Os sistemas e unidades de medida do tempo utilizados polo ser humano son consecuencia directa de fenómenos astronómicos. O movemento periódico dos astros fai que o cosmos regule a vida da Terra e dos terrícolas. Por tanto, a adaptación dos ciclos vitais de plantas e animais a estes movementos non pode considerarse como una consecuencia do azar. Así, as dúas principais unidades que utilizamos paira medir o tempo, o ano e o día, están relacionadas co movemento da Terra ao redor do Sol e coa rotación do planeta, aínda que estes períodos non son exactos.
O ano é a unidade de tempo que a Terra necesita paira dar una volta completa ao redor do Sol. Tomando como referencia obxectos fose do sistema, como as estrelas, créanse estacións que regulan o ritmo de vida. Con todo, debido ao movemento de precesión, a inclinación do eixo terrestre vai cambiando, cada 26.000 anos, coma se fose una peonza, formando un círculo. En consecuencia, as estacións tamén varían e o modelo que utilizamos hoxe en día é un ano tropical ou legalmente imposto, algo inferior ao ano sideral que se mide co movemento das estrelas, 21 minutos e 27 segundos menos.
O movemento de rotación da Terra é de 23 horas e 56 minutos. Durante este tempo, pola súa banda, a Terra vira ao redor da súa órbita e engádese 4 minutos para que a súa posición respecto ao Sol sexa estable. Así se xera un movemento de 24 horas, é dicir, un día. Con todo, porque a velocidade de translación non é sempre a mesma e o eixo da Terra está torto, eses 4 minutos que se engaden poden ser enganosos. O día do Sol, é dicir, a unidade de tempo ata que o Sol volve a esa posición mirando ao Sur, non ten sempre a mesma duración. Isto fai que a hora solar afástese da hora media que usamos habitualmente. O control desta diferenza pódese realizar mediante a denominada ecuación solar.
Como se mencionou anteriormente, a posición relativa do Sol e a Terra fixa a data e a hora. Estes parámetros, por tanto, poden ser determinados polo percorrido aparente que o Sol marca sobre o horizonte. Proba deste movemento son as sombras que crean os obxectos e paira iso utilizáronse en culturas antigas. En Exipto, por exemplo, utilizábase a sombra que producía un obeso paira saber a data e fixar as horas.
VII. Desde o século XIX, nos mosteiros tamén se aproveitou o sol: no muro sur do mosteiro colocábase un pau perpendicular paira fixar as horas canónicas de oración.
En calquera caso, a sombra xerada por un pau vertical e horizontal non é o método máis seguro paira fixar as horas, xa que esta sombra varía en función da data. Así, a duración das horas era diferente en cada estación do ano.
Os primeiros pasos paira solucionar este problema foron os árabes. No século XVIII colocouse o pau ou gnomon dobrado. O ángulo de inclinación do pau co plano horizontal debe ser igual á latitude local e calcularase cando o plano horizontal estea paralelo ao eixo da Terra (ver figura 1).
Aínda que todos os reloxos de sol están baseados na mesma filosofía, poden ser de moitos tipos. Case todos os reloxos de sol teñen dous partes: o gnomon ou pau que determina a hora coa súa sombra e a cadrada ou superficie que recibe a proxección da sombra e debuxa as liñas horarias. Dependendo da localización do cuadrante, pódense construír distintos modelos de reloxos: ecuatoriais, cando a superficie é paralela ao ecuador; horizontais; verticais meridianos ou declinantes, é dicir, situados ou non cara ao sur; laterais, orientados cara ao leste ou cara ao oeste, que só dan horas de mañá ou de mañá, ou cara ao norte, que dan as primeiras e últimas horas do día na primavera e verán. Os máis usuais son os declinantes de cuadrante vertical que se colocan nun dos muros sur (ver figura 2).
Como xa se mencionou anteriormente, o plano do cuadrante pode estar en distintas posicións e as liñas horarias que debuxa cada modelo serán diferentes. Ademais, a sombra do gnomon pode proxectarse dentro de una semiesfera ou semicilíndrico.
Ademais dos citados, existen reloxos baseados na altura do Sol. Estes son móbiles e deben corrixirse en función da data. Entre os reloxos deste modelo, os máis coñecidos son os “aneis”, os “reloxos de pastor” ou o reloxo en forma de L utilizado antigamente en Exipto (ver figura 3).
Independentemente do modelo do reloxo de Sol, hai que ter moi en conta a hora real na que se atope. A hora local real era a unidade de tempo que se utilizaba en cada municipio até o século pasado. Nalgúns casos pode haber grandes diferenzas entre a hora estándar utilizada actualmente e a hora real local. Esta diferenza depende de tres factores: a lonxitude xeográfica local –48 minutos entre Galicia e Cataluña–, a data e o cambio de hora no verán e no inverno.
Estes tres factores pódense corrixir substituíndo as liñas horarias correctas orixinais por liñas sinusoidales e os números, é dicir, modificando as horas. Estas correccións non se realizan habitualmente, polo que adoita haber una gran diferenza entre as horas que proporcionan os distintos reloxos de sol.