Astronomický ciferník
Pražského orloje je astroláb
poháněný hodinovým strojem. Na něm se pak dají odečítat údaje, na
jejichž ukazování je zkonstruován.
Ručičky, někdy bizarních a dekorativních
forem, jsou obvyklé. Odečítá se také poloha zobrazených
těles na křivkách nebo jejich umístění v plochách.
Jakým způsobem se tak děje, v tom
je důvtip tvůrců orlojů. Univerzální návod neexistoval
a tak každý orloj byl a je sám o sobě unikátem, konstruovaným pro
místo, kde byl postaven. Ne že by vyžadoval přesnost na několik metrů
podle systému GPS. Ale posunutí o stovku kilometrů by už bylo znát.
Přesnost ukazování je poplatná době vzniku. Středověké hodiny mohly mít
chybu i půl hodiny denně. Takže sekundy na orlojích nenajdete. A minuty
lze spíše odhadovat. Při odečítání je nutné si dát pozor
na paralaxu, protože ciferník bývá ve výšce a přímý pohled je
obtížný. Ciferník pražského orloje je konstruován neobvykle důmyslně, i
ve
srovnání s ostatními evropskými orloji. Detaily technického a
mechanického řešení pohybů jsou na detailních
fotografiích v této kapitole.
Střed astronomického ciferníku.
Tři pohyby od stroje jsou vyváděny v jedné ose - jedna osa a dva souosé duté hřídele. Rozdílný počet zubů hlavních kol uvnitř orloje způsobuje různou rychlost oběhů Slunce, Měsíce a zvěrokruhu tak, jak odpovídá poměru jejich pohybů po obloze. Střed otáčení je promítnut do geografického místa orloje, tedy v Praze. Tento systém měl už původní orloj (1410), představoval tehdy vrcholnou techniku a je jednou z pozoruhodností orloje. Současný systém je z pozdější doby.
Prstenec zvěrokruhu ( jiný používaný výraz zvířetník nebo zodiak).
Pojmenování souhvězdí na obloze vzniklo už ve starověku. Zdánlivá dráha Slunce po sféře kolem Země se nazývá ekliptika a prochází převážně souhvězdími, pojmenovanými po zvířatech. V jednotlivých znameních se Slunce pohybuje přibližně jeden měsíc a během roku projde všemi. Po stejné ekliptické dráze se pohybuje i Měsíc, ale s rozdílnou rychlostí. Na okraji prstence je 72 paprsků, které slouží k jemnějšímu rozdělení jednotlivých měsíců na dny. Mezera mezi sousedními paprsky představuje přibližně 5 dní. Toto jemnější dělení na pražském orloji je unikátní, ale vzniklo jako náprava chybného výpočtu v roce 1864. Přinýtovaným prstencem s paprsky tak opravili moc malý průměr zvěrokruhu. Nebyly však prodlouženy tyčky Slunce a Měsíce, a tak se pohybují na původním menším průměru a tím i nižší dráze, což správné není.
Střed prstence zvěrokruhu.
V geometrickém středu prstence zvěrokruhu jsou upevněny otočně na společné ose tyčky Slunce a Měsíce, které je udržují celý rok na ekliptické dráze. Suvně jsou na pomocných tyčkách a protože je prstenec excentrický, tak mohou ukazovat jednoduchým mechanickým způsobem výšku nad obzorem při ročních obdobích podle skutečnosti na obloze. Tento jednoduchý systém je také původní.
Symbol Slunce
na orloji stoupá, zapadá, většinu roku
projde polem astronomické noci a opět vychází tak, jako na obloze. Je
ze zlaceného plechu a pohybuje se na stejném rameni se zlatou ukazovací
hodinovou ručičkou a spolu s ní se otáčí za 24 hodin. Slunce zároveň
naznačuje, ve kterém znamení zvěrokruhu se nachází. V průběhu dne pak
zda je den, soumrak, noc nebo svítání. Svou polohou mezi liniemi 1 - 12
zároveň ukazuje v modrém poli ciferníku babylonský čas. Respektive by
ukazovat mělo, kdyby bylo na úrovni dodatečného nastavení zvěrokruhu.
