《影子里的古代文明》- 故宫里的日晷
本帖最后由 hc0207 于 2020-4-16 01:25 编辑作者：黄驰，日晷作为计时工具早已被现代钟表、手机所取代，已经是失落的文明了。但是作为古代文明，日晷可不仅仅是计时工具那么简单，只是我们还不够了解他。日晷中能代表古代文明的因该是我们故宫里的日晷了，他有一个正式的名称——赤道式日晷。但是作为古代文明，可不仅是因为他是故宫里的文物，而是因为他还隐藏了九大神奇的现象。今天我们就讲一讲赤道式日晷的九大神奇现象。
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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原理。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赤道的，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。这是赤道式日晷的三大制作条件。赤道式日晷的三大自然现象：1. 日晷有正反两面，每一天太阳只能照射一面。2. 日晷有正反两面，每一面太阳只能照射半年。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，真的很长。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。这就是日晷的三大自然现象，但他还隐藏了很多。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；春分秋分，影子最长。(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，谁可以帮我们去拍摄一下延时摄影。赤道式日晷的两大功能：1. 计时功能。2. 测量太阳高度角。有人说日晷面12等分的刻度也神奇么？是的，他的神奇之处在与，刻度把圆周12等分了，而这12等分的刻度又将一天的时间也12等分了。而其他形式的日晷是做不到这一点的，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。平时我们测量太阳的高度角，只有在太阳到达我们正南方的时候才可以，这时候影子最短。赤道式日晷不用这么麻烦，从早到晚都可以测量，因为一天之中影子的长度不变。我们现代科学中用望远镜测量太阳的高度角时，使用的也是同样的原理。我们发现一天之中影子的长度还是有细微变化的，其实这是地球围绕太阳公转的结果。和我们间隔两天测量太阳的高度的变化是一样的，只是把它分配到每时每刻而已，我们可以看见他在半天时间里的变化趋势。由于变化细微，不做科学研究时，我们一般忽略不计。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。为什么会有这么多神奇的现象？一个简单的原理。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。http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202004/16/011507tl78ljlnjgsgqtcf.jpghttp://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202004/16/011439adv6mvjv88xss8ik.jpg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是同心圆。 影子今天我们讲述了赤道式日晷的神奇之处，可千万不要以为这就是影子的神奇之处。影子的神奇之处要简单很多很多，因为他总是一动不动的指向一个地方。http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202004/16/012016dwlxi1ejwxvllu9j.jpg无论你站在世界的哪一个地方，无论是早晨还是晚上，无论是南半球还是北半球，无论你的影子指向哪里，当我们在太空俯视地球时，你会发现，地球上所有城市的影子，所有地方的影子，甚至地球本身的影子都指向一个地方。即使影子随着地球的自转在移动，但他指示的方向始终不变。影子永远是太阳和地球连线的延长线。请看下一章，《影子里的现代科学》- 日晷和地球仪。特别鸣谢：www.time-dot.com 上海羲问信息科技。
很喜欢这样的科普 好科普。 好文~ 感谢楼主，好文章！
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