[科普中國(guó)]-日規(guī)

基本信息

（1）太陽(yáng)的影子。

明·馬中錫《中山狼傳》：相持既久，日晷漸移。1

（2）日晷。古代測(cè)日影定時(shí)刻的儀器。亦以指太陽(yáng)。

唐·柳宗元 《問(wèn)答·晉問(wèn)》：“當(dāng)空發(fā)耀，英精互繞，晃蕩洞射，天氣盡白，日規(guī)為小，鑠云破霄?！比找?guī)，即日晷，是中國(guó)古代利用日影測(cè)得時(shí)刻的一種計(jì)時(shí)儀器。通常由銅制的指針和石制的圓盤(pán)組成。銅制的指針叫做“晷針”，垂直地穿過(guò)圓盤(pán)中心，起著圭表中立竿的作用，因此，晷針又叫“表”，石制的圓盤(pán)叫做“晷面”，安放在石臺(tái)上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，這樣，晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。在晷面的正反兩面刻劃出12個(gè)大格，每個(gè)大格代表兩個(gè)小時(shí)。當(dāng)太陽(yáng)光照在日晷上時(shí)，晷針的影子就會(huì)投向晷面，太陽(yáng)由東向西移動(dòng)，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動(dòng)。于是，移動(dòng)著的晷針影子好像是現(xiàn)代鐘表的指針，晷面則是鐘表的表面，以此來(lái)顯示時(shí)刻。1

發(fā)展歷史由于從春分到秋分期間，太陽(yáng)總是在天赤道的北側(cè)運(yùn)行，因此，晷針的影子投向晷面上方；從秋分到春分期間，太陽(yáng)在天赤道的南側(cè)運(yùn)行，因此，晷針的影子投向晷面的下方。所以在觀察日晷時(shí)，首先要了解兩個(gè)不同時(shí)期晷針的投影位置。世界上最早的日晷誕生于六千年前的巴比倫王國(guó)。中國(guó)最早文獻(xiàn)記載是《隋書(shū)·天文志》中提到的袁充于隋開(kāi)皇十四年 公元574年 發(fā)明的短影平儀 即地平日晷 。赤道日晷的明確記載初見(jiàn)于南宋曾敏行的《獨(dú)醒雜志》卷二中提到的晷影圖。1

這種利用太陽(yáng)光的投影來(lái)計(jì)時(shí)的方法是人類在天文計(jì)時(shí)領(lǐng)域的重大發(fā)明，這項(xiàng)發(fā)明被人類所用達(dá)幾千年之久，然日晷有一個(gè)致命弱點(diǎn)是陰雨天和夜里是沒(méi)法使用的，直至1270年在意大利和德國(guó)才出現(xiàn)早期的機(jī)械鐘，而中國(guó)則在1601年明代萬(wàn)歷皇帝才得到二架外國(guó)的自鳴鐘，清代時(shí)雖有很多進(jìn)口和自制的鐘表，但都為王宮貴府所用，一般平民百姓還是看天曉時(shí)。所以徹底拋卻日晷，看鐘表知辰光還是近現(xiàn)代的事。1

分類使用日影測(cè)時(shí)的日晷，無(wú)論是何種形式都有一根指時(shí)針（Gnomon），這根指時(shí)針與地平面的夾角必需與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥认嗤?，并且正確的指向北極點(diǎn)，也就是都有一根與地球自轉(zhuǎn)軸平行的指針。觀察這根指針在指定區(qū)域內(nèi)的投影，就能確定時(shí)間?，F(xiàn)有常見(jiàn)的日晷有下列幾種不同的形式：1

水平式日晷（The Horizontal Sundial） 是最常用的日晷，采用水平式的刻度盤(pán)，日晷軸的傾斜度，依使用地的緯度設(shè)定，刻度需要利用三角函數(shù)計(jì)算才能確定。適合低緯度的使用。1

