται ανάλημμα και δεν είναι παρά η θέση του Ηλίου σε σχέση με το μεσημβρινό, μία δεδομένη ώρα στη διάρκεια ενός έτους. Είναι, δηλαδή, η γραφική αναπαράσταση της εξίσωσης του χρόνου πάνω στον ουρανό. Προτού όμως μπερδευτείτε περισσότερο, ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.
Η προσπάθεια μέτρησης του χρόνου φαίνεται πως είναι τόσο παλιά όσο και ο ανθρώπινος πολιτισμός.
Ένα σύστημα μέτρησης του χρόνου όμως θα πρέπει να έχει βάση ορισμένα τακτικώς επαναλαμβανόμενα ουράνια φαινόμενα. Τα κύρια, και εμφανή με γυμνό μάτι, ουράνια φαινόμενα που επαναλαμβάνονται σε τακτικές χρονικές περιόδους είναι τρία:
1. Η περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της, που προσδιορίζεται από δύο διαδοχικές μεσουρανήσεις του Ηλίου,
2. Η περιφορά της Σελήνης γύρω από τη Γη, που προσδιορίζεται από τη συμπλήρωση των φάσεών της,
3. Η περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο, που προσδιορίζεται από την επαναλαμβανόμενη διαδοχή των τεσσάρων εποχών.
Η πρώτη και βασική μονάδα μέτρησης του χρόνου ήταν για τον άνθρωπο ο σταθερά επαναλαμβανόμενος κύκλος της ανατολής και της δύσης του Ηλίου. Κάθε φορά που ο Ήλιος ανέτελλε από τον ορίζοντα ήταν σαν να σημάδευε την αρχή ενός κύκλου, την αρχή ενός ημερονυχτίου και η αιτία γι΄ αυτόν τον κύκλο ημέρας και νύχτας είναι η περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της. Για να δούμε όμως τι ακριβώς συμβαίνει.
Κάθε τόπος επάνω στη Γη ορίζει μόνο μία κάθετη ή κατακόρυφη γραμμή. Η κατακόρυφη γραμμή ενός τόπου, όταν προεκταθεί νοερά προς τα πάνω, καταλήγει σε ένα σημείο της ουράνιας σφαίρας που ονομάζεται Ζενίθ. Το σημείο της ουράνιας σφαίρας που είναι εκ διαμέτρου αντίθετο του Ζενίθ ονομάζεται Ναδίρ. Φυσικά κάθε σημείο της γήινης επιφάνειας έχει διαφορετική κατακόρυφο, οπότε και κάθε τόπος έχει διαφορετικό Ζενίθ και διαφορετικό Ναδίρ.
Ο μεγάλος κύκλος ο οποίος αρχίζει από το βόρειο σημείο του ορίζοντα, περνάει από το Ζενίθ, συνεχίζει στο νότιο σημείο του ορίζοντα, περνάει από το Ναδίρ, και φτάνει στο βόρειο σημείο του ορίζοντα, ονομάζεται ουράνιος μεσημβρινός ενός τόπου. Επόμενο είναι ότι αφού κάθε τόπος έχει δικά του Ζενίθ και Ναδίρ θα έχει και δικό του ουράνιο μεσημβρινό, άρα υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός μεσημβρινών. Ο μεσημβρινός που περνάει από το αστεροσκοπείο του Greenwich (Γκρήνουιτς), στην Αγγλία, θεωρείται ως ο πρώτος μεσημβρινός και χωρίζει τη Γη στο ανατολικό και στο δυτικό ημισφαίριο.
Η Γη χωρίζεται επί πλέον σε άλλα δύο όμοια ημισφαίρια, το βόρειο και το νότιο, από ένα μέγιστο κύκλο, τον ισημερινό, που είναι κάθετος στον άξονα και στο ίδιο επίπεδο με το κέντρο της Γης. Μόνο ένας τέτοιος μέγιστος κύκλος υπάρχει κάθετος στον άξονα της Γης, άρα η Γη έχει μόνο έναν ισημερινό, σε αντιδιαστολή με τους πολλούς μεσημβρινούς.
