قبله نما چگونه کار می‌کند؟ — به زبان ساده

نماز فریضه‌ای است که مسلمانان پنج بار در روز موظف به انجام آن هستند. ولی برای انجام این فریضه مقدماتی لازم است. این مقدمات شامل تعیین جهت قبله یعنی جهت کعبه و ساعت انجام فریضه در تمام نقاط جهان است. در این مطلب از مجله فرادرس در مورد طرزکار و فیزیک دستگاه قبله نما که برای تعیین جهت قبله استفاده می‌شود مطالبی را ارائه خواهیم کرد.

قبله نما چیست؟

سلطان یمن الملک الشرف استفاده از قطب نما را به عنوان شاخص قبله در قرن سیزدهم معرفی کرد. در رساله‌ای درباره نجوم و ساعت‌های آفتابی، آل اشرف چندین پاراگراف در مورد ساخت یک «کاسه قطب نما» (ṭāsa) توضیح داده است. وی در حقیقت از قطب نما برای تعیین قطب شمال، نصف النهار و قبله استفاده کرده است. این اولین ظهور و استفاده از کلمه قطب نما در متن علمی اسلامی قرون وسطایی و اولین کاربرد شناخته شده آن به عنوان شاخص قبله است. با این حال اشرف هیچگاه ادعایی نداشته که اولین کسی است که از قطب نما برای تعیین جهت قبله استفاده می‌کند.

بدین ترتیب می‌توان اساس کار قبله نما را مانند قطب نما مبتنی بر میدان مغناطیسی دانست. قبله نما (که بعضاً شاخص قبله نیز نامیده می‌شود) قطب نمای اصلاح شده‌ای است كه توسط مسلمانان برای نشان دادن جهت ایستادن برای اقامه نماز استفاده می‌شود. در اسلام این جهت قبله نامیده می‌شود و به سمت شهر مکه و به طور خاص به کعبه اشاره دارد.

در حالی که قبله نما مانند هر قطب نمای دیگری جهت شمال را نشان می‌دهد، جهت اقامه نماز با علامت‌هایی در محیط صفحه که مربوط به شهرهای مختلف است یا با اشاره‌گر ثانویه‌ای که کاربر بنا به مکان خود تنظیم کرده است نشان داده می‌شود. برای تعیین جهت مناسب فرد باید از طول و عرض جغرافیایی محل زندگی خود و مکه مطلع باشد. سپس این مقادیر به یک مثلث کروی اعمال می‌شود و می توان زاویه را از نصف النهار محلی به جهت مورد نیاز مکه تعیین کرد.

قبله نما معمولاً شامل یک جعبه برنجی گرد با یک درب لولایی و یک قطب نمای مغناطیسی داخلی است. لیستی از مکانهای مهم اسلامی با طول و عرض جغرافیایی آن‌ها، در چهار طرف جعبه به زبان عربی نقش بسته است. قطب نما دارای یک سوزن استیل آبی است که دارای یک دایره باز برای نشان دادن جهت شمال است. یک محور قابل چرخش برنجی روی این دایره سوار می‌شود و کل اجزا توسط یک صفحه شیشه‌ای پوشانده می‌شوند.

یک حلقه برنجی مدرج با حروف «abjad» روی لبه قبله نما شماره‌گذاری شده و نقاط اصلی مشخص می‌شوند. درب جعبه نیز توسط بست قلاب محکم می‌شود. این ابزار در اختیار کاربر قرار می‌گیرد تا بتواند جهت قبله صحیح را تعیین کند (جهتی که مسلمانان هنگام نماز به سمت آن می‌ایستند). قطب نماهای قبله‌ای تزئین شده حداقل به قرن هجدهم مربوط می‌شوند، برخی از نسخه‌های اخیر قبله نما به جای نشانگر مغناطیسی از نمایشگر دیجیتالی استفاده می‌کنند. برخی از قبله نماها همچنین دارای شمارنده‌ای هستند که برای شمارش تکرار دعاهای مختلف بعد از نماز استفاده می‌شود.

برای تعیین جهت قبله و ساعت انجام نماز باید از عرض و طول جغرافیایی آن منطقه یا ناحیه استفاده کرد. در زمان‌های گذشته محققان یک کتابچه برای تعیین جهت قبله و ساعت انجام نماز تهیه کرده بودند که بر اساس سه پارامتر طول سایه خورشید، قطب نما و یک روش ریاضی به دست آمده بود. این روش ریاضی توسط برخی از محققان و دانشمندان مسلمان مانند: ابو‌الوفا، بیرونی، ابن الحیثم و غیره محاسبه و پیاده شده بود.

