Die Sonnenuhr war auf einer heute verlorenen Basis befestigt, so dass der Stein eine Neigung von 37,4° zur Vertikalen hatte. Ein großes Loch von 22 cm Durchmesser verläuft rechtwinklig zu den beiden großen Flächen A und B durch den Block. In die untere Wandung des Zylinders sind parallel zu den Außenkanten zwei Kreisbögen eingraviert, so dass zwischen den Rändern der Öffnung und diesen Linien zwei Streifen entstehen, die wiederum durch quer verlaufende Linien in zwölf Zonen unterteilt sind. Der Metallstab des 15 cm langen Gnomon, dessen Schatten entsprechend der Tages- und Jahreszeit wanderte, war in der Mittelachse der zylindrischen Öffnung angebracht. Die Uhr wurde auf ihrer Basis so aufgestellt, dass die große Fläche A nach Norden und die gegenüberliegende Fläche B nach Süden ausgerichtet war. Durch die Neigung von 37,4°, die annähernd der geographischen Breite von Ai Khanum (37° 10’) entspricht, lagen die Hauptseiten des Blocks parallel zur Äquatorialebene, der Gnomon war dementsprechend parallel zur Erdachse ausgerichtet. Bei dieser Aufstellung trafen die Sonnenstrahlen je nach Jahreszeit auf die obere oder untere Seite (A bzw. B). Zur Tag- und Nachtgleiche im Frühling und im Herbst fielen die Sonnenstrahlen parallel zur Neigung der Außenflächen ein, streiften also die Ränder der zylindrischen Öffnung, ohne dass der Gnomon einen Schatten auf die Wandung warf. An den anderen Tagen des Jahres bewegte sich der Sonneneinfall in einem Bereich von etwa 24° oberhalb bzw. unterhalb der Äquatorialebene. Damit fiel das Licht von oben bzw. von unten immer weiter in die Öffnung ein. Entsprechend wanderte der Schatten des Zeigers bis zur Sommer- bzw. Wintersonnenwende auf den beiden, durch zwölf Stundenlinien unterteilten Bändern nach innen. Im Unterschied zu unserer Zeitmessung wurde die Zeit zwischen Sonnenauf- und Sonnenuntergang in der Antike unabhängig von der Jahreszeit in zwölf gleiche Stunden geteilt. So variierte je nach Jahreszeit die Länge der Tagstunden – im Sommer lang, im Winter kurz –, nicht aber ihre Anzahl. Die Sonnenuhr von Ai Khanum ist das einzige bekannte antike Exemplar einer Äquatorial-Sonnenuhr dieses Typs und damit einmalig.
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