日晷

日晷，本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，又称“日规”。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针（表）和晷面（带刻度的表座）组成。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类沿用达几千年之久。

中文名：日晷

外文名：sundial

汉语拼音：rìguǐ

组成部分：晷针，晷面

1、简介

日晷有两层含义，一般指的是第2个含义。

(1)“日”指“太阳”，“晷”表示“影子”，“日晷”的意思为“太阳的影子”。

(2)利用太阳投射的影子来测定时刻的装置，又称“日规”。

晷面两面都有刻度，分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰，每个时辰又等分为“时初”、“时正”，这正是一日24小时。绝大部分的日晷显示的都是视太阳时，有些在设计上作了变更，可以显示标准时或是日光节约时间。

人类使用日晷的历史非常遥远，古巴比伦在远古时期的6000年前就开始使用了，中国是在3000多年前的周朝。

日晷不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的，笨重而且看不到阳光的时候不能用，比如阴天和晚上。

这项发明被人类所用达几千年之久，直至1270年在意大利和德国才现早期的机械钟，而中国则在1601年明代万历皇帝才得到二架外国的自鸣钟，清代时虽有很多进口和自制的钟表，但都为王宫贵府所用，一般平民百姓还是看天晓时。

2、原理

在一天中，被太阳照射到的物体投下的影子在不断地改变着：

铜制的指针叫“晷针”

第一是影子的长短在改变。早晨的影子最长，随着时间的推移，影子逐渐变短，一过中午它又重新变长；

第二是影子的方向在改变。在北回归线以北的地方，早晨的影子在西方，中午的影子在北方，傍晚的影子在东方。从原理上来说，根据影子的长度或方向都可以计时，但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。随着时间的推移，晷针上的影子慢慢地由西向东移动。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。

早晨，影子投向盘面西端的卯时附近；当太阳达正南最高位置（上中天）时，针影位于正北（下）方，指示着当地的午时正时刻。午后，太阳西移，日影东斜，依次指向未、申、酉各个时辰。

3、分类

日晷依晷面所放位置、摆放角度、使用地区的不同，日晷可分成地平式、赤道式、子午式、卯酉式、立晷等多种，应用范围也不尽相同。

按晷面的摆放角度，可分为：地平式、垂直式、赤道式。

地平式日晷

亦称水平式日晷（TheHorizontalSundialE），地平日晷的晷面必须严格水平，晷面和晷针之间的夹角就是当地的地理纬度。晷面刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度的使用。

由于日晷的产生是从观察阳光下竖直物体影子的方向变化而开始的，因此最早的日晷可能是地平式日晷。但它必须在使用其他计时工具进行精确计时的条件下，根据表影随时间变化的实际情况来进行刻划，这显然是不方便的，但如果采用均匀刻划的方法又会带来相当大的计时误差。这是地平式日晷重大的缺陷。地平日晷制造容易，安装简便，除了把它作为一般的测时工具外，常常在城市广场、花园、道路、小区、寺堂、学校、码头和游览点等都可看到它的踪影，显得非常别致和美观。

户外水平式日晷

赤道式日晷

赤道式日晷（TheERquatorialSundial）的晷面为赤道面，依照使用地的纬度，使赤道式日晷的晷面平行于赤道面。晷盘上的刻度是等分的，夏季和冬季轴投影在晷盘上的影子会分在晷盘的北面和南面。适合中低纬度地区使用。若将晷盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。

赤道式日晷的明确记载初见于南宋曾敏行《独醒杂志》卷二中提到的晷影图，但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘，金属晷针。北京故宫等处保存的都是清代制造的石质赤道式日晷。

清朝的赤道式日晷侧面视图

赤道式日晷侧面视图

赤道式日晷正面视图

清朝的赤道式日晷

极地晷

极地晷（ThepolarDial）晷盘与晷针平行，即晷盘与地平面的夹角和地理纬度相同，并朝向正北。时间的刻画可以用简单的几何图来处理，投影的时间线是平行的线条。适合各种不同的纬度使用。

垂直式日晷

亦称立晷。它是晷盘面垂直于地平面刻度盘面采用垂直方向的日晷。欧洲的英国、法国、德国、意大利、奥地利等国，在一些古代和现代华丽的中层建筑的向南和向北(东西方向)以及向东和向西(南北方向)的墙上，附建有各种不同色调、大小和风格相异的日晷雕塑。

垂直式日晷有标准向南、向北和向东、向西四个面，可分为三种：“垂直向南日晷”、“垂直向北日晷”和“垂直向东和向西日晷”。

垂直向南日晷（VerticalDirectSouthDial）刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度（30～70）使用。

东或西向垂直式（VerticalDirectEastorWest）刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上半日（东向）或下半日（西向）使用，但全球各纬度都适用。

1726年垂直式日晷

投影日晷

投影日晷不设置指时针，仅在地平面依地理纬度的不同绘制不同扁率的椭圆，在其上刻划时间线，并将长轴指向正东西方向，短轴指向南北向并刻上日期，指示立竿测量时刻的正确位置。

折叠式日晷

一种便于携带的日晷称为折叠式日晷，含有以绞链结合在一起的两个小晷面，通常会折叠起来放在平整的小盒子内，以方便放在口袋中。晷针则是在两晷面之间的带子，当带子被扯紧拉直时，两个晷面会互相垂直，一个面形成垂直式日晷，另一个面则是水平式的日晷。