امروزه مشخص کردن موقعیت مکانی یا همان طول و عرض جغرافیایی (مختصات) توسط سیستم موقعیت‌یابی جهانی یا همان GPS به مراتب آسان‌تر و دقیق‌تر شده است. علاوه بر این در زمان حاضر الگوریتم‌ها و فناوری‌های میکروکنترلر برای ایجاد اتوماسیون در هر زمینه‌ای وجود دارند.

محققان برخی از فناوری‌های روز را با روش‌های ریاضیاتی ترکیب کرده‌اند تا بتوانند جهت‌گیری قبله و ساعت نماز را به صورت حرفه‌ای‌تر و دقیق‌تری اندازه‌گیری کنند.

تعیین جهت قبله از نظر ریاضی

قبله در عربی به معنای جهت است و منظور جهت بادی است که به سمت کعبه ‌می‌وزد. محاسبه جهت قبله در تعلیم و تربیت اسلامی در علم فلک (نجوم) مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

یکی از روش‌های مطالعه جهت قبله استفاده از هندسه مثلث کروی است که در قسمت قبل در مورد آن صحبت کردیم. این روش توسط دانشمندان مسلمان مانند النیریزی، الکوحی، ابوالوفا، البیرونی، ابن معاذ و دیگران توسعه یافته است. مثلثات یک مثلث کروی و روش توسعه یافته توسط دانشمندان مسلمان را می‌توانید در شکل زیر مشاهده کنید.

با استفاده از نقشه گوگل مکان کعبه از لحاظ عرض و طول جغرافیایی به ترتیب در معادلات زیر بیان شده است:

$$\phi=21^{\circ}25^{'}21.21^{''}\ LU$$
$$\lambda=39^{\circ}49^{'}34.56^{''}\ BT$$

با استفاده از روابط مثلثاتی یک مثلث کروی، قبله در یک مکان با عرض و طول جغرافیایی مشخص طبق معادله زیر مشخص به دست می‌آید:

$$\tan(Q)=\frac{\sin(\lambda_{L}-\lambda_{M})}{\cos \phi_{L}.\tan \phi_{M}-\sin \phi_{L}.\cos(\lambda_{L}-\lambda_M)}$$

در رابطه بالا $$\phi_M$$ عرض جغرافیایی مکه، $$\lambda_M$$ طول جغرافیایی مکه، $$\phi_L$$ عرض جغرافیایی و $$\lambda_L$$ طول جغرافیایی مکان موردنظر است.

تعیین ساعت نماز

نماز فریضه‌ای است که توسط مسلمانان پنج بار در روز انجام می‌شود، بدین ترتیب مشخص کردن زمان فجر، ظهر، عصر، مغرب و عشا برای مسلمانان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در شکل زیر، موقعیت خورشید در کره آسمان نشان داده شده است. اوقات ادای فریضه نماز در مکان‌های مختلف، به دلیل تفاوت در طول و عرض جغرافیایی متفاوت از مکان‌های دیگر است.

بدین ترتیب می‌توان این پنج زمان مهم برای مسلمانان را با استفاده از روابط هندسی و با توجه به مکان فرد مشخص کرد. در ادامه طریقه محاسبه هر یک از این زمان‌ها را با توجه به طول و عرض جغرافیایی مکانی که در آن قرار گرفته‌ایم مشخص می‌کنیم.

تعیین زمان فجر

فجر با سپیده‌دم و زمانی که هوا هنوز گرگ و میش است آغاز می‌شود و قبل از طلوع آفتاب به پایان می‌رسد. یعنی داریم:

$$Fajr=Dhuhr-HFajr=Dhuhr-\frac{1}{15}\cos^{-1}(\frac{-\sin AIT-\sin \phi \sin\delta}{-\sin \phi.\sin\delta})$$

معادله بالا مدل ریاضی برای زمان نماز صبح را توضیح می‌دهد. $$Dhuhr$$ یک مدل ریاضی است که در معادله بعد تعریف می‌شود، AIT مخفف (Astronomical Islamic Twilight) و به معنی شفق نجومی اسلامی و برابر با $$-18^{\circ}$$ است. همچنین $$\phi$$ عرض جغرافیایی سماوی و $$\delta$$ زاویه انحراف است.