Takto čas ukazuje průsečík sluneční rafie a vnější hrany
zvěrokruhy.
Měsíc
se
pohybuje po ekliptice na stejném mechanickém principu jako
Slunce. Je dutý, v poloviční kleci s otočnými body. Třmen v zadní části
klece klouže po pomocné tyčce. Ukazuje měsíční fáze v závislosti na
poloze ke Slunci tak, jak je tomu v přírodě. V kouli o průměru 130 mm
je skrytý mechanizmus,
který při každém oběhu
zevnitř natáčí plášť koule. Ukazuje tak fáze, ve kterých se nachází.
Při úplňku ukazuje celou světlou polovinu a na orloji je vzhledem k
Slunci v opozici, tj. na protilehlé straně. V noci tak jako v přírodě
září odraženým světlem. Při zákrytu se Sluncem je zcela
tmavý, takže jako není „vidět“. Kdy tento mysteriózní stroj vznikl,
není známo. Bylo to pravděpodobně při opravě ve druhé polovině
17.stol., ale někteří badatelé jeho vznik posouvají do století
následujícího.
Zlatá ruka
je nejvýraznější ukazatel na orloji. Zasahuje
až přes největší průměr ciferníku, kde je kývavá stupnice
čtyřiadvacetníku (vlastní kapitolka) a tam ukazuje staročeský čas.
Zároveň ukazuje na římských číslicích čas německý, kdy den začíná a
končí o půlnoci tak, jak je obvyklé i v současné době. Na orloji je
stupnice se 24 hodinami, protože ukazatel - zlatá ruka - je jen jedna a
oběhne kruh za jeden sluneční den. Dělení je ale 2 x 12 (římsky I až
XII), kdy horní XII značí poledne a spodní XII půlnoc. Toto uspořádání
má nečekanou přednost : pokud je velká zlatá ruka částečně
překrývána pohyblivými částmi astrolábu (Slunce, Měsíc,
zvěrokruh), což se stává v létě, kdy je Slunce nejvýše na obloze a při
novu ho ještě zakrývá Měsíc, lze čas odečítat v prodloužení na druhé
straně ciferníku, kde je shodné číslování. Zda při tomto
způsobu odečítání je den či noc, musí poznat pozorovatel. Mohutnější
rozšířený konec má také funkci protiváhy ručičky
(stejné řešení protiváhy a jako ukazatele má i Měsíc). Používání
německého času v českých zemích bylo nařízeno za císaře Ferdinanda I. v
roce 1547.
Hvězdný (též siderický) čas
je vztažen k zdánlivému pohybu
vzdálených hvězd při rotaci Země. Od slunečního dne, který trvá 24
hodin, je hvězdný den asi o 4 minuty kratší. Rozdíl vzniká tak, že Země
při jedné otáčce se vůči hvězdám posune po své dráze kolem
Slunce,
které není v tu chvíli na stejném
místě na obloze jako na počátku hvězdného dne. Za jeden rok naroste
rozdíl na
jeden den. Proto je ukazatel umístěn na zvířetníku, který
ukazuje polohu hvězd vůči Slunci. Hvězdička je na raménku, prodlouženém
z pozice prstence při jarní rovnodennosti.
Hvězdný čas má rovněž 24 hvězdných hodin, měl by být proto zobrazován na 24 hodinovém ciferníku o 12 hodin pootočeném. Na orloji se odečítá na ciferníku 12 + 12 hodin a trochu to plete. Hvězdný čas se počítá od horní kulminace jarního bodu, tedy od okamžiku, kdy rafie s hvězdičkou ukazuje vzhůru. Dodejme, že to je právě opačně než u rafie Slunce. Pokud rafie Slunce ukazuje vzhůru je poledne, dvanáct hvězdných hodin je dole.
Hvězdný čas používají kromě astronomů také astrologové při sestavování horoskopů.
