Впрочем, астрономия все же была слишком полезна в мореходном деле. Кроме того организация земледельческих работ и хозяйственной жизни полисов требовала точных календарей, и поэтому небо продолжали изучать. К этому вопросу подключились многие греки, не ставившие себе целью создать философскую школу или сделать политическую карьеру, но желавшие лишь разобраться в движениях звезд и светил. Для этого потребовались специальные инструменты.
Настоящая научная астрономия началась с изобретения гномона — простого устройства, представляющего собой вертикальный стержень, установленной на ровной освещаемой солнцем плоскости (для начала подойдет даже воткнутая в землю палка). Некоторые источники приписывают это изобретение Анаксимандру, но есть данные, что гномон был известен уже вавилонянам. В любом случае, важно не первенство само по себе, а то, как данным приспособлением удавалось воспользоваться, поскольку гномон, несмотря на кажущуюся примитивность, позволяет сделать очень многое.
Первое и самое очевидное — теперь можно легко определить точное время наступления полудня, ведь в этот момент солнце поднимается максимально высоко, и всё, что нужно, это заметить, когда тень гномона окажется самой короткой. Но это далеко не всё. К северу от тропиков в полдень солнце находится точно на юге, а значит, в этот момент тень гномона указывает направление на север. Теперь уже можно разметить площадку под гномоном на все стороны света и получить стационарный компас: взять его с собой в дорогу не получится, но теперь для ориентации на местности необходимо лишь воткнуть стержень в землю и дождаться полудня (лишь бы погода не была пасмурной).
Если проводить наблюдения с одним и тем же гномоном на протяжении многих дней, то он может служить и календарем. В самом деле, весной и летом восход солнца происходит севернее направления на восток, а осенью и зимой — южнее. Если же на рассвете тень гномона указывает точно на запад, то сегодня день одного из двух равноденствий, и обычно любой человек может легко понять какого именно: весеннего либо осеннего. В день летнего солнцестояния полуденная тень гномона окажется самой короткой за весь год, а в день зимнего — самой длинной.
Уже в 432 году до нашей эры математик и астроном Метон установил на одной из афинских площадей большой гномон, а его ближайший сподвижник Евктемон (старший современник Сократа), пронаблюдав несколько солнцестояний, установил продолжительность года в 365 и 5/19 суток, а также выяснил, что длительность различных времен года неодинакова. Последний факт оказался совершенно неожиданным и никак не мог быть объяснен, если полагать, будто Солнце движется вокруг Земли (или Земля вокруг Солнца) по правильной окружности, ведь тогда все времена года обязаны иметь совершенно одинаковую продолжительность. До XVII века астрономы не смогли предложить никаких внятных объяснений данному явлению, пока Иоганн Кеплер не понял, что скорость обращения Земли вокруг Солнца непостоянна: Земля движется по эллиптической орбите и ускоряется по мере приближения к Солнцу, а затем замедляется при удалении от него. Впрочем, Кеплер еще не понимал физического содержания своих законов, обнаружить которое удалось лишь Исааку Ньютон еще через сто лет.
Для нас пока что будет достаточным указать, что из-за эллиптичности земной орбиты осень в северном полушарии продолжается приблизительно 89,8 суток, зима — 89 суток, весна — 92,8 суток, а лето — 93,6 суток. На эпоху V века до нашей эры, когда жил Евктемон, эти цифры несколько отличались, но его наблюдения были в любом случае неточны и содержали погрешности до 2,2 дней.
На примере гномона мы видим, как простое техническое приспособление, созданное, несомненно, с сугубо практической целью, дало возможность совершить научное открытие фундаментальной важности, пусть даже осознать его значимость удалось далеко не сразу. Отметим еще, что солнечные часы отличаются от гномона лишь тем, что их стержень устанавливается не вертикально, а параллельно земной оси. Тень такого стержня каждый день будет указывать в одном и том же направлении в одно и то же время, поэтому такое устройство и возможно использовать в качестве часов, но календарем они служить не могут.
