古代日晷為什麼傾斜而不是水平放?

2020-11-26 騰訊網

中國是在3000多年前的周朝便使用日晷來記錄時間，日晷面有十二時辰刻度，通過日影所指來測量時辰。

太陽以卯酉為門戶，春秋分太陽出卯入酉，夏至出甲入辛，冬至出乙入庚。

地平日影為橢圓軌跡，逐時逐刻移動有盈縮，太陽地平夾角越大發生盈縮越大，故使日晷面平行於春秋分點黃道，即赤道平面（觀測點日晷面與地平夾角為九十度減去所處位置緯度），那麼晷針上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。此時日照垂直日晷指針，日影圓形，逐時逐刻平均西移無偏差。

但是夏冬時節，太陽高度角發生變改，日照不垂直指針，投影日晷面軌跡由圓變成橢圓，因日影盈縮所至，日晷指向時刻與實際時刻仍有偏差。兩至日黃道與日晷面夾角二十三度二十六分，造成最大偏差在巳時初刻，偏差二度二十八分（相當於現代10分鐘），這個誤差，在古代是可以接受的。

儘管如此，但是日影為橢圓軌跡，午時正刻日影指子午線是永不變改的，所以古代以土圭測方位，是以午時正刻指子午為準。

如果日晷面平行於地平，那麼不同緯度觀測點太陽高度皆不同，而且太陽高度角大，造成盈縮誤差亦大。中國古代未有三角函數計算方法，無法計算不同觀測點不同季節的每時每刻地平日影精確度數的。然而日晷面平行於赤道，則將誤差縮至最小，並且不受觀測點緯度限制，亦避免繁瑣的計算！

所以日晷是傾斜裝置而不是水平！

太陽地平方位計算：

太陽黃道經度a，觀測點當時太陽高度角b

太陽地平：

arcsin（sinacosb/√（1-（sinasinb）^2））

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