Zonnetijd en middelbare tijd

Een zonnewijzer functioneert natuurlijk alleen overdag en dan alleen als de zon niet achter een wolk staat. Gedurende de nacht en de perioden dat de zon door bewolking niet te zien was gebruikte men andere hulpmiddelen zoals de clepsydra en andere typen van wateruurwerken en vanaf de dertiende eeuw mechanische uurwerken (‘klokken’).

In alle gevallen diende de zon nog altijd om ze gelijk te zetten. Ging de zon door het zuiden (door de meridiaan of over de ‘middaglijn’) dan moest de klok precies twaalf uur aanwijzen. De zo gevonden tijd wordt de ‘ware’ zonnetijd genoemd. Omdat de zon gedurende het jaar soms een beetje voor en soms een beetje achter loopt ten opzichte van een eenparig rondlopende zon (de ‘middelbare zon’), moest zelfs een perfect lopende klok regelmatig bijgesteld worden om de ware zonnetijd aan te geven.

Het verschil tussen ware zonnetijd en middelbare zonnetijd staat bekend als de tijdvereffening en varieert tussen de uiterste waarden van –14 minuten (rond 11 februari) en +16½ minuten (rond 3 november). Het verloop van de tijdvereffening wordt weergegeven in de onderstaande grafiek (getrokken rode lijn).

klik voor een grotere afbeelding

Het verloop van de tijdvereffening is de som van twee oorzaken:

Portret van Christiaan Huygens door Caspar Netscher (1639-1684). Olieverfschilderij uit 1671 (Haags Historisch Museum/Museum Boerhaave Leiden).

De introductie van mechanische uurwerken

Alhoewel mechanische uurwerken al vanaf de dertiende eeuw in Europa werden toegepast, was hun precisie niet erg groot en moesten zij bijna dagelijks aan de hand van de zonnestand met een zonnewijzer bijgesteld worden.

Een belangrijke doorbraak in de nauwkeurigheid waarmee de tijd gemeten kon worden vond plaats in 1656 toen onze landgenoot Christiaan Huygens (1629-1695) het slingeruurwerk uitvond. Voor het eerst was het mogelijk om uurwerken te maken die op een paar seconden betrouwbaar waren en deze precisie ook meerdere dagen achtereen konden handhaven.

Naast het slingeruurwerk werkte Christiaan Huygens ook aan de ontwikkeling van kleinere handzame uurwerken (‘horologien’) en in 1675 slaagde hij erin om de nauwkeurigheid van deze uurwerken belangrijk te verbeteren met de uitvinding van de onrust met een spiraalveer.

Om dergelijke uurwerken nauwkeurig naar middelbare tijd af te regelen was het noodzakelijk om het jaarlijkse verloop van de tijdvereffening tot op een fractie van een minuut nauwkeurig te weten en het was wederom Christiaan Huygens die al in 1665 als eerste een dergelijke tabel publiceerde in zijn Kort onderwijs aengaende het gebruyck der Horologien tot het vinden der Lenghten van Oost en West.

Dergelijke tabellen zijn daarna nog door vele andere sterrenkundigen en klokkenmakers opgesteld en tot ver in de negentiende eeuw was het gebruikelijk om bij de aanschaf van een uurwerk een tabel voor de tijdvereffening mee te leveren zodat de gebruiker zijn uurwerk met behulp van een nauwkeurige zonnewijzer naar middelbare tijd af kon regelen.

Ook probeerde Christiaan Huygens uurwerken te ontwerpen waarmee het mogelijk zou zijn om de geografische lengte op zee te bepalen. Immers, als de plaatselijke middelbare tijd ergens op zee (bepaald aan de hand van de zonnestand) vergeleken kon worden met die van een klok die naar de middelbare tijd van de thuishaven was afgeregeld, dan gaf het verschil in tijd meteen het verschil in de geografische lengte aan. Voor de oplossing van dit probleem hadden verschillende zeevarende naties grote geldprijzen uitgeloofd maar Huygens slaagde er niet om een uurwerk te maken die zeewaardig genoeg was.