设为首页收藏本站加入QQ群

天之文天文论坛

 找回密码
 用户注册——开始天之文生活

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

查看: 69|回复: 0

《影子里的古代文明》- 故宫里的日晷

[复制链接]
发表于 2020-3-20 01:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
分享到:
本帖最后由 黄驰 于 2020-3-20 01:10 编辑

作者:黄驰

我们都知道故宫里的日晷是古人利用影子的计时工具。其实他可不只是计时工具那么简单,只是我们还不够了解他。
作为《影子里的古代文明》今天就让我们重新认识一下故宫里日晷的九大神奇之处,看看他是不是已经是失落的文明了?
故宫里的日晷,有自己的正式名称——赤道式日晷【guǐ】。
赤道式日晷有三大制作条件,三大自然现象,两大功能和一个简单的道理。

故宫里的日晷

故宫里的日晷


赤道式日晷的三大制作条件:
1.     日晷面与地球的赤道平行。
2.     日晷针与地球自转轴平行。
3.     日晷有正反两面,都有十二等分的刻度。
古人可能并不知道地球有赤道,日晷的晷面是指向天球的赤道,也就是和地球的赤道平行。古人应该也不知道地球有自转轴,日晷的晷针是指向北极星的,更准确地说应该是北天极,所以也和地球的自转轴平行。刻度是十二等分的。赤道式日晷的三大制作条件,我们还是能在网络上找到的。

赤道式日晷的三大自然现象:
1.     日晷有正反两面,但是太阳只能照射一面。
2.     日晷有正反两面,每一面太阳照射半年。
3.     日晷有晷针,但是太长了。(这也是自然现象?)
赤道式日晷有正反两面,但是无论是早晨,中午,还是晚上,太阳只能照射日晷的一面,要么正面,要么反面。半年的时间里太阳只照射日晷的正面,是从三月份的春分开始到九月份的秋分结束;还有半年的时间太阳只照射日晷的背面,从九月份的秋分开始到三月份的春分结束。
赤道式日晷有晷针,但是太长了。这也是自然现象?你会发现,一年之中无论春夏秋冬,无论中午、早晨、晚上,晷针的影子不会小于日晷面的半径。日晷的三大自然现象,知道的人就很少了,全都知道的人就少之又少了。

其实赤道式日晷的晷针应该短一些。
(1). 一天之中,晷针的影子长度不变。
(2). 夏至日和冬至日,晷针的影子最短。
(3). 二十四节气只是十二个同心圆。。
一天之中,无论早晨,中午,还是傍晚,日晷针在日晷面上投影的影子长度不变。一年之中,夏至日时,日晷针在日晷正面的影子最短;冬至日时,日晷针在日晷背面的影子最短。春分日和秋分日时,日晷针的影子是无限长。如果我们要把二十四节气的影子刻画出来,你会发现他是日晷正反两面各六个共十二个同心圆。
如果可以,我们可以去拍摄一下延时摄影。

赤道式日晷的两大功能,也隐含了两大自然现象:
1.     计时功能。
2.     测量太阳高度角。
日晷的计时功能每个人都知道,但他的神奇之处又是什么呢?赤道式日晷的圆周刻度是12等分的,这12等分的刻度又将一天的时间也12等分了。其他形式的日晷是做不到这一点的,其他形式的日晷刻度等分了,时间就无法等分;如果将时间等分了,刻度就不能等分。
与其他日晷和观星台不同,观星台和其它形式日晷只能中午测量太阳的高度角。而赤道式日晷,无论早中晚赤道式日晷都可以测量太阳的高度角。因为无论早中晚,赤道式日晷的影子长度不变。如果你要在日晷上刻画二十四节气,你会发现他是日晷正反两面各6个的同心圆。
夏至是日晷正面最小的同心圆;小暑、芒种是一个同心圆;大暑、小满是一个同心圆;立秋、立夏是一个同心圆;处暑、谷雨是一个同心圆;白露、清明是一个同心圆;这是日晷正面的6个同心圆。
冬至时日晷背面最小的同心圆;小寒、大雪是一个同心圆;大寒、小雪是一个同心圆;立春、立冬是一个同心圆;雨水、霜降是一个同心圆;惊蛰、寒露是一个同心圆;这是日晷背面的6个同心圆。
春分和秋分时,太阳直射赤道,日晷针的影子是无限长的。

为什么?一个最简单的原理。
为什么日晷面要平行赤道?
为什么太阳只能照射日晷的一面?
为什么日晷针影子的长度不变?
为什么日晷针太长了?
这么多的神奇的自然现象,只是隐藏了一个非常简单的科学原理。

古人怎么理解的我们已经不清楚了,但是用我们的现代科学解释就非常简单了。我们只需要了看一下一年之中太阳周日视运行图就明白了。用太阳的平行光原理就可以简单证明了。

太阳的周日视运动

太阳的周日视运动

为什么日晷的晷针太长了?
我们可以看到太阳相对于赤道面高度不会大于23.5°。如果晷针的长度是日晷的半径R,他的影子的长度 L≧R/tan(23.5°) ≧2.3R。冬至夏至影子最短,春分和秋分的时候晷针的影子是无限长。所以一年四季无论春夏秋冬,无论中午、早晨、晚上,晷针的影子不会小于日晷面的半径。晷针短了我们才能看见二十四节气的同心圆。

影子
日晷的神奇之处我们已经领略到了。但影子的神奇之处可不止是赤道式日晷。
影子无处不在,在地球上的任意一个地方,无论中国的上海、北京,成都;日本的东京;欧洲的伦敦,巴黎,罗马;美国的纽约、华盛顿、洛杉矶,每一个地方都有自己的影子(建筑物,树木),有的影子指向东方,有的影子指向西方,有指南的,有指北的。世界各地的人都可以用影子指示方向,指示时间。影子一直随着太阳的东升西落,指示的方向从西移动到北,从北移动到东,一直在移动。

影子移动的方向变了么?

地球的影子

地球的影子


无论早晨、中午、晚上,我们的影子都指向同一个地方,从不改变,从西到东的只是地球的自转。
无论你在站世界的那一个角落,我们的影子都指向同一个地方。

请看下一章,《影子里的现代科学》- 日晷和地球仪。
鸣谢 www.time-dot.com上海羲问信息科技的技术支持。

写的不专业的地方,请大家多提意见。






本版积分规则

小黑屋|手机版|Archiver|中国天文科普网-天之文天文论坛-中国科学院优秀科普网站 ( 沪ICP备05005481号-2   点击这里加入此群

GMT+8, 2020-4-1 19:13 , Processed in 0.079799 second(s), 15 queries , Xcache On.

Powered by Discuz! X3.2 Licensed

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表