中国古代天文仪器堪称我国古代科技史上的瑰宝,宏大的设计,精细的制作,一件件令人称奇的作品诠释着古圣人的那句“工欲善其事必先利其器”的箴言。日晷便是其中之一。
日晷是一种古老的天象观测仪器,据《史记·司马穰苴列传》记载:齐景公(公元前548―490在位)时,司马穰苴曾“立表下漏”、“仆表决漏”,可见春秋时代已有立表测影定时之法,是为日晷雏形。其中“日”是太阳的意思,“晷”是影子的意思,日晷便是利用太阳的影子授时的仪器,移动着的晷针影子就类似于现代钟表的指针,晷面则是钟表的表盘,以此来显示时刻。说起日晷,我们在课本,影视剧,现实生活中都有所接触,但是你真的了解它不为大多数人所知晓的有趣之处吗?今天我们就来揭开它那层朦胧的面纱,一探究竟吧。
日晷由圭表演变而来。众所周知,一日之内物体的影子既有方位的变化也有长短的变化,
古人最初利用影子长短的变化设计了一种类圆柱物体,名为“表”;与之垂直的并且标有刻度的板称为“圭”,人们利用它可以根据一年四季日影长短变化来测定节气。但是若用此法,每日只能得到正午(12时)一个时刻读数,无法达到在白昼任何时间均能从日影求得时刻读数的功效,并且若是“表”一不小心被人碰到,移了位或是有些许倾斜,影子的位置和长短也会随之变化,这样观测出来的节气就不准确了。后来,人们发现将杆子倾斜一定角度,无论什么时候影子都能投射在地面上,由此诞生了日晷。《隋书·天文志》中记载了耿询的成就,“观测日晷和刻漏,是测天地正仪象的根本”。《明史·天文志》对日晷的形制,定时之法都有详细的记载。较之最开始的圭表,它已变得复杂许多,可以说是一种真正的仪器了。发展到清代,日晷不仅可以计时用,其本身已成为了一种装饰艺术品。
晷盘为何两面刻字呢?
这与地球的公转息息相关。以我们生活的北半球为例,晷盘南高北低,由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面下方。所以在观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
晷盘与晷针的位置是如何确定的呢?
同样以我们生活的北半球为例,晷盘南高北低,目的是使得晷面与赤道面平行,晷针与地轴平行(指向北天极),晷针延长线与地面的夹角度数为当地纬度值,这样晷针就能始终有规律地投影在晷面上。
日晷随时都可用吗?
在春秋分日或是太阳被云遮挡的日子以及夜晚,日晷便失去了它的用武之地。
需要注意的是,春秋分日,昼夜平分,太阳的运行轨面与赤道面垂直,如此一来,晷面上只有晷针的东西两侧有晷针影子的长短变化(南北侧均无投影),自然无法在晷盘上读出一日的时辰变化。因此古人又继续发明出了月晷,星晷,漏刻(漏是指带孔的壶,刻是指附有刻度的浮箭)等一系列辅助观时、计时仪器。《清史稿·时宪志一》中有记载:“此外更有星晷、月晷,以备夜测之用”。
看完上述文字大家对于作为中国古代天文仪器开篇的日晷是否有了更进一步的了解呢?下期我们将给大家讲讲由元朝天文学家郭守敬设计制造的仰仪,为何取名仰仪?它又有何功用使其不仅在国内而且在日本、朝鲜都受到古代天文学家的热捧呢?敬请期待。