Η προέκταση του ισημερινού της Γης και η αποτύπωσή του πάνω στον ουράνιο θόλο (δηλαδή στο εσωτερικό της φανταστικής σφαίρας που περιβάλλει τη Γη και πάνω στην οποία φαίνονται να είναι καθηλωμένα τα άστρα), ονομάζεται ουράνιος ισημερινός. Με την βοήθεια αυτών των μέγιστων κύκλων, αυτών των συντεταγμένων, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί εύκολα, σύντομα και επακριβώς οποιοδήποτε σημείο πάνω στη Γη ή τον ουράνιο θόλο.
Είπαμε, επίσης, ότι η Γη περιστρέφεται καθημερινά γύρω από τον άξονά της. Η κατεύθυνση της περιστροφής αυτής είναι από την Δύση προς την Ανατολή, με αποτέλεσμα να βλέπουμε τον Ήλιο και τα άστρα, που παραμένουν σχετικά στην ίδια θέση, να φαίνονται ότι κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή από την Ανατολή προς την Δύση. Στην καθημερινή αυτή φαινομενική τροχιά του ο Ήλιος ανατέλλει το πρωί από τον ανατολικό ορίζοντα και αρχίζει να σκαρφαλώνει σιγά-σιγά προς τα πάνω. Στις ώρες που ο Ήλιος βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα του ουρανού δίνουμε την προσωνυμία «π.μ.» δηλαδή «προ μεσημβρίας» ή «πριν από τον μεσημβρινό». Όταν ο Ήλιος φτάσει στον μεσημβρινό έχει φτάσει στο ψηλότερο σημείο της καθημερινής του φαινόμενης τροχιάς. Οπότε λέμε ότι ο Ήλιος «μεσουράνησε» και ο τόπος αυτός έχει μεσημέρι.
Από εκεί κι έπειτα η Γη, συνεχίζοντας την ημερήσια περιστροφή της γύρω από τον άξονά της, μας κάνει να βλέπουμε τον Ήλιο να κατέρχεται προς τον δυτικό ορίζοντα, και στις ώρες αυτές που ο Ήλιος βρίσκεται στο δυτικό τμήμα του ουρανού δίνουμε την προσωνυμία «μ.μ.», δηλαδή «μετά μεσημβρίας» ή «μετά τον μεσημβρινό». Μία πλήρης φαινόμενη τροχιά του Ηλίου γύρω από τη Γη, δηλαδή ένας πλήρης κύκλος του Ηλίου από ένα μεσημέρι έως το επόμενο, ονομάζεται ηλιακή ημέρα. Η ηλιακή ημέρα, δηλαδή, δεν είναι τίποτε άλλο παρά ο χρόνος ο οποίος περιέχεται ανάμεσα σε δύο διαδοχικές μεσουρανήσεις του Ηλίου.
Τα πράγματα όμως δεν είναι και τόσο απλά, γιατί εκτός από την ηλιακή ημέρα έχουμε και την αστρική ημέρα. Η αστρική ημέρα είναι ο χρόνος ο οποίος περιέχεται ανάμεσα σε δύο διαδοχικές μεσουρανήσεις ενός δεδομένου άστρου. Ο χρόνος αυτός είναι ίσος με 23 ώρες, 56 λεπτά και 4 δευτερόλεπτα που σημαίνει ότι είναι μικρότερος από τον χρόνο που χρειάζεται για να φτάσει ο Ήλιος στον μεσημβρινό. Γι’ αυτό η Γη χρειάζεται να περιστραφεί επί πλέον 3 λεπτά και 56 δευτερόλεπτα για να συμπληρώσει την γνωστή μας 24ωρη ηλιακή ημέρα.
Ο λόγος είναι ότι η Γη καθώς περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της συμπληρώνοντας τον ημερήσιο κύκλο της, κάνει συγχρόνως και μία άλλη κίνηση περιφερόμενη γύρω από τον Ήλιο, με κατεύθυνση την Ανατολή. Κάθε μέρα, δηλαδή, η Γη μετακινείται προς την Ανατολή περίπου κατά μία μοίρα, καλύπτοντας έτσι το 1/365ο της ετήσιας τροχιάς της γύρω από τον Ήλιο. Και αυτός είναι ο λόγος που η Γη χρειάζεται να περιστραφεί πρόσθετα 3 λεπτά και 56 δευτερόλεπτα, προς τη Δύση, για να φέρει και πάλι τον Ήλιο πάνω στον μεσημβρινό. Με αυτή λοιπόν την εξήγηση γίνεται κατανοητό ότι το πέρασμα ενός άστρου από τον μεσημβρινό είναι η αληθινή ένδειξη της αρχής και του τέλους μιας πλήρους περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της.