تعیین زمان ظهر

ظهر یا Dhuhr بعد از ظهر یا زمانی که مرکز خورشید در نصف‌النهار است آغاز می‌شود. ظهر ۵ دقیقه بعد از قرار گرفتن خورشید در بالاترین نقطه کره سماوی آغاز شده و با شروع عصر پایان می‌یابد. برای محاسبه ظهر رابطه زیر را داریم:

$$Dhuhr=12^{h}+\frac{\lambda}{15}+\frac{E}{60}+1^{min}$$

معادله بالا زمان نماز ظهر در مناطق جغرافیایی مختلف را نشان می‌دهد. بر اساس این معادله $$12^h$$ نشان‌دهنده ساعت ۱۲ ظهر است، $$\lambda$$ تفاوت طولی میان طول جغرافیایی که در آن قرار گرفته ایم و طول جغرافیایی محلی است. همچنین E معادله زمان است.

تعیین زمان عصر

عصر زمانی آغاز می‌شود که خورشید در اوج نقطه عبور قرار می‌گیرد و سایه قطب عمودی حداقل است. همانطور که می‌دانیم طول سایه برابر با مجموع طول شی و طول سایه آن در ظهر است. بدین ترتیب رابطه محاسبه زمان عصر برابر است با:

$$Asr=Dhuhr+\frac{1}{15}\cos^{-1}(\frac{-\sin a.\sin \phi. \sin\delta}{\cos \phi.\cos\delta})$$

معادله بالا زمان عصر را مشخص می‌کند. در این معادله $$a=\cot^{-1}(x+\tan|\phi-\delta|)$$ است که بین گروه‌های مختلف بر سر مقدار $$x$$ اختلاف نظر وجود دارد و برخی آن را ۱ و برخی دیگر ۲ در نظر می‌گیرند. همچنین $$\phi$$ عرض جغرافیایی سماوی و $$\delta$$ زاویه انحراف است.

تعیین زمان مغرب

مغرب با غروب خورشید آغاز می‌شود و زمانی پایان می‌یابد که عشاء شروع می‌شود. مرکز خورشید در زیر افق در 50 آرک‌دقیقه قرار دارد و خورشید در $$0.83^{\circ}$$ زیر افق قرار گرفته است.

$$Maghrib=Dhuhr+\frac{1}{15}\cos^{-1}(\frac{-\sin D-\sin \phi. \sin\delta}{\cos \phi.\cos\delta})$$

در معادله بالا، $$D$$ زاویه رکود و برابر با $$0.833^{\circ}$$ است. همچنین $$\phi$$ عرض جغرافیایی سماوی و $$\delta$$ زاویه انحراف است.

تعیین زمان اعشاء

اعشاء بعد از ناپدید شدن پرتوهای نوری آغاز می‌شود و توسط رابطه زیر قابل محاسبه است:

$$Isha=Dhuhr+\frac{1}{15}\cos^{-1}(\frac{-\sin AIT-\sin \phi. \sin\delta}{\cos \phi.\cos\delta})$$

در معادله بالا که برای محاسبه زمان عشاء استفاده شده است AIT مخفف (Astronomical Islamic Twilight) و به معنی شفق نجومی اسلامی و برابر با $$-18^{\circ}$$ است. همچنین $$\phi$$ عرض جغرافیایی سماوی و $$\delta$$ زاویه انحراف است.

بدین ترتیب با روش علمی و مثلثاتی تعیین جهت قبله انجام گرفت و زمان انجام فریضه نماز برای مسلمانان محاسبه شد. در ادامه روش‌های مختلف برای تعیین جهت قبله را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

انواع قبله نما ها

قبله نما ها انواع مختلفی ندارند ولی اخیراً یعنی در سال گذشته محققان پاکستانی روی قبله نمایی کار کردند که به فرد اجازه می‌دهد تا در مسیر حرکت و در سفرهای طولانی از این وسیله استفاده کند و نیازی به قرار دادن آن روی سطح صاف و ثابت برای نشان دادن قبله نباشد. این موضوع را در قسمت بعد توضیح می‌دهیم.

قبله نمای چرخشی