المزولة الشمسية

المزولة أداة لتحديد الوقت تعتمد على ظل قضيب قائم في موضع معرّض للشمس، يُقاس ظله لتعليم الساعات ^{1Horologium (Smith's Dictionary of Greek and Roman Antiquities, 1875) · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}. وتتألف المزولة الحديثة من سطح مزولة نُقشت عليه خطوط الساعات، ومن قضيب قائم يُثبَّت عادة على التوازي مع محور دوران الأرض ^{2Sundials: Ancestors of Our Clocks · P. D. Anoop, Resonance (Indian Academy of Sciences) ↗}. وقد تطوّرت هذه الأداة عبر تاريخ طويل، حتى صارت من أدق وسائل قياس الوقت قبل عصر الساعات الميكانيكية.

تتخذ المزولة أشكالًا متعددة بحسب الموضع الذي تُقام فيه، فمنها النصف كروية والأسطوانية والمخروطية والمستوية الأفقية أو الرأسية، وكانت تُصنع عادة من الحجر بسطح مقعّر منقوش يلقي عليه القضيب القائم ظله ^{3Ancient Timekeeping · World History Encyclopedia ↗}. وفي السعي إلى دقة على مدار السنة تطورت المزاول من ألواح مستوية إلى المزولة النصف كروية، وهي جفنة منقورة في كتلة حجرية بقضيب قائم مركزي عمودي، ثم إلى نصف الدائرة الذي يُقال إنه اخترع نحو 300 قبل الميلاد ^{4A Walk Through Time - Early Clocks · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}. وقد شاع استخدام المزاول الرأسية على جدران البيوت القديمة والكنائس لأن سطح المزولة الرأسي أنسب لهذه الأسطح ^{2Sundials: Ancestors of Our Clocks · P. D. Anoop, Resonance (Indian Academy of Sciences) ↗}.

لم تكن أول مزولة خشنة على الأرجح أكثر من وتد قائم في الأرض، وقد صار تغيّر طول ظله يُستعمل، مع علامات حجرية، استخدامَ عقارب الساعة اليوم ^{5Sundials · Royal Museums Greenwich ↗}. ولم تدل المزاول الأولى إلا على الشهور، ثم حاولت جهود لاحقة تقسيم اليوم إلى الساعات الاثنتي عشرة للنهار والليل التي استخدمها المصريون والبابليون أول مرة ^{3Ancient Timekeeping · World History Encyclopedia ↗}. وبحلول العصور المتأخرة من العصور القديمة صُنعت مزاول محمولة بالغة الإتقان كان يمكن ضبطها على ما يصل إلى 16 موضعًا مختلفًا ^{3Ancient Timekeeping · World History Encyclopedia ↗}.

ومن أوائل إشارات الوقت العامة في العالم الكرة الزمنية الحمراء الزاهية على قمة بيت فلامستيد، التي استُخدمت أول مرة في 1833 ولا تزال تعمل حتى اليوم ^{6The Greenwich Time Ball and one time for all · Royal Museums Greenwich ↗}.

تقوم المزولة على ثلاثة عناصر متضافرة: سطح منقوش تُرسم عليه خطوط الساعات، وقضيب قائم يُلقي ظلّه على ذلك السطح فيعلّم الوقت، وحدّ ظليل يبيّن موضع الظل. وقد عرف القدماء هذا الضرب من الأدوات فضمّوا تحت اسم الهورولوجيوم مختلف ما كانوا يقيسون به وقت الليل والنهار، وكان أبسطها وأقدمها البولوس والقضيب القائم ^{1Horologium (Smith's Dictionary of Greek and Roman Antiquities, 1875) · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}. ومن أقدم النماذج الباقية مزولة ارتفاعية مصرية محفوظة في مجموعة متحف العلوم، صُنعت من خشب الصنوبر في مصر بين 1000 و800 قبل الميلاد وتحمل رقم القطعة 1926-992 ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}. ولم يكن هذا النوع قد انقرض في العصور المتأخرة، إذ ظلّ مستعملًا في مصر خلال الربع الأول من القرن العشرين، مع أنه يعمل بالمبدأ نفسه الذي عملت به الساعات الظلية المصرية قبل نحو ثلاثة آلاف سنة ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}.