Staročeský (také italský) čas
je odečítán na
tzv. čtyřiadvacetníku. Toto mezikruží se stylizovanými gotickými písmeny 1 až 24 má vůbec
největší průměr na orloji, plných 300 cm. Je to další, už čtvrtý pohyb kolem středu astronomického ciferníku, i když je
s ním pohybováno složitým převodem, skrytým za deskou (vlastní kapitolka ). Kývavý pohyb, za celý rok 60o,
je
nejpomalejším pohybem na orloji. Počátek dne se v průběhu roku posouvá,
staročeský den začínal okamžikem západu Slunce, v denním
životě ve skutečnosti nocí. Je ukazován zlatou rukou na 24, přičemž
Slunce je na linii soumraku. V době vzniku orloje se
tento čas ještě používal. Možná zde má původ lidové rčení, že někdo
chodí spát se slepicemi. Animace předvádí pohyb čtyřiadvacetníku v
průběhu celého
roku a ukazuje začátek dne v pozici, kdy Slunce vstupuje do znamení
zvěrokruhu.
Základní pevná deska
je celá vidět jen při velkých opravách, jak tomu bylo v roce 2005. Má
průměr 260 cm a její grafickou
podobu v průběhu roku částečně zakrývají pohyblivé ukazovací prvky.
Základní rozdělení je odlišeno barevně: modrá plocha je den, kdy
je Slunce nad obzorem, oranžová svítání (AVRORA) a soumrak
(CREPVSCVLVM). Linie ORTVS a OCCASVS jsou linie východu a
západu. Psáno je antickým způsobem, kdy Římané hlásku U psali jako
písmeno V. V 19. století byla tak například zdůrazňována důstojnost a
vážnost institucí, jako třeba v nápisu MVSEVM.
Obratníky
nejsou slovně vyznačeny. Zlatý plastický kruh na největším průměru
desky je obratník Raka (v létě, kdy je Slunce nejvýše, se ho dotýká),
zimní obratník Kozoroha je na průměru nejmenším. Mezi nimi je na desce
další neoznačený zlatý kruh a ten
představuje světový rovník. 
Černá je oblast astronomické noci a ta nastává, když je Slunce více než 18o pod obzorem. Černý terč noci se nedotýká okraje desky, vzniká tak oranžová mezera pro pohyb Slunce v době vrcholného léta. Slunce se pohybuje v té době kolem obratníku Raka, astronomická noc nenastává a vysoko postavený sluneční kotouč na orloji může touto mezerou projít a nedostat se do černé plochy noci. Římské číslování značí hodiny občanské, také německé, jak je známe dnes.
Křivky, které označují plochy 1 až 12 v modrém denním poli, vymezují plochy pro určení planetních (babylonských) hodin. Nazývá se také čas planetní, podle Babyloňanů každé hodině vládla jedna planeta. Den je rozdělen na 12 hodin (stejně tak noc), při svítání Slunce ukazuje hodinu první, při západu konec hodiny dvanácté. Poledne, tak jak jsme zvyklí, nastává u babylonského času v 6 hodin. Délka jedné babylonské hodiny se v průběhu roku mění, v létě je nejdelší a naopak v zimě nejkratší. Historicky je to nejstarší čas, který je na orloji znázorněn. A údajně dnes není ukazován nikde na světě.
Potřeba přesného měření a určování času začala být aktuální až v době nedávné, na počátku průmyslové revoluce s nastupujícím věkem páry. Do té doby byl používán místní čas. Platil ale jen pro místo a město, kde byl sledován. Slunce v zenitu, tj. v poledne, obvykle oznamoval dělový signál, tak tomu bylo i v Praze.
První železnice na našem území, mezi Vídní a Brnem, začala jezdit v roce 1839. Vlaky už byly schopny jezdit rychlostí 30 km za hodinu a jízdní řád mezi Vídní a Brnem byl stanoven s přesností na minuty. Na celé dráze ale platil tzv.“normální“ čas, tj. ten podle vídeňských staničních hodin. Čas nastavil a uzavřel do schránky příslušný úředník. Ranní vlak z Vídně vezl takto nastavený čas sebou a podle něj si pak nastavovali výpravčí ve stanicích vlastní hodinky. Lidskou chybou mohly vzniknout rozdíly, železniční neštěstí na našem území v roce 1840 u Rajhradu zavinil rozdíl v čase. Několik úředníků se dohadovalo, který čas platí a shodli se na tom nejméně přesném. Telegraf v té době ještě neexistoval, byl zaveden až v roce 1847.