Παρ’ όλο όμως που αυτή η αστρική ημέρα είναι η ακριβής ένδειξη μιας πλήρους περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της δεν είναι καθόλου πρακτικό να βασίσουμε τις ώρες της ημέρας μας και των ρολογιών μας ανάλογα με το χρόνο που κάποιο δεδομένο άστρο περνάει τον μεσημβρινό, γιατί ο Ήλιος συνεχώς θα υστερούσε κατά 3 λεπτά και 56 δευτερόλεπτα κάθε μέρα. Η λύση, όσο απίστευτο και αν φαίνεται, είναι η εφεύρεση ενός φανταστικού Ήλιου που δεν επηρεάζεται από την τροχιακή ταχύτητα της Γης. Και αυτό έγινε! Ο φανταστικός Ήλιος ονομάζεται μέσος Ήλιος και η ημέρα, όπως έχει καθοριστεί σήμερα, βασίζεται σε αυτόν τον μέσο Ήλιο, γι’ αυτό και ονομάζεται μέση ηλιακή ημέρα. Στις καθημερινές μας συναλλαγές, δηλαδή, χρησιμοποιούμε την ηλιακή ημέρα γιατί είναι πολύ πιο βολική! Αν χρησιμοποιούσαμε την αστρική ημέρα, δηλαδή τον πραγματικό χρόνο μιας πλήρους περιστροφής, ο Ήλιος θα υστερούσε 3 λεπτά και 56 δευτερόλεπτα κάθε μέρα. Έτσι η ηλιακή ημέρα με τις 24 ώρες της είναι η πιο αρχαία μονάδα μέτρησης του χρόνου.
Οι αρχαίοι Βαβυλώνιοι είχαν παρατηρήσει από τη Γη ότι ο Ήλιος, μαζί με τη Σελήνη και τους πέντε ορατούς με γυμνό μάτι πλανήτες κυκλοφορούσαν στη διάρκεια του έτους πάνω σε μια ζώνη της ουράνιας σφαίρας με πλάτος περίπου 16 μοιρών. Η εκλειπτική, δηλαδή η φαινόμενη τροχιά του Ηλίου, περνούσε στο μέσο αυτής της ζώνης, που ονομάστηκε από τότε Ζωδιακός Κύκλος ή Ζώνη των Ζωδίων. Η ζώνη αυτή χωρίστηκε σε 12 ίσα μέρη με μήκος περίπου 30 μοιρών το καθένα. Αργότερα όμως το Βαβυλωνιακό αυτό σύστημα διαφοροποιήθηκε και ο κύκλος υποδιαιρέθηκε σε 24 ίσα μέρη, με μέγεθος 15 μοιρών το καθένα, που ονομάστηκαν Ώρες. Έτσι από τότε η ημέρα έχει χωριστεί σε 24 ώρες.
Αλλά μια πλήρης περιστροφή της Γης μπορεί να μετρηθεί και με την απλή τοποθέτηση ενός ραβδιού στο χώμα. Στη διάρκεια της ημέρας μπορούμε να παρατηρήσουμε τη σκιά του ραβδιού και όταν θα έχει το μικρότερο μήκος της να σημειώσουμε την θέση της με μια πέτρα. Όταν η σκιά επιστρέψει στην πέτρα μπορούμε να πούμε ότι πέρασε μια ολόκληρη μέρα, και μάλιστα μια ηλιακή μέρα αφού μετρήθηκε με βάση τον Ήλιο. Αυτός ήταν πραγματικά και ο τρόπος με τον οποίο ο άνθρωπος επί αιώνες μετρούσε τον χρόνο. Είναι η μέθοδος του ηλιακού ρολογιού, που όμως παρουσιάζει ορισμένα προβλήματα.
