赤道式日晷的原理和使用说明

日晷与赤道式日晷

日晷是利用日影变化规律制成的天文记时仪器，“日”指“太阳”，“晷”表示“影子”，“日晷”的意思为“太阳的影子”。主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，即太阳钟。

赤道式日晷通常由底座、铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，晷针的上端指向北天极，下端指向南天极。石制的圆盘叫做“晷面”，晷面平行于天赤道面。

安装要求

下层为长方形底座，安放时使用水平仪和罗盘精准调节，保证上表面成水平，长边东西向，短边南北向。

日晷安装在底座正中，精准测量日晷安置地点的地理坐标经纬度，纬度用于调整晷面与水平面的夹角，经度用于计算当地与北京时间的时差。

晷针垂直地穿过晷面中心，晷面呈南高北低，晷面与地平面（水平面）的傾斜角度=90°-Φ，（Φ是当地的地理纬度）。保证晷针与地平面夹角等于当地的地理纬度Φ，晷针上端对准北极星。

基本原理

晷盘面与地平面（水平面）的傾斜角度为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。晷面是平行于赤道的，整个日晷就是一个缩小版的地球，由地球自转产生的太阳周日视运动表现为太阳绕晷针的圆周运动，一天中太阳光始终与晷针垂直作匀速绕转，不管太阳高度如何变化，晷针在晷面上的影子变化都是均匀的。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。所以它的刻度盘跟现代钟表盘一样，刻度是均匀的。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格30度代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。从春分到秋分的半年时间用北盘面（朝上的一面）记时，左东右西，日影呈顺时针移动；从秋分到次年春分，则用南盘面（朝下的一面）记时，左西右东，日影呈逆时针移动。而春分和秋分日前后几天，太阳光和晷面平行，难以从晷面上读数，日晷无法使用。

地球绕太阳的轨道是椭圆形，因此地球在一月初经过公转轨道的近日点，公转速度较快，真太阳日就会短一些。七月初经过公转轨道的远日点，公转速度较慢，真太阳日就会长一些。因此日晷时需要使用修正值曲线（或表格）进行修正才消除真太阳时和平太阳时的时间差，获得平太阳时的值。

由于日晷时是日晷所在地点的地方时，而日晷所在的经度不一定恰好位于东经120度，因此日晷时与全国统一使用的标准时间北京时间（东经120度的地方时）存在的经度时差，需要对日晷时根据当地地方时与北京时间的时差进行校正。

地理试题中的日晷

（华大新高考联盟2021年4月）赤道式日晷是我国古代利用日影计时的一种仪器，一般由晷针和晷盘组成。晷盘南高北低, 晷针垂直晷盘,上端指向北极星, 晷盘面上刻12个大格, 晷针的影子显示时刻。我国某中学地理兴趣小组通过观测该校的赤道式日晷,发现晷盘与地面夹角约为60°，下图分别示意日晷的侧视图、该日12时(北京时间)的晷针影子所处位置。据此完成11～12题。

1.该中学可能位于

A.北京        B.上海        C.武汉      D.沈阳

2.图中日晷的暑针影子

A.冬季位于晷面上方     B.呈逆时针方向转动

C.夏至旋转角度最大     D.正午影长最短为零

答案：1.B  2.C