一种日晷的制作方法

本发明涉及日晷领域，尤其涉及一种游表式地平日晷。

背景技术：

利用太阳影子变化的自然规律进行时间乃至空间的度量是人类发明的历史悠久的认知世界的方法，中华圭表就是这种测量日影变化规律的天文仪器代表。根据中国社会科学院学部委员冯时先生所著的《文明以止：上古的天文、思想与制度》一书介绍，至少在距今八千年前中华民族的祖先就已经在使用圭表进行节气测量和方位测量等科学技术活动了。测量日影的技术大致经历了人身测影、立杆测影、筑台测影三个阶段，表高逐渐增加，测量的精度越来越高，人们对于时间变化和空间方位的认识越来越准确，从而为古代农业社会的生产进步垫定了科学基础。随着生产力的发展，人们对时间有了更精细的划分，除了年月日的历法之外，还需要将一天细分为不同的时间块，这就是时辰的起源，而度量时辰的最早工具就是圭表。这种用来测量时间的圭表后来叫做地平式日晷。由于圭表的表杆与所在地水平面垂直，太阳影子在一天之中的变化速度并不均匀，又由于地球黄赤交角的存在，太阳影子的长短也在一年之中也变化不定，这限制了圭表测量时辰尺度上时间的准确度。古人很早就发现，太阳与其他天体一样也是围绕着北天极旋转，因此为了提高时间测量精度，古人将圭表的表杆指向北天极的位置，让表杆与地球自转轴平行，圭表的表盘平面就与地球赤道面平行，这种倾斜的测影仪器叫做赤道式日晷。赤道式日晷上太阳影子的变化速度是均匀的，读时方便，所以现在常见的日晷一般都是赤道式日晷。

人类对于自然规律的科学研究从未停止，地平式日晷的测时原理也随着天文学和数学的进步而被人们认知掌握。大约在距今500年前，法国的一位教士从数学上推导出了使用圭表原理测量时辰的科学方法，而在2006年，时任广东省中山市教育局教研室的郑一帆老师在《粤港澳天文研究与天文教育研讨会论文集》中的“人体投影太阳钟（人晷）原理及其晷面刻画计算方法的探讨”一文中再次推导证明了这种方法的准确性和圭表表盘的有关几何属性。郑一帆指出，标识时辰的表盘具有椭圆的形状，而产生影子的表杆不能固定，需要在一定范围内沿着子午线方向移动，这是一种游表式地平日晷。游表根据日期竖立在子午线上，表影与时辰椭圆的交点就是现在的时间，时间只与表影的方向有关，而与表影的长度即表杆的高度无关。如果把这段游表移动的子午线叫做圭尺，长度为l，圭表所在地的纬度为w，时辰椭圆圈的长半轴长度为a=l÷cosw，短半轴长度为b=l×tgw，测影当时的太阳赤纬为c，太阳时角为s，以圭尺中心为原点，以东方向为横坐标正向，以北方向为纵坐标正向，建立平面直角坐标系，那么，测影当天表杆应该竖立在坐标点（0，l×tgc），表影与时辰圈的交点坐标为（a×sins，b×coss）。这就是游表式地平日晷的测时原理。

在生产生活节奏迅速的今天，日晷的授时实用性已经大打折扣，但日晷所蕴含的天文地理等自然科学知识仍是现代科学教育的重要内容，圭表乃至日晷所蕴含的历史文化等人文社科知识对于人们了解过去思考未来仍然有着重要的启迪意义。特别是中华圭表等天文仪器所代表的测量日影科学技术直接形成了中原概念，形成了中国概念，形成了中庸之道，形成了中正平和哲学思想，形成了二十四节气等文化传统，在时间、空间、政治和哲学领域深刻影响着中华民族的思维模式和行为习惯，是中华民族文化认同的重要载体和文化传承的重要平台。游表式地平日晷需要在不同的日期移动表杆，如果以人的身体当作表杆，这种自然的移动要求刚好带来了互动乐趣，也在形式上回归到了“夸父追日”传说中描述的早期人身测影直观时代。因此，我们认为，这种游表式地平日晷是一种非常好的科普载体，具有难得的天人合一形式，又具有丰富的科学文化内涵，在强调科技兴国的今天对于提升全民科学素质和提升全民文化自信应能起到积极的作用。只是，这种游表式地平日晷的有关几何数据与所在地的经纬度有关，需要根据当地的坐标计算出时辰圈椭圆的实际大小才能正确使用，这就限制了应用范围，也在一定程度上增加了制造成本。测时精度要求高，同一规格的游表式地平日晷的适用范围就小；测时精度要求不高，同一规格的游表式地平日晷的适用范围就大一点。所以，在保证一定测时精度的同时，设计在全国范围内通用的游表式地平日晷形式就成为了当下所需。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种日晷，其目的在于，提供一种全国范围内通用的游表式地平日晷。