Γιατί το ηλιακό ρολόι δεν μετράει μόνο μια κίνηση της Γης, αλλά δύο, ή μάλλον τη διαφορά μεταξύ της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της και της περιφοράς της γύρω από τον Ήλιο. Και ενώ η πρώτη (η περιστροφή) είναι στην ουσία σταθερή, η δεύτερη (η περιφορά) δεν είναι. Συνεπώς και η διαφορά τους δεν είναι σταθερή ολόκληρο το έτος. Επί πλέον το επίπεδο της τροχιάς της Γης δεν είναι κάθετο προς τον άξονά της, με αποτέλεσμα όλα αυτά μαζί να κάνουν τη διάρκεια της ημέρας διαφορετική σε διαφορετικές ημερομηνίες του έτους.
Η ταχύτητα με την οποία κινείται ένας πλανήτης γύρω από τον Ήλιο καθορίζεται αυστηρά από την απόσταση που έχει από αυτόν. Όσο πιο κοντά στον Ήλιο βρίσκεται τόσο πιο γρήγορα κινείται, και όσο πιο μακριά τόσο πιο αργά. Και η Γη δεν αποτελεί εξαίρεση σε αυτό τον κανόνα, αφού η τροχιά της γύρω από τον Ήλιο δεν είναι ένας τέλειος κύκλος αλλά μια έλλειψη. Γι’ αυτό και η απόσταση της Γης από τον Ήλιο στη διάρκεια του έτους δεν είναι σταθερή, αλλά κυμαίνεται από 147.000.000 έως 152.000.000 χιλιόμετρα. Η Γη φτάνει στην πλησιέστερη απόστασή της από τον Ήλιο, που ονομάζεται περιήλιο, στις αρχές Ιανουαρίου, και στην πιο απομακρυσμένη απόσταση, που ονομάζεται αφήλιο, στις αρχές Ιουλίου.
Καθώς λοιπόν η Γη πλησιάζει προς τον Ήλιο στη διάρκεια του φθινοπώρου και στις αρχές του χειμώνα, η τροχιακή της ταχύτητα αυξάνει. Στο περιήλιο η ταχύτητα περιφοράς της Γης γύρω από τον Ήλιο φτάνει περίπου τα 31 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ενώ καθώς απομακρύνεται από τον Ήλιο την άνοιξη και το καλοκαίρι η ταχύτητά της ελαττώνεται και στο αφήλιο φτάνει περίπου τα 28 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Το γεγονός αυτό επηρεάζει το χρόνο ανάμεσα σε δύο διαδοχικά περάσματα του Ήλιου από τον μεσημβρινό, δηλαδή από δύο διαδοχικά μεσημέρια. Γι’ αυτό η εναλλασσόμενη τροχιακή ταχύτητα της Γης μας είναι ο κύριος λόγος που κάνει τον Ήλιο να μην είναι ο τέλειος χρονομέτρης για τον άνθρωπο. Όσο κι αν φαίνεται απίστευτο, η λύση του προβλήματος είναι ο μέσος Ήλιος και η μέση ηλιακή μέρα.
Ο πραγματικός ή αληθινός Ήλιος, στη διάρκεια ενός έτους, φτάνει να είναι καθυστερημένος στο ημερήσιο ραντεβού του με τον μεσημβρινό, ή ακόμη και να προτρέχει αυτού, έως και 16 λεπτά. Η διαφοροποίηση αυτή είναι κάθε χρόνο η ίδια για κάθε ορισμένη ημερομηνία του έτους, και ονομάζεται εξίσωση του χρόνου. Έτσι αν κατά την διάρκεια ενός έτους φωτογραφίζαμε τον Ήλιο το μεσημέρι, κάθε μερικές μέρες με μια φωτογραφική μηχανή που παραμένει στημένη πάντα στην ίδια θέση, και αποτυπώναμε τις εικόνες αυτές πάνω στην ίδια φωτογραφική πλάκα, οι διαδοχικές εικόνες του Ηλίου θα σχημάτιζαν εκείνο το παράξενο σχήμα με τη μορφή του αριθμού 8 που ονομάζουμε ανάλημμα και με το οποίο αρχίσαμε αυτό το κείμενο.
Οι φωτογραφίες μάλιστα που κοσμούν τη σελίδα αυτή έχουν μια ιδιαίτερη ιστορία, γιατί παρ’ όλο που αυτή η φωτογραφική καταγραφή φαίνεται εύκολη, στην πραγματικότητα είναι ιδιαίτερα επίπονη και δύσκολη.