أما مبدأ العمل فيقوم على قضيب ينتصب عموديًا في موضع معرّض للشمس، فيُقاس ظلّه لتعليم الساعات. وقد استنبط فيتروفيوس قواعد رسم المزاول من الظل الذي يلقيه القضيب القائم في أشعة الشمس، وخصّص لها الكتاب التاسع من «في العمارة» ^{8Vitruvius: The Ten Books on Architecture, Book 9 · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}.

تتنوّع المزاول الشمسية في أشكالها الهندسية، فمنها النصف كروية والأسطوانية والمخروطية والمستوية، وينقسم النوع المستوي بدوره إلى مزاول أفقية وأخرى رأسية. ^{3Ancient Timekeeping · World History Encyclopedia ↗} وقد وصف الكاتب الروماني فيتروفيوس ثلاثة عشر نمطًا مختلفًا من المزاول كانت مستعملة في اليونان وآسيا الصغرى وإيطاليا بحلول سنة 30 قبل الميلاد. ^{4A Walk Through Time - Early Clocks · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗} ويسمّي فيتروفيوس بيروسوس الكلداني مخترعَ نصف الدائرة المنقورة في مربع، وأريستارخوس الساموسي مخترعَ السكافي النصف كروية، وأوذوكسوس مخترعَ العنكبوت. ^{8Vitruvius: The Ten Books on Architecture, Book 9 · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}

ومن أبرز النماذج الباقية مزولة توسكولوم المحفورة على هيئة نصف دائرة مزدوجة، وهي تحمل إحدى عشرة خط ساعة داخل تجويفها الكروي تمرّ عبر ثلاثة أنصاف دوائر تمثّل خط الاستواء ومدارَي الشتاء والصيف.^{1Horologium (Smith's Dictionary of Greek and Roman Antiquities, 1875) · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗} وقد تُرجمت إلى العربية رسالة الأنالما التي كتبها ديودوروس، ويقتبس منها العالِم الفارسي البيروني من غزنة في رسالته «عن الظلال». ^{9Sundials in Medieval Islamic Science and Civilization · J. L. Berggren, Simon Fraser University (The Compendium, NASS) ↗}

ومن النماذج الحجرية المحفوظة مزولة إنترامنا ليريناس، وهي كتلة من الحجر الجيري بمقاسات 54 × 35 × 25 سم بوجه مقعّر، تحمل أحد عشر خط ساعة وثلاثة منحنيات يوم. ^{10Archaeologists uncover rare 2,000-year-old sundial during Roman theatre excavation · University of Cambridge ↗} وتحمل قاعدة هذه المزولة اسم ماركوس نوفيوس توبولا، ابن ماركوس، ويسجّل النقش المحفور على الحافة المنحنية أنه كان يشغل منصب المنبر الشعبي وأنه دفع ثمن المزولة من ماله الخاص. ^{10Archaeologists uncover rare 2,000-year-old sundial during Roman theatre excavation · University of Cambridge ↗}

وقد أشرف الفلكي المقدوني أندرونيكوس في أثينا على بناء الهورولوجيون الخاص به، المعروف اليوم ببرج الرياح، وهو بناء مثمّن عرض على الناس مزاول ومؤشرات ساعات ميكانيكية معًا. ^{4A Walk Through Time - Early Clocks · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}

الوقت الذي تُشير إليه المزولة الشمسية هو الزمن الشمسي أو الحقيقي، وهو لا يوافق الزمن المتوسط الذي تُظهره الساعة الميكانيكية. ويعود سبب هذا الاختلاف إلى تبدّل مسافة الأرض من الشمس خلال السنة، وإلى ميل خط استوائها على مدارها بزاوية 23.5 درجة. ويُسمى الفرق الناتج بين الزمنين معادلة الزمن، وهو فرق يبلغ أقصاه ربع ساعة تقدّمًا أو تأخرًا. ويتفرّع هذا الفرق إلى جزأين: جزء ينشأ عن ميل محور الأرض فيبلغ التأخر أو التقدم نحو 10 دقائق مرتين في السنة، وجزء ينشأ عن تغيّر سرعة الأرض في مدارها الإهليلجي فيتأرجح نحو 7 دقائق.