Po zavedení poledníkového , pásmového času v roce 1884 byl jeden den, tj. 24 hodin rozdělen na zeměkouli na 24 hodinových pásem, kdy se časy podle geografického rozdělení států nebo oblastí od sebe liší o hodinu. Celá zeměkoule má ale stejné minuty a vteřiny. Velká Británie byla hlavní námořní velmoc světa a tak za začátek soustavy poledníků byl vzat poledník procházející Královskou observatoří v Greenwichi u Londýna, odtud čas greenwichský, západoevropský, nebo také světový. Je-li v Londýně 12.00 hodin, v Praze je podle středoevropského času 13.00, v Moskvě 15.00, v Šanghaji 20.00, na Havaji 02.00, v San Francisku 04.00 a v New Yorku 07.00 hodin. Linie změny data probíhá v Tichém oceánu mezi tichomořskými ostrůvky a je lomená tak, aby procházela neobydlenými teritorii. Tyto časy jsou přesně podle Slunce, ale některé státy ve 20.stol. začaly zavádět tzv. letní čas, kdy část roku je o hodinu méně. Ve většině Evropy to bylo za 1.světové války, potom i ve druhé, kdy české země byly v Protektorátu. Znovu byl u nás zaveden v roce 1979. Krátkou dobu byl letní čas nastavován i na astronomický ciferník orloje. Dnes se uplatňuje v celé Evropské unii a od roku 1996 dokonce sedm měsíců v roce, od konce března do konce října. Diskuse o jeho účelnosti se vedou několik let. Hlavní důvod jeho používání je uváděn ekonomický, kdy se v létě více využívá přirozeného slunečního světla. Letní čas je ale záležitostí zemí mírného pásma. V tropickém pásmu se délka dne v létě od délky zimního dne neliší natolik, aby mělo zavádění letního času smysl. Obdobně v polárních oblastech, kde polární noc trvá půl roku, nemá letní čas smysl.
Proti letnímu času je argumentováno tím, že značná část lidí je
citlivá na změny v pravidelnosti časového cyklu, přičemž energetické a
ekonomické přínosy už nejsou v
dnešní době tak aktuální, jako v době jeho zavádění.
Objevují
se i návrhy, aby místo dvou změn času každý rok se přešlo na letní čas
celoročně, tedy trvale přijmout sousední časové pásmo. Pokud by se
tak stalo ve Velké Británii, tak budou mít stejný čas jako většina
Evropy, tj. středoevropský. Přestavování času v některých hodinách
nemusíme pečlivě sledovat, to vyřešily radiové signály. I v počítačích
zapojených do Internetu dojde k automatické změně nastavení. Snad
se ale dočkáme doby, kdy čas na hodinkách a Slunce na obloze budou po
celý rok opět ve shodě.
Sluneční hodiny většinou letní čas nezobrazují. Orloje se také nepřestavují, proto část roku ukazují o jednu hodinu méně. Ve skutečnosti se již podle Slunce neřídí, jsou nastaveny na pásmový čas. Věžní hodiny na radnici se přestavují, ale zda si někdo z turistů rozdílu jedné hodiny mezi věží a orlojem všímá, to už jisté není. Teoreticky lze nastavit orloj i hodiny na místní čas, pak by tam měla být umístěna dodatková tabulka s upozorněním, že je to vlastně jinak. Nebo si lze poradit jako v belgickém Lieru, kde jejich věž má od roku 1930 třináct vnějších ciferníků a dalších 57 ukazatelů uvnitř. Protože Lier má nadmořskou výšku 4 metry, tak jeden ciferník ukazuje také příliv a odliv