人体日晷

[ 录入者:ALLI | 时间:2016-12-08 14:28:20 | 作者:田言涛 | 来源:人体日晷网 | 浏览:2865次 ]

定义

人体日晷是一种以人体为晷针的交互式地平日晷,包括日期线、时间点和站立在日期线上相应日期点的人三个部分。 因为有人的参与,人体日晷比其它形式的日晷更富有互动趣味性。

原理

日晷利用晷针在太阳光下的影子移动来测量时间,是最古老的钟表。

把地球想象成一个超级扁的陀螺,扁平的转盘就是地球的赤道面,自转轴在转盘上投下的日影每天旋转一圈。 现在把这个陀螺缩小,它自转轴的日影同样每天旋转一圈。 如果把这个小陀螺复制一份,并把它平行地移动到地球表面,它自转轴的日影与地球陀螺同步旋转。 这个小陀螺就是日晷,因为晷面平行于地球赤道面,所以叫做赤道式日晷。 由于地球自转,赤道式日晷的晷针顶端的影子在一天当中的晷迹是正圆。 正圆晷迹的半径与晷针的长短和地球自转轴到日地连线的夹角,即轴线夹角有关。 设晷针长度为L,晷迹半经为R,轴线夹角为theta,它们之间有如下关系

R = L*tg(theta)

按日期调整晷针的长短可使晷针影迹在一年之中保持半经不变。 进一步,保持晷针方向不变,把赤道式日晷的晷面沿着南北方向倾斜,正圆晷迹将变成椭圆晷迹。 这一椭圆的形状取决于晷针长度、轴线夹角和晷面倾斜角度。 当晷面与当地水平面平行时,这种日晷就是地平式日晷,晷面与晷针的夹角就是当地纬度。 设晷迹椭圆长半轴为a,短半轴为b,当地纬度为phi,则有

a = R, b = R*sin(phi)

可见地平式日晷同赤道式日晷一样,按日期调整晷针长度可使椭圆晷迹的形状保持固定不变。 地平式日晷的晷针平行于地球自转轴,与晷面有一个等于当地纬度的夹角, 过晷针顶端做铅垂线到晷面,调整晷针的长度等价于沿南北方向移动铅垂线。 设晷针长度的变化量为dL,铅垂线移动距离为dD,则有关系

dD = cos(phi)*dL

因为椭圆晷迹固定不变,过晷针顶端的铅垂线的日影与椭圆相交于晷针顶端的日影处,而与铅垂线高度无关。 现在,去掉与地球自转轴平行的晷针,以竖直站立的人体作为晷针,人体的日影与晷迹椭圆的交点就是现在的日晷时间。 这种以人作为晷针的地平日晷就是人体日晷。 为了读出正确的时间,观测者必须站立在南北子午线上相对移动距离为dD的站立点上。

日晷只能测量白天的时间,所以人体日晷的椭圆晷迹是一段椭圆弧。 为了刻划方便,通常只在椭圆弧上标出整点时刻,称做时间点。 一年之中观测者所有的站立点组成子午线上的一条线段,称做日期线。 因此,时间点、日期线和观测者本身是人体日晷的三要素。 如果把反应地球绕太阳公转的日期线作为天,反应地球自转的时间点作为地, 那么,以人体作为晷针的人体日晷就是天地人三位一体的时空所在。

误差

地球24小时自转一周,太阳在天空中每4分钟转过1度, 而太阳本身的盘面大小约0.5度,因此,一般日晷能达到的测时精度为1分钟左右。 另外,日晷测量的是当地真太阳时,与平均时间有一个周年变化的偏差,这一偏差称为均时差,最大可达十几分钟。 这是由于地球的轨道倾角和轨道离心率造成的。 地球自转轴与公转轨道面夹角的变化在一年之中可使日晷时间产生7.66分钟的振荡, 而地球的椭圆公转轨道在一年之中可使日晷时间产生9.87分钟的振荡, 这两种效应迭加起来,可使日晷时间达到十几分钟的偏差。 下图是均时差的周年变化曲线。

均时差周年变化曲线

结构

人体日晷除了作为晷针的人之外,时间点和日期线具有下图所示的平面结构。

人体日晷结构图

需要强调的是,没有人的人体日晷是不完整的,只有观测者站在日期线上作为晷针, 并将自己的影子投向时间点,人体日晷才能称为真正的人体日晷。

种类

人体日晷是一种建造在水平基面上的日晷,这一基面可以是广场、草坪、楼顶、塑胶操场等各种平面。 日期线是人们站立的地方,一般与基面持平,可以刻划、喷绘或者以地贴的形式贴在基面上。 时间点用以标记晷迹椭圆上整点时间参考点,其形式一般不受限制,除了刻划、喷绘、地贴之外,还可以是雕塑等形式。 按时间点距离建造基面的距离,可以将人体日晷分为三类:

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责任编辑:ALLI

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