أما الأنالما فهي الشكل الذي ترسمه الشمس الظاهرية خلال حركتها السنوية في السماء، ولا تُرى إلا عند مقارنة موضع الشمس بزمن متوسط تحفظه ساعة دقيقة. وهي تجمع بين هجرة الشمس الموسمية بين المدارين وإسقاط هذا المسار على خط استواء الأرض الدوّار. وفي الانقلابين يكون مسير الشمس موازيًا لخط الاستواء فيبدو أسرع ما يكون. وقد ابتكر مفهوم الأنالما غراندجان دو فوشي في 1740.^{11Analemma and the Equation of Time (Sundials for Starters) · North American Sundial Society ↗}

لا تبلغ المزولة الشمسية دقةً مطلقة في قياس الوقت، إذ يفرض القياس القائم على حركة الشمس حدّاً أدنى للخطأ لا يمكن تجاوزه. وسبب ذلك أن قرص الشمس يغطي نصف درجة من السماء، ويستغرق عبوره نحو دقيقتين، فينشأ عن ذلك خطأ أدنى مقداره نحو دقيقة واحدة في أي قياس قائم على حركة الشمس. ^{2Sundials: Ancestors of Our Clocks · P. D. Anoop, Resonance (Indian Academy of Sciences) ↗}

قسّم المصريون القدماء الدورة اليومية إلى أربع وعشرين ساعة، اثنتي عشرة منها للنهار واثنتي عشرة لليل، وكانوا يحسبون ساعات الليل بحركة مجموعات نجمية تُسمى الديكانات ^{12Telling Time in Ancient Egypt · The Metropolitan Museum of Art, Heilbrunn Timeline of Art History ↗}. وقد عُرفت في مصر مزاول ارتفاعية بُنيت على هيئة لوح خشبي من خشب الصنوبر، نُقشت عليه علامات تدل على وحدات الوقت، وعُلي بقضيب قائم خشبي أفقي مرتفع، وصُنع في مصر بين 1000 و800 قبل الميلاد ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}. وكان القضيب الأفقي في أعلى العمودين يُدار ليواجه الشمس فيلقي ظلًا على القاعدة المنقوشة بعلامات تدل على وحدات زمنية متساوية ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}. وقد استُعمل هذا الجهاز لتوقيت مهام عملية، مثل عمل العمال أو جريان الماء في الري ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}.

لم يكن الهورولوجيوم عند القدماء اسمًا لآلة بعينها، بل جامعًا لكل ما كانوا يقيسون به ساعات الليل والنهار، وأبسطه وأقدمه البولوس والقضيب القائم. وفي السعي إلى دقة على مدار السنة تطورت المزاول من ألواح مستوية إلى المزولة النصف كروية، وهي جفنة منقورة في كتلة حجرية بقضيب قائم مركزي عمودي، ثم إلى نصف الدائرة الذي يُقال إنه اخترع نحو 300 قبل الميلاد (BCE)^{4A Walk Through Time - Early Clocks · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}.

ولأن المزولة التي جُلبت إلى روما صُنعت لخط عرض مختلف، لم تكن تُظهر الوقت فيها على وجه صحيح، وبعد تسع وتسعين سنة نصب الرقيب مارسيوس فيليبوس مزولة جديدة ضُبطت على خط عرض روما بعناية أكبر^{1Horologium (Smith's Dictionary of Greek and Roman Antiquities, 1875) · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}.

