郭红锋

一、日晷的由来

日晷，本来的意思是太阳的影子。晷在说文解字里解释：晷，日景也（古代景同影）。后来人们也把用日影计时的仪器，叫做日晷，也称“日规”。世界上许多民族都有用日晷计时的历史。在没有钟表的古代，日晷是主要的计时工具，所以各民族都发展了很多种类的日晷，例如地平式、子午式、卯酉式、立晷等。

赤道式日晷很适合中纬度地区使用，而且原理简单，使用方便，是日晷种类中最重要的和最常见的，也是中国古代最经典和传统的天文观测仪器。所以，现在中国的很多学校都安装了赤道式日晷做教学用。

有同学问：赤道式日晷的晷针为什么要穿透晷盘的两面？晷盘为什么两面都有刻度？两面都有用吗？要回答这些问题，先要了解赤道式日晷的结构和原理。

二、赤道式日晷的结构

赤道式日晷一般由底座、晷盘和晷针组成（见图1）。晷盘倾斜地架在底座上，且正面和背面均有等分的刻度，晷针垂直穿过晷盘面中心，在晷盘的正面和背面露出同样的长度。日晷工作时，太阳照在晷针上，其投影指向晷盘面上（正面或者背面）的刻度，这样就可以指示太阳在天上的运动轨迹，从而指示时间，这个时间就是当地的真太阳时。

赤道式日晷最关键的是晷盘面与地平面（水平面）的傾斜角度A，要与当地日出到正午太阳上升的倾斜角度一致（即A=90°-Φ，Φ是当地的地理纬度）。因为晷针与晷面垂直，所以晷针与地平面夹角就是当地的地理纬度Φ（∠A与∠Φ互佘）（见图1）。

这样就使晷针指向北极，晷盘面与赤道面平行。

三、赤道式日晷的工作原理

日晷安装时，盘面朝北，晷针正面指向北极星方向。由于晷针与地球的自转轴平行，晷盘面与赤道面平行，所以从晷针上看太阳的视运动，是在天空中转的圆圈。因此，太阳在晷针上投下的影子转动的角度就是均匀的，即每小时15°（与地球自转速度，即太阳视运动速度一致）。这样，晷针影子在表盘上所指示的刻度就能表示当地的真太阳时间（图2）。

四、赤道式日晷的使用方法

每年春分日（约3月21日）后到当年的秋分日（约9月23日）前，太阳运行轨迹高于日晷盘面，晷针正面的影子在晷盘正面指示时间（见图3）。

每年秋分日后（约9月23日）到第二年的春分日（约3月21日）前，太阳运行轨迹低于日晷盘面，晷针背面的影子在晷盘背面指示时间（见图4）。

每年春分日和秋分日这两天，太阳运行轨迹平行于日晷的盘面，所以这两天日晷正面和背面的晷针都没有影子，也就是这两天赤道式日晷是不能指示时间的。

最后，给同学们留下一个思考的问题：使用日晷也可以指示日期，请问在日晷上的什么地方做标记就可以既能指示1天中的时间，又能指示1年中的日期？

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