赤道式日晷（The Equatorial Sundial） 赤道式日晷是依照使用地的緯度，將軸（指時(shí)針）朝向北極固定，觀察軸投影在垂直于軸的圓盤(pán)上的刻度來(lái)判斷時(shí)間的裝置。 盤(pán)上的刻度是等分的，夏季和冬季軸投影在圓盤(pán)上的影子會(huì)分在圓盤(pán)的北面和南面，適合中低緯度的使用。若將圓盤(pán)改為圓環(huán)則稱為赤道式羅盤(pán)日晷。1

極地晷（The polar Dial） 供指時(shí)針投影的平面與指時(shí)針平行，即與地平面的夾角與地理緯度相同，并朝向正北。時(shí)間的刻畫(huà)可以用簡(jiǎn)單的幾何圖來(lái)處理，投影的時(shí)間線是平行的線條。適合各種不同的緯度使用。1

南向垂直日晷（Vertical Direct South Dial）刻度盤(pán)面朝向正南且垂直地面的日晷。這一種日晷較適合在中緯度（30～60）使用。1

東或西向垂直式（Vertical Direct East or West）刻度盤(pán)面朝向正東或正西且垂直地面的日晷。這一種日晷只能在上半日（東向）或下半日（西向）使用，但全球各緯度都適用。1

側(cè)向垂直式（Vertical Declining）刻度盤(pán)面采用垂直方向的日晷。這一種日晷需要依照建筑物的墻面方向換算刻度，不容易制作。依季節(jié)及時(shí)間的不同，有時(shí)不會(huì)產(chǎn)生影子。南向與東西垂直日晷都可視為此形的特例。1

投影日晷（Analemmatic Sundial）不設(shè)置指時(shí)針，僅在地平面依地理緯度的不同繪制不同扁率的橢圓，在其上刻劃時(shí)間線，并將長(zhǎng)軸指向正東西方向，南北向的短軸上則需刻上日期，指示立竿測(cè)量時(shí)刻的正確位置。1

相關(guān)計(jì)算日晷的制作除了指時(shí)針必需正確的安裝之外，時(shí)間線的刻劃也不能忽視。各形日晷時(shí)間線的刻劃與日晷的地理位置，指時(shí)針的高度等，都有關(guān)系。假設(shè)地理緯度為φ，指時(shí)針的高度為H，要刻劃的時(shí)間與正午的差值為T(mén)；時(shí)間線與指時(shí)針的夾角為A，距離為D，則各形日晷的計(jì)算式如下：1

（1） 水平式日晷：TAN（A）=TAN（T）*SIN（φ）

（2） 赤道式日晷：等分圓盤(pán)，每小時(shí)相當(dāng)與十五度，正午線垂直朝下。

（3） 極地晷：D=H*TAN（15*T）

（4） 南向垂直日晷：TAN（A）=TAN（T）*COS（φ）

（5） 東或西向垂直式：D=H*TAN（（6-T）*15）

（6） 側(cè)向垂直式：TAN（A）=SIN（O）*TAN（R+15*T）

指時(shí)針與墻面垂線的夾角TAN（W）=SIN（θ）*COT（φ）

指時(shí)針高出于墻面的夾角SIN（O）=COS（θ）*COS（φ）

指時(shí)針與正午線的時(shí)間線差COT（R）=COT（θ）*SIN（φ）

6點(diǎn)與12點(diǎn)時(shí)間線的夾角COT（S）=SIN（θ）*TAN（φ）

θ：日晷墻面的斜角

（7） 投影日晷：D= SIN（T*15），V= sin（φ）*COT（φ）

橢圓長(zhǎng)軸與短軸的比：sin(φ)

豎竿（人立足）的位置：Z=TAN（del）*COS（φ）

del：太陽(yáng)的赤緯，V：時(shí)間點(diǎn)在短軸方向上的值

D：時(shí)間點(diǎn)在長(zhǎng)軸方向上的值