وفي برج الرياح بأثينا حملت جدرانه الخارجية ما لا يقل عن تسع مزاول من النوعين الكروي والمستوي، وعلى الجدار الأملس تحت الإفريز في كل وجه من أوجه البرج لا تزال خطوط ظاهرة كانت تشكّل مع القضبان القائمة المنتصبة فوقها سلسلة من المزاول، وكانت ساعة مائية قائمة في مركز المبنى^{13Tower of the Winds · World History Encyclopedia ↗1Horologium (Smith's Dictionary of Greek and Roman Antiquities, 1875) · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}.

يخصّص فيتروفيوس الكتاب التاسع من «في العمارة» لقواعد رسم المزاول، وهي عنده مستنبطة من الظل الذي يلقيه القضيب القائم في أشعة الشمس ^{8Vitruvius: The Ten Books on Architecture, Book 9 · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}. ويقصد بالأنالما القاعدة المستنبطة من مسير الشمس ومن الزيادة الملاحَظة في الظل عند الانقلاب الشتوي، وهي التي تُرسم بها خطوط الساعات بالفرجار ^{8Vitruvius: The Ten Books on Architecture, Book 9 · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}. ومن الأنالما المكتملة تُستخرج خطوط الشتاء والصيف والاعتدالين وخطوط الشهور، ويمكن بهذه الطريقة إنشاء ما يُراد من أنواع المزاول وأشكالها ^{8Vitruvius: The Ten Books on Architecture, Book 9 · LacusCurtius / penelope.uchicago.edu (Bill Thayer) ↗}.

كانت الصلوات النهارية في الإسلام الوسيط تُعرَّف بزيادة الظل عن أقصر قيمة له عند الظهيرة، وكانت صلاة العصر تبدأ حين يتجاوز ظل قضيب قائم عمودي طولَه عند الظهيرة بمقدار طول القضيب نفسه^{9Sundials in Medieval Islamic Science and Civilization · J. L. Berggren, Simon Fraser University (The Compendium, NASS) ↗}. ولمّا صارت أوقات الصلاة مضبوطة بهذا التعريف الظلّي، غدت المزولة أنسب جهاز لرصدها. وقد شكّل إيجاد أوقات الصلوات الخمس واتجاه مكة مشكلتين حلّهما العلماء المسلمون بالرياضيات والجغرافيا والفلك. وشمل علم الميقات إيجاد الزمن الآني وأوقات الصلوات الخمس واتجاه مكة وصناعة الأدوات وكتابة الأدلة الخاصة بأجهزة الرصد، وكان العاملون في ضبط الوقت يُسمّون الموقّت أو الميقاتي. وقد حملت الأسطرلابات التي يستعملها موقّت الجامع خطوطًا لحساب أوقات الصلاة بالزمن الفلكي الحقيقي، منها خطوط صلاة الفجر وصلاة الظهر وصلاة الغروب.

أنجز العرب الخطوة الحاسمة في تطوير المزاول باستبدال القضبان القائمة الرأسية والأفقية في المزاول الأقدم بقضبان موازية لمحور دوران الأرض، وهو نظام مكّن من استعمال ساعات متساوية الطول على مدار السنة. ووضع حبش الحاسب، الذي عمل في بغداد في القرنين التاسع والعاشر، ما يُرجَّح أنه أول جداول لصنع المزاول، سجّل فيها لعشر مناطق عرض، ولكل ساعة موسمية، ارتفاعَ الشمس وطولَ ظل القضيب القائم واتجاهه^{9Sundials in Medieval Islamic Science and Civilization · J. L. Berggren, Simon Fraser University (The Compendium, NASS) ↗}. وبيّن ابن الهيثم في رسالته «في خطوط الساعات» أن خطوط الساعات غير خط الظهيرة ليست مستقيمة، بل يقع كل منها بين مستقيمين يصنعان زاوية صغيرة جدًا، فكانت لذلك شبه مستقيمة. وألّف المراكشي، الذي عمل في القاهرة في أواخر القرن الثالث عشر، موسوعة معيارية في الأدوات الفلكية تضم بحثًا مستفيضًا في المزاول، وكانت المزولة الأسطوانية التي وصفها اختراعًا مسلمًا من القرن التاسع.

