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rì guǐ (1)太阳的影子。相持既久,日晷渐移。——明·马中锡《中山狼传》 (2) 利用太阳投射的影子来测定时刻的装. L ], C% b7 A8 u( u
置。又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针6 v$ n( v. L1 b. J& ^
叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安
+ S1 x- @' l' @, H' A" J8 ~% P放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。在晷面) Y) g9 }, [7 c4 m( a, g
的正反两面刻划出12个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向
C+ m" d, Z/ S$ a西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表
% ~: ]6 V* ~4 L& t的表面,以此来显示时刻。 由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上$ t, _$ d# U; C& Z
方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时,首先要了
1 R0 h, H1 t& s! a4 e: \解两个不同时期晷针的投影位置。 世界上最早的日晷诞生于六千年前的巴比伦王国。中国最早文献记载是《隋书·天/ e% ?% F' m6 _4 s+ D
文志》中提到的袁充于隋开皇十四年 公元574年 发明的短影平仪 即地平日晷 。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏% x3 a( {3 i+ u0 T) M4 Z# o# q
行的《独醒杂志》卷二中提到的晷影图。 赤道日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,# t. e. x! |( E3 l5 N3 X( V( u( S; E
垂直地穿过圆盘中心,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道
9 t0 ?1 j+ I6 D5 ~" [8 O面,这样,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格,每个大格代表两个
$ l% d2 A3 m. J) J& k小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东
, q- v" o7 `6 l( e; H3 C移动。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。 这种利用太阳光的, a) h3 _* k0 i6 ?5 f1 i
投影来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类所用达几千年之久,然日晷有一个致命弱点是阴
, S5 g( O! n; h/ Z雨天和夜里是没法使用的,直至1270年在意大利和德国才出现早期的机械钟,而中国则在1601年明代万历皇帝才得到二. H; d4 W: S( h
架外国的自鸣钟,清代时虽有很多进口和自制的钟表,但都为王宫贵府所用,一般平民百姓还是看天晓时。所以彻底抛
7 b% v/ l# }. x- a却日晷,看钟表知辰光还是近现代的事。 常见的日晷 使用日影测时的日晷,无论是何种形式都有一根指时针
j$ ^( x: | t% J' T(Gnomon),这根指时针与地平面的夹角必需与当地的地理纬度相同,并且正确的指向北极点,也就是都有一根与地
4 E$ l$ \: e5 G- Y$ Z球自转轴平行的指针。观察这根指针在指定区域内的投影,就能确定时间。现有常见的日晷有下列几种不同的形式:
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(1) 水平式日晷(The Horizontal Sundial) 是最常用的日晷,采用水平式的刻度盘,日晷轴的倾斜度,依使用地的纬
. e% I% ~8 ]( ~5 g- K: g度设定,刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度的使用。8 K) a1 P! Y1 ~# J
(2) 赤道式日晷(The Equatorial Sundial) 赤道
9 \7 p0 R# `& s! ^4 C0 ^& Q# z式日晷是依照使用地的纬度,将轴(指时针)朝向北极固定,观察轴投影在垂直于轴的圆盘上的刻度来判断时间的装2 C0 P! G3 i5 |, {/ X; s! u
置。 盘上的刻度是等分的,夏季和冬季轴投影在圆盘上的影子会分在圆盘的北面和南面,适合中低纬度的使用。若将* z; ]" H; n5 V7 L# i- E! C
圆盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。
: j: T* x* a7 I0 c(3) 极地晷(The polar Dial) 供指时针投影的平面与指时针平行,即与地平面的夹角与地理纬度相同,并朝向正北。
/ a# h$ @) v9 U! k+ T' y时间的刻画可以用简单的几何图来处理,投影的时间线是平行的线条。适合各种不同的纬度使用。 0 ?% W$ A5 G4 D' C# {% F" R
(4) 南向垂直日晷(Vertical Direct South Dial)刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度
6 E& X. J1 F' D/ L1 v% J(30~60)使用。
8 S4 t2 m+ ~ ], v: b# i. G g(5) 东或西向垂直式(Vertical Direct East or West)刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上
9 l! d+ c9 a2 ^半日(东向)或下半日(西向)使用,但全球各纬度都适用。 7 l) m6 W" e- y
(6) 侧向垂直式(Vertical Declining)刻度盘面采用垂
6 a6 i5 w4 W$ Y直方向的日晷。这一种日晷需要依照建筑物的墙面方向换算刻度,不容易制作。依季节及时间的不同,有时不会产生影8 m& P* h e9 C5 z% l C% v/ z5 b
子。南向与东西垂直日晷都可视为此形的特例。 # F) p+ ~" m7 o
(7) 投影日晷(Analemmatic Sundial)不设置指时针,仅在地平面依地理纬度的不同绘制不同扁率的椭圆,在其上刻7 @! Y& j; V x- V/ J: j
划时间线,并将长轴指向正东西方向,南北向的短轴上则需刻上日期,指示立竿测量时刻的正确位置。 日晷的角度等 t, `5 I7 a9 } M4 z# `' e
计算 日晷的制作除了指时针必需正确的安装之外,时间线的刻划也不能忽视。各形日晷时间线的刻划与日晷的地理
% n8 T) _% F' G' m9 p位置,指时针的高度等,都有关系。假设地理纬度为φ,指时针的高度为H,要刻划的时间与正午的差值为T;时间线与6 r5 L* h& t8 t9 V& k
指时针的夹角为A,距离为D,则各形日晷的计算式如下: & d ?! T X% X
(1) 水平式日晷:TAN(A)=TAN(T)*SIN(φ) $ `1 ^% F& m3 }/ t& ^
(2) 赤道式日晷:等分圆盘,每小时相当与十五度,正午线垂直朝下。
( l }/ r' H2 f# J% Z. H(3) 极地晷:D=H*TAN(15*T) 3 o( z3 T" `- A
(4) 南向垂直日晷:TAN(A)=TAN(T)*COS(φ)
i6 R. [, c: |+ `. f2 \+ n (5) 东或西向垂直式:D=H*TAN((6-T)*15)
: {, B8 L. F' r- h(6) 侧向垂直式:TAN(A)=SIN(O)*TAN(R+15*T) 指时针与墙面垂线的夹角TAN(W)=SIN(θ)*COT(φ) 指时针高出于墙面的夹角SIN(O)=COS(θ)*COS(φ) 指时针与正午线的时间线差COT(R)=COT(θ)*SIN(φ) 6点与12点时间线的夹角COT(S)=SIN(θ)*TAN(φ) θ:日晷墙面的斜角
/ a5 P3 X8 r6 |& d$ S(7) 投影日晷:D= SIN(T*15),V= sin(φ)*COT(φ) 椭圆长轴与短轴的比:sin(φ) 竖竿(人立足)的位置:Z=TAN(del)*COS(φ) del:太阳的赤纬,V:时间点在短轴方向上的值 D:时间点在长轴方向上的值. ?5 {. |# \6 r# a1 `( v9 T
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[ 本帖最后由 xyzabc 于 2010-1-19 08:06 编辑 ] |
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