Zonnewijzers in de navigatie

Met de boot in de winterstalling is de kerstpauze, met zijn korte dagen en lange schaduwen, een geschikt moment voor enkele beschouwingen over zonnewijzers.

Dit artikel is eerder gepubliceerd in Zeilen 01/2021
Tekst: Dick Huges

Zonnewijzers zijn er in allerlei maten en uitvoeringen. Deze aflevering van Zeemanschap gaat over het oudste en simpelste type: de gnomon-zonnewijzer. Het woord gnomon komt uit het Grieks en betekent aanwijzer. Steek een stok loodrecht in de grond en je hebt een gnomon-zonnewijzer.

Klok

De richting en de lengte van de schaduw van de stok verenigt vier instrumenten. Allereerst: een klok. De zon heeft 24 uur nodig om een rondje van 360 graden rond de aarde te draaien. Per uur verplaatst hij zich dus met 15 graden naar het westen. De schaduwbaan van de gnomon is te gebruiken als een uurwijzer. Maak je de gnomon maar hoog genoeg, dan kun je zelfs de minuten aflezen.

Kalender

Ook fungeert de richting en lengte van de schaduw van de stok als een kalender. De lengte van de gnomon-schaduw laat zien welke maand het is.
In de winter komt de zon op in het oostzuidoosten, passeert laag over de horizon en gaat in het westzuidwesten weer onder. Dit geeft lange schaduwen en korte dagen. En in de zomer komt de zon op ergens in het oostnoordoosten, passeert hoog langs de zuidelijke hemel en gaat weer onder in het westnoordwesten. De dagen zijn lang en de schaduw is rond middag (= 12 uur) kort. Op 21 maart en 23 september komt de zon exact in het oosten op en gaat exact 12 uur later weer onder exact in het westen. Dag en nacht zijn overal ter wereld even lang. Dat zijn de equinoxen – wat ‘gelijke nachten’ betekent. De gnomon-schaduwbaan is tijdens de equinox een rechte lijn.

De aarde draait in een jaar rond de zon (vier seizoenen) en in 24 uur om zijn as (dag en nacht).

Kompas

Een derde functie van de gnomon-zonne- wijzer is het kompas. De langste schaduw bij zonsopkomt en zonsondergang geeft immers een oriëntatie in oost en west, weliswaar niet op de graad nauwkeurig omdat de plaats van opkomst en ondergang van de zon op de horizon afhankelijk is van het seizoen. Maar de kortste schaduw van de dag is wel heel nauwkeurig. De zon bereikt om 12 uur plaatselijke ware zonnetijd zijn grootste hoogte boven je horizon en deze korte schaduw wijst precies noord. En weet je noord, dan weet je oost, zuid en west.

De horizontale zonnebaan op vier markante dagen in het jaar. Bij de grootste zonshoogte wijst de gnomon-schaduw precies noord. © Boordboek Zelfredzaam Zeemanschap

Zonnewijzer-sextant

Tot slot kun je de eenvoudige gnomon- zonnewijzer ook inzetten als sextant. De verhouding tussen de lengte van de gnomon en de lengte van zijn schaduw geeft je de hoekhoogte van de zon boven je horizon. Deze verhouding heet in de wiskunde de tangens. En bij elke tangenswaarde hoort een hoek die je kunt vinden op je rekenmachine of smartphone. En weet je de grootste hoekhoogte van de zon, dan weet je dat het 12 uur plaatselijke ware zonnetijd is en weet je je scheepsbreedte met de Middagbreedteformule.

De zonnewijzer drijft mooi horizontaal; de zonshoogte varieert in een jaar waarbij de verhouding [hoogte gnomon : lengte schaduw] de hoekhoogte van de zon oplevert. © Scheepshistorie 22

Stok aan boord?

Wat heb je nu nog aan een gnomon-zonnewijzer? Immers, de kwartsklok, sextant en het magnetisch kompas geven je dezelfde informatie, maar veel nauwkeuriger. En gps maakt alles nóg gemakkelijker.
Maar in geval van nood kan een gnomon- zonnewijzer nog wel helpen om kompasrichtingen en de middagbreedte te vinden. De Vikingen gingen ons voor. Deze dare devils zeilden rond het jaar 1000 vanuit Noorwegen naar IJsland, Groenland en Amerika – heuse oceaanreizen dus. Ze voeren eerst langs de Noorse kust totdat ze de Poolster onder dezelfde hoek zagen als vanuit hun bestemming. Die hoek was bekend. Dan werd op een zonnige dag de schaduwbaan van de zon ingekerfd op de zonneschijf en kozen ze zee. Elke dag werd de scheepsbreedte gecontroleerd met de zonnewijzer in noordzuid-oriëntatie. Lag de punt van de schaduw op de ingekerfde zonnebaan, dan waren ze op juiste breedte als hun bestemming. Vermoedden ze land, dan werden raven losgelaten. Hun vliegrichting was een peiling van het land. Verschenen er tenslotte hoge bergen boven de horizon, dan was de bestemming in zicht.

Het Horologium in Rome: de schaduw van de obelisk van dertig meter hoog valt precies op de rechte lijn in de ‘wijzerplaat’ (160 x 75 m). Het is circa 15:40 ware zonnetijd op 21 maart of 23 september. Doe-het-zelfgnomon-zonnewijzer. Ingetekende zonnebaan voor 53° N rond 21 juni. De zon staat precies in het westen (= 18 uur ware zonnetijd). © Scheepshistorie 22

Omslagfoto: © Dick Huges
Tekst: Dick Huges