أقدم مزولة إسلامية باقية تعود إلى قرطبة في القرن الحادي عشر، وهي من عمل الفلكي ابن الصفار، وتعرض خطوطًا للساعات الموسمية ولبدايات الفصول ولصلاتي الظهر والعصر. وكان قضيب مزولة ابن الشاطر موازيًا للمحور القطبي، ومائلًا على الأفق بزاوية 33 درجة ونصف، وهي قيمة شائعة في العصور الوسطى لخط عرض دمشق، وكان هذا أول دليل معروف على أن المسلمين هم الذين أدخلوا المزولة ذات القضيب الموازي لمحور الأرض^{9Sundials in Medieval Islamic Science and Civilization · J. L. Berggren, Simon Fraser University (The Compendium, NASS) ↗}.

اعتمد معظم الناس على المزاول العامة لمعرفة الوقت، فاختلفت الأوقات المحلية في البلد الواحد بما يصل إلى نحو ثلاثين دقيقة، وقد نشأ في عقد 1840 توقيت سككي معياري لإنجلترا واسكتلندا وويلز كلها حلّ محل عدة أنظمة للتوقيت المحلي، وأدت الصعوبات الناتجة في النهاية إلى إنشاء التوقيت المعياري على أساس خط الطول الرئيسي عند غرينتش.^{6The Greenwich Time Ball and one time for all · Royal Museums Greenwich ↗14A Walk Through Time - World Time Scales · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}

اتخذ مؤتمر عُقد في واشنطن في 1884 خط الطول المار بغرينتش خطَّ طول أوليًا لتحديد الطول الجغرافي وضبط الوقت، ومناطق التوقيت الـ 24 في العالم يبلغ عرضها 15 درجة في المتوسط.^{14A Walk Through Time - World Time Scales · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}

خلال معظم العصور الوسطى تطوّرت أنماط المزاول من دون أن تبتعد كثيرًا عن المبادئ المصرية القديمة، وبحلول القرن 10 استُخدمت عدة أنواع من المزاول الجيبية، حتى إن أحد النماذج الإنجليزية كان يعوّض التغيرات الموسمية في ارتفاع الشمس.^{15A Walk Through Time - A Revolution in Timekeeping · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}

رأت اليونسكو أن جانتار مانتار مثال بارز على التقاء رصد الكون والمجتمع والمعتقدات، وشهادة على الذروة النهائية للتصورات العلمية والتقنية لتقليد المراصد الذي ابتُكر في العصور الوسطى ^{16The Jantar Mantar, Jaipur · UNESCO World Heritage Centre ↗}.

• بين 1000 و800 قبل الميلاد
  مزولة مصرية ارتفاعية
  لوح خشبي عليه علامات لوحدات الوقت وقضيب قائم خشبي أفقي مرتفع، صُنع في مصر، محفوظ في مجموعة متحف العلوم. ^{7Ancient Egyptian Altitude Sundial, or Shadow Clock, in pine (wood) · Science Museum Group Collection ↗}
• نحو 300 قبل الميلاد
  نصف الدائرة
  يُقال إن نصف الدائرة اخترع في هذا التاريخ، في مسار تطوّر المزاول من ألواح مستوية إلى النصف كروية فإلى نصف الدائرة. ^{4A Walk Through Time - Early Clocks · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗}
• النصف الثاني من القرن الرابع عشر
  مزولة ابن الشاطر
  بنى الفلكي ابن الشاطر للمسجد الأموي الكبير في دمشق مزولة أفقية على لوح رخامي مستطيل بنحو مترين طولًا، وُضعت على إحدى مآذن المسجد. ^{9Sundials in Medieval Islamic Science and Civilization · J. L. Berggren, Simon Fraser University (The Compendium, NASS) ↗}