牧夫天文网

 找回密码
 加入牧夫(请注明天文爱好者,否则无法通过审核)

QQ登录

只需一步,快速开始

[通知] 《影子里的古代文明》- 故宫里的日晷

[复制链接]
hc0207 发表于 2020-4-15 18:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 上海市闵行区 电信

马上注册,结交更多好友,享用更多功能,让你轻松玩转社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?加入牧夫(请注明天文爱好者,否则无法通过审核)

x
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。


                               
登录/注册后可看大图

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。

                               
登录/注册后可看大图

                               
登录/注册后可看大图
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。

                               
登录/注册后可看大图
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。
特别鸣谢:www.time-dot.com 上海羲问信息科技。




故宫的日晷

故宫的日晷

日晷原理图

日晷原理图

太阳周日运动

太阳周日运动
影子.jpg
wutong 发表于 2020-4-16 08:50 | 显示全部楼层 来自: 安徽省芜湖市 电信
很喜欢这样的科普
回复 支持 反对

使用道具 举报

xujunyan2011 发表于 2020-4-18 09:38 | 显示全部楼层 来自: 上海市 电信
好科普。
回复 支持 反对

使用道具 举报

wolfmeng 发表于 2020-4-20 00:45 | 显示全部楼层 来自: 陕西省西安市 电信
好文~
回复 支持 反对

使用道具 举报

及米 发表于 2020-4-20 10:50 | 显示全部楼层 来自: 辽宁省鞍山市 联通
感谢楼主,好文章!
回复 支持 反对

使用道具 举报

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表