日晷依晷面所放位置、擺放角度、使用地區(qū)的不同,日晷可分成地平式、赤道式、子午式、卯酉式、立晷等多種,應(yīng)用范圍也不盡相同。
按晷面的擺放角度,可分為:地平式、垂直式、赤道式。
地平式日晷
亦稱水平式日晷(The Horizontal SundialE),地平日晷的晷面必須嚴(yán)格水平,晷面和晷針之間的夾角就是當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取j忻婵潭刃枰萌呛瘮?shù)計(jì)算才能確定。適合低緯度的使用。
由于日晷的產(chǎn)生是從觀察陽光下豎直物體影子的方向變化而開始的,因此最早的日晷可能是地平式日晷。但它必須在使用其他計(jì)時(shí)工具進(jìn)行精確計(jì)時(shí)的條件下,根據(jù)表影隨時(shí)間變化的實(shí)際情況來進(jìn)行刻劃,這顯然是不方便的,但如果采用均勻刻劃的方法又會帶來相當(dāng)大的計(jì)時(shí)誤差。這是地平式日晷重大的缺陷。地平日晷制造容易,安裝簡便,除了把它作為一般的測時(shí)工具外,常常在城市廣場、花園、道路、小區(qū)、寺堂、學(xué)校、碼頭和游覽點(diǎn)等都可看到它的蹤影,顯得非常別致和美觀。
赤道式日晷
赤道式日晷(The ERquatorial Sundial)的晷面為赤道面,依照使用地的緯度,使赤道式日晷的晷面平行于赤道面。晷盤上的刻度是等分的,夏季和冬季軸投影在晷盤上的影子會分在晷盤的北面和南面。適合中低緯度地區(qū)使用。若將晷盤改為圓環(huán)則稱為赤道式羅盤日晷。
赤道式日晷亦稱斜晷。赤道式日晷是日晷世界中最重要和最常見的,也是中國古代最經(jīng)典和傳統(tǒng)的天文觀測儀器。
赤道式日晷的明確記載初見于南宋曾敏行《獨(dú)醒雜志》卷二中提到的晷影圖,但晷盤是木制的。后世改用石質(zhì)晷盤,金屬晷針。北京故宮等處保存的都是清代制造的石質(zhì)赤道式日晷。
極地晷
極地晷(The polar Dial)晷盤與晷針平行,即晷盤與地平面的夾角和地理緯度相同,并朝向正北。時(shí)間的刻畫可以用簡單的幾何圖來處理,投影的時(shí)間線是平行的線條。適合各種不同的緯度使用。
垂直式日晷
亦稱立晷。它是晷盤面垂直于地平面刻度盤面采用垂直方向的日晷。歐洲的英國、法國、德國、意大利、奧地利等國,在一些古代和現(xiàn)代華麗的中層建筑的向南和向北(東西方向)以及向東和向西(南北方向)的墻上,附建有各種不同色調(diào)、大小和風(fēng)格相異的日晷雕塑。
垂直式日晷有標(biāo)準(zhǔn)向南、向北和向東、向西四個面,可分為三種:“垂直向南日晷”、“垂直向北日晷”和“垂直向東和向西日晷”。
垂直向南日晷(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(30~70)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。
投影日晷
投影日晷不設(shè)置指時(shí)針,僅在地平面依地理緯度的不同繪制不同扁率的橢圓,在其上刻劃時(shí)間線,并將長軸指向正東西方向,短軸指向南北向并刻上日期,指示立竿測量時(shí)刻的正確位置。
折疊式日晷
一種便于攜帶的日晷稱為折疊式日晷,含有以絞鏈結(jié)合在一起的兩個小晷面,通常會折疊起來放在平整的小盒子內(nèi),以方便放在口袋中。晷針則是在兩晷面之間的帶子,當(dāng)帶子被扯緊拉直時(shí),兩個晷面會互相垂直,一個面形成垂直式日晷,另一個面則是水平式的日晷。
讓兩個晷面以不同的角度結(jié)合(會產(chǎn)生不同的投影),折疊式日晷便可以自行調(diào)整。當(dāng)兩晷面顯示出相同的時(shí)間,而且絞鏈?zhǔn)撬降?,折疊式日晷指示的是當(dāng)?shù)氐囊曁枙r(shí)。另外,當(dāng)絞鏈朝向北方(在北半球時(shí)),折疊式日晷被旋轉(zhuǎn)了一個角度,晷針才能與地球的自轉(zhuǎn)軸平行,則當(dāng)正午、日出與日落時(shí),折疊式日晷的時(shí)間不會受到緯度改變的影響,但是在早上9點(diǎn)和下午3點(diǎn),緯度每偏差1度,在兩個晷面上的時(shí)間便會相差4分鐘(肇因於日晷在錯誤的緯度上)。
折疊式日晷可以像指南針一樣來使用,甚至可以測量緯度。有些折疊式日晷附有小的鉛錘和分度器來讀取正確的緯度;也有些附有指南針,可以測量地理上的特徵。在古代,大型的(1公尺以上的)摺疊式日晷曾經(jīng)被用於航海上。
等高儀日晷
等高儀日晷(Elevation sundial)可以顯示正確的日期,是使用在導(dǎo)航與天文學(xué)上的日晷。在設(shè)計(jì)上是一個平坦的小圓環(huán),有一個小把手,或是像表鏈上的飾物,還是小裝飾。 當(dāng)以把手將環(huán)懸吊起來時(shí),小孔會在環(huán)的內(nèi)側(cè)投下陰影,經(jīng)由環(huán)內(nèi)的標(biāo)示可以顯示時(shí)間,但在測量時(shí),使用者必須知道是上午還是下午。通常這個小孔被設(shè)置在一片可以滑動和鎖住,用來調(diào)整日期的金屬片上。
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