Ο δημιουργός των φωτογραφιών αυτών (όπως και άλλων δεκάδων του είδους) είναι ο Αντώνης Αγιομαμίτης, ο οποίος τα τελευταία χρόνια ασχολείται αποκλειστικά και μόνο με την αστροφωτογραφία, ενώ τις ημέρες καταγράφει την πορεία του Ηλίου στον ουρανό από διάφορους αρχαιολογικούς χώρους της πατρίδας μας, διαφημίζοντας μ’ αυτόν το τρόπο την Ελλάδα σε όλα τα μήκη και πλάτη της Γης. Όσο κι αν φαίνεται απίστευτο, το ανάλημμα έχει καταγραφεί μόνο επτά (7) φορές μέχρι τώρα: από τρεις Αμερικανούς , έναν Καναδό, έναν Ρώσο, έναν Άγγλο, και έναν Δανό.
Η πρώτη τέτοια φωτογράφηση των διαδοχικών θέσεων του Ηλίου στη διάρκεια ενός έτους σε ένα μόνο καρέ φωτογραφικού φιλμ έγινε από τον Dennis di Cicco, συντάκτη του περιοδικού «Sky & Telescope», μεταξύ 1978 και 1979. Η μαραθώνια προσπάθεια του Αντώνη Αγιομαμίτη ξεκίνησε την ημέρα του θερινού ηλιοστάσιου, στις 21 Ιουνίου του 2001, και συμπληρώθηκε στα τέλη του 2005 με την καταγραφή των αναλημμάτων για κάθε μια ώρα που ο Ήλιος βρισκόταν στον ουρανό: από την ανατολή μέχρι τη δύση του!
Συνολικά, δηλαδή, έχουν δημιουργηθεί 12 διαφορετικά αναλήμματα από έναν και μοναδικό Έλληνα για να προστεθούν στα επτά που ήδη υπάρχουν από του ξένους! Στις φωτογραφίες αυτές φαίνεται ξεκάθαρα ότι στη διάρκεια ενός έτους ο αληθινός Ήλιος συμπίπτει με τον μέσο Ήλιο μόνο 4 φορές: στις 26 Δεκεμβρίου, στις 16 Απριλίου, στις 14 Ιουνίου και στις 2 Σεπτεμβρίου. Όλες τις άλλες ημερομηνίες ο αληθινός ηλιακός χρόνος είναι είτε μεγαλύτερος είτε μικρότερος του μέσου ηλιακού χρόνου.
Τα ηλιακά, λοιπόν, ρολόγια μας δείχνουν τον αληθινό ηλιακό χρόνο όπως καταγράφεται από τα αναλήμματα. Αντίθετα, ένα κανονικό ρολόι σταθερής ταχύτητας εγκαταλείπει τον Ήλιο ως απόλυτο μετρητή του χρόνου, και παρ’ όλο που «βαδίζει» με το μέσο ηλιακό ρυθμό δεν μετράει τον ακριβή μέσο ηλιακό χρόνο ενός τόπου. Γιατί για κάθε παραμικρή μετατόπιση προς τα ανατολικά ή τα δυτικά ο χρόνος διαφέρει. Για να αποφευχθούν όλα αυτά τα μπερδέματα, στις μικρές αποστάσεις έχουν καθιερωθεί διεθνώς οι λεγόμενες ωριαίες άτρακτοι. Για κάθε μία τέτοια άτρακτο η ζώνη έχει πλάτος 15 μοιρών, αν και μερικές φορές είναι ακανόνιστες και διορθώνονται για πρακτικούς λόγους σύμφωνα με τα σύνορα μιας χώρας. Έτσι ο χρόνος μέσα σε ολόκληρη τη ζώνη θεωρείται ότι ισοδυναμεί με το μέσο τοπικό ηλιακό χρόνο του κέντρου της ζώνης._

Του Διονύση Σιμόπουλου, Διευθυντή του Ευγενιδείου Ιδρύματος, από το "γεωτρόπιο" της "Ελευθεροτυπίας" του Σαββάτου, 5 Νοεμβρίου 2005.