Alinierea gnomonului după Steaua Polară

Pentru a funcționa corect, tijele cadranelor solare trebuie să urmărească întocmai orientarea axei de rotație a pământului, cu alte cuvinte este necesar ca ele să fie amplasate în plan vertical pe direcția nordului geografic și să fie înclinate față de orizontală la un unghi care să corespundă latitudinii locului. Erori oricât de mici au un impact major asupra exactității măsurării timpului, o abatere de numai jumătate de grad producând spre exemplu o discrepanță de câteva minute în timpul afișat. Prin urmare, stabilirea corectă a direcției nordului geografic capătă o importanță crucială în demersul de realizare a unui cadran solar. De la bun început trebuie să precizăm că există o diferență importantă (pentru Cluj-Napoca 5 grade) între nordul geografic și nordul magnetic indicat de o busolă, deoarece polul magnetic nu se găsește la polul nord geografic, ci undeva în largul coastelor canadiene. Așadar, în ceea ce privește cadranele solare, nu este indicat să se stabilească nordul cu busola. Metoda recomandată este cea solară, prin care se fixează în teren direcția umbrei pentru o tijă verticală în clipa culminației solare superioare. Momentul este specific unei anumite zile și unui anumit loc, dar se poate afla ușor din diverse programe de calcul disponibile pe Internet.

Momentul amiezii (culminația solară superioară) la Cluj-Napoca (sursa).
Între ultima duminică din martie și ultima duminică din octombrie
se va adăuga o oră la timpii din tabel.

Alternativ, se poate proceda ca în vechime: mai întâi se trasează o serie de cercuri concentrice în jurul tijei verticale, apoi în cursul unei zile însorite se stabilesc punctele de intersecție ale vârfului umbrei cu un cerc liber ales, nu contează care. Vor exista mereu două puncte de intersecție pentru fiecare cerc: unul dimineață (1), celălalt după-amiaza (2). Bisectoarea unghiului rezultat ce are vârful în centrul cercului va da în teren direcția nordului geografic.

Există însă și o altă metodă, mai neobișnuită și interesantă, pe care am găsit-o descrisă în cartea lui Franz Embacher, "Sonnenuhren leicht gemacht" ("Cadrane solare pe înțelesul tuturor"). Ea se bazează pe poziția Stelei Polare, care, după cum probabil știți, ocupă un rol preferențial pe bolta cerească. Dacă axa de rotație terestră ar avea o componentă materială, ea ar înțepa cerul aproape exact în punctul ocupat în prezent de Polaris - Steaua Polară (în treacăt fie zis, dacă Polaris se află deasupra polului nord terestru, înseamnă ca înălțimea stelei deasupra orizontului exprimată în grade va fi egală cu latitudinea locului de observații). Distanța unghiulară dintre Polaris și polul nord ceresc se modifică încet, dar perceptibil odată cu trecerea veacurilor; de exemplu, pe vremea ridicării piramidelor egiptene, rolul de marcator al polului nord ceresc nu îi revenea lui Polaris, ci stelei Thuban din constelația Dragonul.

Metoda de stabilire a nordului geografic și poziției tijei (gnomonului) după Steaua Polară comportă următorii pași. Mai întâi se stabilește punctul în care tija urmează a fi ancorată de perete (M). Apoi, într-o noapte senină se caută Steaua Polară, astrul principal din Carul Mic, prelungind de cinci ori linia de legătură dintre ultimele două stele din Carul Mare, pe partea în care se găsește osia. Apoi, de la o distanță suficientă față de perete, se iluminează discret punctul de prindere și, închizând un ochi, se găsește poziția potrivită din care se poate acoperi în același timp atât Steaua Polară cât și punctul M cu un fir cu plumb ținut în dreptul lor (pentru asta ne putem ajuta de un trepied). Se marchează în teren punctul de sub plumb. Linia de legatură spre punctul F de sub M va da direcția nordului geografic și implicit planul vertical în care va fi amplasată tija cadranului solar (gnomonul), care se va ridica în acest plan din punctul M cu valoarea unghiului de co-latitudine (90-latitudine) față de verticală. De dragul preciziei, trebuie spus că Steaua Polară nu se află exact pe direcția polului nord ceresc, ci la aproximativ trei sferturi de grad distanță, adică ceva mai mult decât diametrul aparent de pe cer al Lunii Pline. Această eroare poate fi totuși eliminată cu ușurință dacă măsurătoarea se efectuează atunci când steaua Kochab se află pe aceeași linie verticală cu Polaris, fie deasupra fie dedesubtul ei. În acel moment Steaua Polară se află exact deasupra nordului geografic, în planul meridianului locului. Alinierea cu Kochab se poate observa cel mai bine iarna. Regula este valabilă pentru următoarele decenii.

Alinierea Polaris-Kochab. După Franz Embacher.