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日規又稱日晷,是中國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器。通常由銅製的指針和石制的圓盤組成。

1 日規 -詞語解釋

  日規
  拼音:rì guī 
  (1)太陽的影子。
  相持既久,日晷漸移。——明·馬中錫《中山狼傳》
日晷
(2) 日晷。古代測日影定時刻的儀器。亦以指太陽。 唐 柳宗元 《問答·晉問》:「當空發耀,英精互繞,晃蕩洞射,天氣盡白,日規為小,鑠雲破霄。」參見「 日晷 」。又稱「日規」,是中國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器。通常由銅製的指針和石制的圓盤組成。銅製的指針叫做「晷針」,垂直地穿過圓盤中心,起著圭表中立竿的作用,因此,晷針又叫「表」,石制的圓盤叫做「晷面」,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行於天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。在晷面的正反兩面刻劃出12個大格,每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷面,太陽由東向西移動,投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。於是,移動著的晷針影子好像是現代鐘錶的指針,晷面則是鐘錶的表面,以此來顯示時刻。

2 日規 -發展歷史

  由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,因此,晷針的影子投向晷面上方;從秋分到春分期間,太陽在天赤道的南側運行,因此,晷針的影子投向晷面的下方。所以在觀察日晷時,首先要了解兩個不同時期晷針的投影位置。
  世界上最早的日晷誕生於六千年前的巴比倫王國。中國最早文獻記載是《隋書·天文志》中提到的袁充於隋開皇十四年 公元574年 發明的短影平儀 即地平日晷 。赤道日晷的明確記載初見於南宋曾敏行的《獨醒雜誌》卷二中提到的晷影圖。
  赤道日晷通常由銅製的指針和石制的圓盤組成。銅製的指針叫做「晷針」,垂直地穿過圓盤中心,晷針又叫「表」,石制的圓盤叫做「晷面」,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行於天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。在晷面的正反兩面刻劃出12個大格,每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷面,太陽由東向西移動,投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。於是,移動著的晷針影子好像是現代鐘錶的指針,晷面則是鐘錶的表面,以此來顯示時刻。
  這種利用太陽光的投影來計時的方法是人類在天文計時領域的重大發明,這項發明被人類所用達幾千年之久,然日晷有一個致命弱點是陰雨天和夜裡是沒法使用的,直至1270年在義大利和德國才出現早期的機械鐘,而中國則在1601年明代萬曆皇帝才得到二架外國的自鳴鐘,清代時雖有很多進口和自製的鐘錶,但都為王宮貴府所用,一般平民百姓還是看天曉時。所以徹底拋卻日晷,看鐘表知辰光還是近現代的事。

3 日規 -分類

  使用日影測時的日晷,無論是何種形式都有一根指時針(gnomon),這根指時針與地平面的夾角必需與當地的地理緯度相同,並且正確的指向北極點,也就是都有一根與地球自轉軸平行的指針。觀察這根指針在指定區域內的投影,就能確定時間。現有常見的日晷有下列幾種不同的形式:水平式日晷

  (The Horizontal sundial) 是最常用的日晷,採用水平式的刻度盤,日晷軸的傾斜度,依使用地的緯度設定,刻度需要利用三角函數計算才能確定。適合低緯度的使用。 赤道式日晷

  (The Equatorial Sundial) 赤道式日晷是依照使用地的緯度,將軸(指時針)朝向北極固定,觀察軸投影在垂直於軸的圓盤上的刻度來判斷時間的裝置。 盤上的刻度是等分的,夏季和冬季軸投影在圓盤上的影子會分在圓盤的北面和南面,適合中低緯度的使用。若將圓盤改為圓環則稱為赤道式羅盤日晷。 極地晷

  (The polar Dial) 供指時針投影的平面與指時針平行,即與地平面的夾角與地理緯度相同,並朝向正北。時間的刻畫可以用簡單的幾何圖來處理,投影的時間線是平行的線條。適合各種不同的緯度使用。 南向垂直日晷

  (Vertical Direct South Dial)刻度盤面朝向正南且垂直地面的日晷。這一種日晷較適合在中緯度(30~60)使用。 東或西向垂直式

  (Vertical Direct East or West)刻度盤面朝向正東或正西且垂直地面的日晷。這一種日晷只能在上半日(東向)或下半日(西向)使用,但全球各緯度都適用。 側向垂直式

  (Vertical Declining)刻度盤面採用垂直方向的日晷。這一種日晷需要依照建築物的牆面方向換算刻度,不容易製作。依季節及時間的不同,有時不會產生影子。南向與東西垂直日晷都可視為此形的特例。 投影日晷

  (Analemmatic Sundial)不設置指時針,僅在地平面依地理緯度的不同繪製不同扁率的橢圓,在其上刻劃時間線,並將長軸指向正東西方向,南北向的短軸上則需刻上日期,指示立竿測量時刻的正確位置。

4 日規 -角度等計算

  日晷的製作除了指時針必需正確的安裝之外,時間線的刻劃也不能忽視。各形日晷時間線的刻劃與日晷的地理位置,指時針的高度等,都有關係。假設地理緯度為φ,指時針的高度為H,要刻劃的時間與正午的差值為T;時間線與指時針的夾角為A,距離為D,則各形日晷的計算式如下:
  (1) 水平式日晷:TAN(A)=TAN(T)*SIN(φ)
  (2) 赤道式日晷:等分圓盤,每小時相當與十五度,正午線垂直朝下。
  (3) 極地晷:D=H*TAN(15*T)
  (4) 南向垂直日晷:TAN(A)=TAN(T)*COS(φ)
  (5) 東或西向垂直式:D=H*TAN((6-T)*15)
  (6) 側向垂直式:TAN(A)=SIN(O)*TAN(R+15*T)
  指時針與牆面垂線的夾角TAN(W)=SIN(θ)*COT(φ)
  指時針高出於牆面的夾角SIN(O)=COS(θ)*COS(φ)
  指時針與正午線的時間線差COT(R)=COT(θ)*SIN(φ)
  6點與12點時間線的夾角COT(S)=SIN(θ)*TAN(φ)
  θ:日晷牆面的斜角
  (7) 投影日晷:D= SIN(T*15),V= sin(φ)*COT(φ)
  橢圓長軸與短軸的比:sin(φ)
  豎竿(人立足)的位置:Z=TAN(del)*COS(φ)
  del:太陽的赤緯,V:時間點在短軸方向上的值
  D:時間點在長軸方向上的值
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