让两个晷面以不同的角度结合(会产生不同的投影)，折叠式日晷便可以自行调整。当两晷面显示出相同的时间，而且绞链是水平的，折叠式日晷指示的是当地的视太阳时。另外，当绞链朝向北方(在北半球时)，折叠式日晷被旋转了一个角度，晷针才能与地球的自转轴平行，则当正午、日出与日落时，折叠式日晷的时间不会受到纬度改变的影响，但是在早上9点和下午3点，纬度每偏差1度，在两个晷面上的时间便会相差4分钟(肇因於日晷在错误的纬度上)。

折叠式日晷可以像指南针一样来使用，甚至可以测量纬度。有些折叠式日晷附有小的铅锤和分度器来读取正确的纬度；也有些附有指南针，可以测量地理上的特徵。在古代，大型的(1公尺以上的)摺叠式日晷曾经被用於航海上。

等高仪日晷

等高仪日晷(Elevationsundial)可以显示正确的日期，是使用在导航与天文学上的日晷。在设计上是一个平坦的小圆环，有一个小把手，或是像表链上的饰物，还是小装饰。当以把手将环悬吊起来时，小孔会在环的内侧投下阴影，经由环内的标示可以显示时间，但在测量时，使用者必须知道是上午还是下午。通常这个小孔被设置在一片可以滑动和锁住，用来调整日期的金属片上。

4、使用

日晷的制作除了指时针必需正确的安装之外，时间线的刻划也不能忽视。各形日晷时间线的刻划与日晷的地理位置，指时针的高度等，都有关系。

假设地理纬度为φ，指时针的高度为H，要刻划的时间与正午的差值为T；时间线与指时针的夹角为A，距离为D，则各形日晷的计算式如下：

（1）地平式日晷：

（2）赤道式日晷：等分圆盘，每小时相当与十五度，正午线垂直朝下。

（3）极地晷：

（4）南向垂直日晷：

（5）东或西向垂直式：

（6）侧向垂直式：θ为日晷墙面的斜角

指时针与墙面垂线的夹角W，

指时针高出于墙面的夹角O，

指时针与正午线的时间线夹角R，

6点与12点时间线的夹角S，

（7）投影日晷：

时间点在长轴方向上的值：

时间点在短轴方向上的值：

椭圆长轴与短轴的比：

竖竿（人立足）的位置：，其中del为太阳的赤纬

5、文献

人类使用日晷的时间非常久远，古巴比伦人在远古时代的6000年前就开始使用了，中国是在3000年前的周朝。日晷不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的，笨重而且看不到阳光的时候不能用，比方阴天和晚上。

中国最早的可靠记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于594年(隋开皇十四年)发明的短影平仪(即地平式日晷)。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行的《独醒杂志》卷二中提到的晷影图。

日规

唐·柳宗元《问答·晋问》：“当空发耀，英精互绕，晃荡洞射，天气尽白，日规为小，铄云破霄。”

日晷

《周髀算经》卷上：“故冬至日晷丈三尺五寸，夏至日晷尺六寸。冬至日晷长，夏至日晷短。”

《艺文类聚》卷七七引北齐·邢劭《景明寺碑》：“及日晷停流，星光辍运，香雨旁注，甘露上悬。”

唐·方干《赠上虞胡少府百篇》诗：“日晷未移三十刻，风骚已及四千言。”

元·柯丹邱《荆钗记·续姻》：“日晷渐长人尽悦，绣纹弱线添些。”

明·马中锡《中山狼传》：“相持既久，日晷渐移。”

宋·王安石《本朝百年无事札子》：“臣以浅陋，误承圣问，迫於日晷，不敢久留，语不及悉，遂辞而退。”

清·陆以湉《冷庐杂识·周文忠公》：“日晷已促，不得尽言。”

《汉书·艺文志》有《日晷书》三十四卷。

清·钱泳《履园丛话·艺能·铜匠》：“测十二时者，古来惟有漏壶，而后世又作日晷、月晷，日晷用于日中，月晷用于夜中，然是日有风雨，则不可用矣。”

6、事件

2017年8月17日，位于清华大学大礼堂草坪前的日晷被刻字一事受到社会广泛关注。校方表示，学校在发现后立即启动了调查和修缮程序。

目前，校方表示，被刻画的日晷已修复完毕，学校将进一步加大校园管理和保护，一旦查到任何破坏校园文物、景观、设施、环境等行为，将按照法律法规和相应规定严肃处理。

据清华大学出版社的《清华园风物》记载：位于校礼堂前大草坪南端的古典计时器——日晷，原为圆明园遗物，1920届学生毕业时献给母校。在这座日晷的下部底座上，镌刻着1920届学生的铭言：“行胜于言。”

早在2011年，出于对老日晷的保护，清华将老日晷存入校史馆，取而代之的是一原样复制品。工作人员介绍，由于风化严重，再加上以前已经对老日晷进行了数次修补，已无法对老日晷进行修缮，因此学校才出此举措。因此，此次遭破坏的是日晷的复制品。

工作人员表示，虽然将老日晷放入了校史馆，但是将来校史馆完全建成后会对外开放，这样大家仍然能够观赏。