为实现上述目的，本发明提供的日晷是这样实现的：一种日晷，包括一段圭尺和一组表盘，其中所述的一组表盘由多个纬度的时辰椭圆嵌套组成，所述的圭尺位于表盘的中间。

作为改进，所述的时辰椭圆上的时辰点与相邻时辰椭圆上的相同时辰点连接成时辰线，时辰线与时辰椭圆组成一组时辰网，时辰线设置时间的整点标注。

作为改进，所述的相邻时辰椭圆中间的时辰圈区域设置适用范围的地区标注。

作为改进，所述的时辰网中心所围区域划分为白天区和夜晚区。

作为改进，所述的圭尺设置二十四节气标注，二十四节气以圭尺中点为圆心依次排列，并用垂直于圭尺的线段与圭尺连接。

作为改进，所述的二十四节气标注设置对应的公历日期标注。

作为改进，所述的时辰网上设置辅助摆放日晷的方位标注。

作为改进，所述的时辰圈、白天区、夜晚区以及二十四节气标注等可以设置不同的颜色用于醒目区分。

作为改进，日晷上设置辅助摆放的指南针等方位指示装置。

由于本发明采用多纬度时辰椭圆嵌套的结构，从而可以得到以下有益效果：可以得到一种全国范围内通用的游表式地平日晷，不同地区的用户只需参考所在地区的时辰圈即可估计正确的太阳时间。

附图说明

以下结合附图和具体实施实例对本发明做进一步详细描述。

附图1是本发明的俯视图，图中101为时辰椭圆，102为时辰线，103为整点标注，104为时间辅助标注，105为方位标注，106为白天区，107为夜晚区，108为二十四节气标注，109为二十四节气的圆圈，110为节气的公历日期标注，111为圭尺，112为时辰圈，113为地区标注，114为指南针。

具体实施方式

如图1所示，一种日晷，包括一段圭尺111和一组表盘，其中，一组表盘由多个纬度的时辰椭圆101嵌套组成，圭尺111位于表盘的中间；时辰椭圆101上的时辰点与相邻时辰椭圆101上的相同时辰点连接成时辰线102，时辰线102与时辰椭圆101组成一组时辰网，时辰线102设置时间的整点标注103；整点标注103的相应位置设置早晨、黄昏等时间辅助标注104；时辰网上设置方位标注105；将全国按纬度划分为七个区域，对应七个时辰圈112，并设置相应区域的地区标注113；时辰网内围区域划分为白天区106和夜晚区107；圭尺111设置二十四节气标注108，所有节气沿以圭尺111中心为圆心的圆圈109依次排列，节气与圭尺111以垂直于圭尺111的线段相连接，连线上设置节气相应的公历日期标注110；日晷的一角设置有用于指示正确方位的指南针114。

这种游表式地平日晷的使用方法如下：

第一步，将日晷按照正确的方位水平摆放；

第二步，参考节气标注将表杆或观测者本人竖立在圭尺上相应的日期点；

第三步，观察太阳影子的方向，找到影子与所在地区时辰圈的交点位置；

第四步，参考时辰圈的时辰标注估计现在的太阳时间；

第五步，结合所在地与北京的时差，将太阳时间换算成国家标准时间。