一、日晷的由來
日晷，本來的意思是太陽的影子。晷在說文解字裡解釋：晷，日景也（古代景同影）。後來人們也把用日影計時的儀器，叫做日晷，也稱“日規”。世界上許多民族都有用日晷計時的曆史。在沒有鐘表的古代，日晷是主要的計時工具，所以各民族都發展了很多種類的日晷，例如地平式、子午式、卯酉式、立晷等。
赤道式日晷很适合中緯度地區使用，而且原理簡單，使用方便，是日晷種類中最重要的和最常見的，也是中國古代最經典和傳統的天文觀測儀器。所以，現在中國的很多學校都安裝了赤道式日晷做教學用。
有同學問：赤道式日晷的晷針為什麼要穿透晷盤的兩面？晷盤為什麼兩面都有刻度？兩面都有用嗎？要回答這些問題，先要了解赤道式日晷的結構和原理。
二、赤道式日晷的結構
赤道式日晷一般由底座、晷盤和晷針組成（見圖1）。晷盤傾斜地架在底座上，且正面和背面均有等分的刻度，晷針垂直穿過晷盤面中心，在晷盤的正面和背面露出同樣的長度。日晷工作時，太陽照在晷針上，其投影指向晷盤面上（正面或者背面）的刻度，這樣就可以指示太陽在天上的運動軌迹，從而指示時間，這個時間就是當地的真太陽時。
赤道式日晷最關鍵的是晷盤面與地平面（水平面）的傾斜角度A，要與當地日出到正午太陽上升的傾斜角度一緻（即A=90°-Φ，Φ是當地的地理緯度）。因為晷針與晷面垂直，所以晷針與地平面夾角就是當地的地理緯度Φ（∠A與∠Φ互佘）（見圖1）。
這樣就使晷針指向北極，晷盤面與赤道面平行。
三、赤道式日晷的工作原理
日晷安裝時，盤面朝北，晷針正面指向北極星方向。由于晷針與地球的自轉軸平行，晷盤面與赤道面平行，所以從晷針上看太陽的視運動，是在天空中轉的圓圈。因此，太陽在晷針上投下的影子轉動的角度就是均勻的，即每小時15°（與地球自轉速度，即太陽視運動速度一緻）。這樣，晷針影子在表盤上所指示的刻度就能表示當地的真太陽時間（圖2）。
四、赤道式日晷的使用方法
每年春分日（約3月21日）後到當年的秋分日（約9月23日）前，太陽運行軌迹高于日晷盤面，晷針正面的影子在晷盤正面指示時間（見圖3）。
每年秋分日後（約9月23日）到第二年的春分日（約3月21日）前，太陽運行軌迹低于日晷盤面，晷針背面的影子在晷盤背面指示時間（見圖4）。
每年春分日和秋分日這兩天，太陽運行軌迹平行于日晷的盤面，所以這兩天日晷正面和背面的晷針都沒有影子，也就是這兩天赤道式日晷是不能指示時間的。
文章摘選自《軍事文摘科學少年》2019.02
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