日晷,本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用
日影
测得时刻的一种
计时仪器
,又称“日规”。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻,通常由
晷针
(表)和晷面(带刻度的表座)组成。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类沿用达几千年之久。
- 中文名
- 日晷
- 外文名
- sundial
- 汉语拼音
- rì guǐ
- 组成部分
- 晷针,晷面,底座
名词释义
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
”,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
。
晷面两面都有刻度,分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥
十二时辰
,每个时辰又等分为“时初”、“时正”,这正是一日
24小时
。
[3]
绝大部分的日晷显示的都是
视太阳时
,有些在设计上作了变更,可以显示
标准时
或是
日光节约时间
。
这项发明被人类所用达几千年之久,直至1270年在
意大利
和德国才现早期的
机械钟
,而中国则在1601年明代
万历皇帝
才得到二架外国的
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。
工作原理
第二是影子的方向在改变。在
北回归线
以北的地方,早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在东方。从原理上来说,根据影子的长度或方向都可以计时,但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。
[1]
随着时间的推移,晷针上的影子慢慢地由西向东移动。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。
分类
按晷面的摆放角度,可分为:地平式、垂直式、赤道式。
地平式日晷亦称水平式日晷(The Horizontal SundialE),地平式日晷的晷面必须严格水平
[4]
,晷面和晷针之间的夹角就是当地的地理纬度。晷面刻度需要利用
三角函数
计算才能确定。适合
低纬度
的使用。
由于日晷的产生是从观察阳光下竖直物体影子的方向变化而开始的,因此最早的日晷可能是地平式日晷。但它必须在使用其他计时工具进行精确计时的条件下,根据表影随时间变化的实际情况来进行刻划,这显然是不方便的,但如果采用均匀刻划的方法又会带来相当大的计时误差。这是地平式日晷重大的缺陷。
地平日晷制造容易,安装简便,除了把它作为一般的
测时
工具外,常常在城市广场、花园、道路、小区、寺堂、学校、码头和游览点等都可看到它的踪影,显得非常别致和美观。
[4]
赤道式日晷(The ERquatorial Sundial)的晷面为赤道面
[5]
,依照使用地的纬度,使赤道式日晷的晷面平行于
赤道面
。晷盘上的刻度是等分的,夏季和冬季轴投影在晷盘上的影子会分在晷盘的北面和南面。适合中
低纬度
地区使用。若将晷盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。
[6]
赤道式日晷的明确记载初见于
南宋
曾敏行
《
独醒杂志
》卷二中提到的晷影图,但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘,金属晷针。
北京故宫
等处保存的都是清代制造的石质赤道式日晷。
[7]
极地晷(The polar Dial)晷盘与晷针平行,即晷盘与
地平面
的夹角和地理纬度相同,并朝向正北。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。
[6]
垂直式日晷亦称立晷。它是晷盘面垂直于地平面刻度盘面采用垂直方向的日晷。
[3]
欧洲的英国、法国、德国、意大利、
奥地利
等国,在一些古代和现代华丽的中层建筑的向南和向北(东西方向)以及向东和向西(南北方向)的墙上,附建有各种不同色调、大小和风格相异的日晷雕塑。
垂直式日晷有标准向南、向北和向东、向西四个面,可分为三种:“垂直向南日晷”、“垂直向北日晷”和“垂直向东和向西日晷”。
[8]
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半日(东向)或下半日(西向)使用,但全球各纬度都适用。
[6]
让两个晷面以不同的角度结合(会产生不同的投影),折叠式日晷便可以自行调整。当两晷面显示出相同的时间,而且绞链是水平的,折叠式日晷指示的是当地的视太阳时。另外,当绞链朝向北方(在
北半球
时),折叠式日晷被旋转了一个角度,晷针才能与地球的
自转轴
平行,则当正午、日出与日落时,折叠式日晷的时间不会受到纬度改变的影响,但是在早上9点和下午3点,纬度每偏差1度,在两个晷面上的时间便会相差4分钟(肇因於日晷在错误的纬度上)。
折叠式日晷可以像
指南针
一样来使用,甚至可以测量纬度。有些折叠式日晷附有小的
铅锤
和
分度器
来读取正确的纬度;也有些附有指南针,可以测量地理上的特徵。在古代,大型的(1公尺以上的)摺叠式日晷曾经被用於航海上。
等高仪
日晷(Elevation sundial)可以显示正确的日期,是使用在导航与天文学上的日晷。在设计上是一个平坦的小圆环,有一个小把手,或是像
表链
上的饰物,还是小装饰。 当以把手将环悬吊起来时,小孔会在环的内侧投下阴影,经由环内的标示可以显示时间,但在测量时,使用者必须知道是上午还是下午。通常这个小孔被设置在一片可以滑动和锁住,用来调整日期的金属片上。