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古人如何知道日晷角度的

生活 更新时间:2025-01-09 10:10:52

上篇《活動日晷:一個日晷,七種功能,你“撩”到了嗎?》文章發出後,反響還不錯,閱讀和評論比前兩篇之和還多。這給我極大的鼓舞。但也有人私信我,對我的關于日晷的結論,“一天之中,晷針的影子勻速且等長”,提出質疑,依據是“日晷影子的長短在改變。早晨的影子最長,随着時間的推移,影子逐漸變短,一過中午它又重新變長”,并言“網上都是這麼說”,我上網一搜,不由得惶恐:

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)1

所謂的依據原來是從這裡幾乎一字不差地粘貼過來的!還有百度百科,表述也很類似。這大概就是網上謬誤的最初出處。其實所謂的依據與百科原文還是有差異的,但百科表達得實在不高明,很容易讓人誤解物體投影的規律就是日晷投影的規律,更要命的是它表述的根本不是原理,隻是現象,原理是什麼,透過現象的本質呀,它卻啥也沒聊,這就讓網上的“知識搬運工”如獲至寶,到處搬用,以訛傳訛。

再看看科普日晷的動畫(注意它的影長變化):

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)2

搜題更不乏其例:

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)3

很顯然,網上的謬誤就是将杆影與日晷的晷影混為一談。其實古人早就窺破“立竿見影”不能精确計時的秘密,每提及于此,我都要感歎一句古人的聰明才智。古人的智慧正是簡簡單單把立着的杆子掰斜(正對北極),投影面放斜(與赤道平行),就巧妙地化解了影子不等速又不等長的難題,想想,這可是在幾千年前啊。而我們後人不去發揚光大,反而用直覺代替規律,用經驗代替原理。正是古人辛苦上千年,一切又回“解放前”。假如古人地下有知,不知道會不會跳出來撕逼!

問題來了,赤道日晷的影長為什麼不會變?

上篇文章,我就說了,古人受“立竿見影”的啟發,注意,隻是啟發,發明了赤道日晷。為什麼“立竿見影”不能精确計時?這次我講詳細些,因為太陽視運動軌道平面與地平面不平行,太陽高度和方位不斷變化,導緻一天當中杆影既不等長、也不等速,如果以此計時的話,其刻度盤是不均勻的;其實刻度不均勻也沒關系,地平日晷的刻度盤也不均勻,最要命的是由于黃赤交角的存在,太陽日出日落的方位,正午太陽高度都會随季節的變化而變化,導緻每一天刻度盤不一緻,也就是說今天的9點與明天的9點位置就不一樣,如果沒有一個一年四季都能用的刻度盤,以此計時顯然沒有意義。

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)4

而赤道日晷完美地解決了以上問題。因為它就是一個極簡版的地球儀,晷盤代表赤道,晷針指示地軸,太陽繞軸“轉動”,太陽視運動軌道平面與晷面平行,這樣才能保證太陽光線與晷面夾角α不變,影長l=hcotα,α不變,影長l不變。故一天之中,晷針的影子等速且等長;

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)5

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)6

網上的謬誤還不限于此。根據“樸實”的生活經驗,影子長短與太陽高度成反比,得出夏至日正午太陽高度最大,晷影最短,冬至日正午太陽高度最小,晷影最長的結論,又一次将杆影與赤道日晷晷影混為一談。如圖,一年中,随太陽直射點緯度的變化,太陽與晷面中心(地心)夾角(就是緯度)也在變化,根據影長l=hcotα,冬夏至α最大(23.5°),影長l最小,故不同日期,影長在變化,夏至日和冬至日,晷針的影子最短;

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)7

自信地說一句,這才是赤道日晷計時的原理和規律!

說到日晷的曆史,我就不自信了,畢竟我是一個地理老師。從這個意義上來講,我也是一個網上的“知識搬運工”。日晷在亞洲的發展是和西方并行的這個論點就來自網上根據英國科學家李約瑟在他的巨著《中國科學技術史》(見第4卷第一分冊的“天文儀器的發展”)裡的論證。但我還是有一絲懷疑的,地平日晷是将赤道日晷均勻的刻度投影到地面的,要用到複雜的函數轉換公式tan α = tan t * sin Φ(設某一時間刻度與12:00之間的夾角為α,太陽時角為t,當地緯度值為Φ),按照人類的認知規律,一般是由簡單到複雜,因此,我個人以為赤道日晷應該要比有精确刻度的地平日晷出現的早,按李約瑟赤道日晷是中國人發明的說法,最早利用日晷精确計時就非中國人莫屬了,畢竟李約瑟還在《中國科學技術史》說了一句大實話:赤道式日晷是所有日晷中最準确的一種。

就在為寫這篇文章上網時,突然被一幅宋代的可随緯度調節赤道面闆的日晷照片震撼到了。看它第一眼,幾乎有一種毛骨悚然的感覺,它不就是宋版的“活動日晷”嗎?

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)8

一身冷汗,我苦心孤詣造我的“活動日晷”之前,可真的沒有看到相關文獻。冥冥之中,我似與古人心意相通,或者說,古人太聰明了,後人想到的,古人早在幾百年前就已想得十分周全了。幸好,我的活動日晷除了可以調節,還利用專業地理知識賦予其測經度、緯度、太陽高度、磁偏角、區時等七大功能,不然我在“抨擊”别人的謬誤,也難保不被别人指責“抄襲”啊。

古人如何知道日晷角度的(日晷原理網上謬誤多)9

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