上篇《活动日晷:一个日晷,七种功能,你“撩”到了吗?》文章发出后,反响还不错,阅读和评论比前两篇之和还多。这给我极大的鼓舞。但也有人私信我,对我的关于日晷的结论,“一天之中,晷针的影子匀速且等长”,提出质疑,依据是“日晷影子的长短在改变。早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,一过中午它又重新变长”,并言“网上都是这么说”,我上网一搜,不由得惶恐:

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(1)

所谓的依据原来是从这里几乎一字不差地粘贴过来的!还有百度百科,表述也很类似。这大概就是网上谬误的最初出处。其实所谓的依据与百科原文还是有差异的,但百科表达得实在不高明,很容易让人误解物体投影的规律就是日晷投影的规律,更要命的是它表述的根本不是原理,只是现象,原理是什么,透过现象的本质呀,它却啥也没聊,这就让网上的“知识搬运工”如获至宝,到处搬用,以讹传讹。

再看看科普日晷的动画(注意它的影长变化):

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(2)

搜题更不乏其例:

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(3)

很显然,网上的谬误就是将杆影与日晷的晷影混为一谈。其实古人早就窥破“立竿见影”不能精确计时的秘密,每提及于此,我都要感叹一句古人的聪明才智。古人的智慧正是简简单单把立着的杆子掰斜(正对北极),投影面放斜(与赤道平行),就巧妙地化解了影子不等速又不等长的难题,想想,这可是在几千年前啊。而我们后人不去发扬光大,反而用直觉代替规律,用经验代替原理。正是古人辛苦上千年,一切又回“解放前”。假如古人地下有知,不知道会不会跳出来撕逼!

问题来了,赤道日晷的影长为什么不会变?

上篇文章,我就说了,古人受“立竿见影”的启发,注意,只是启发,发明了赤道日晷。为什么“立竿见影”不能精确计时?这次我讲详细些,因为太阳视运动轨道平面与地平面不平行,太阳高度和方位不断变化,导致一天当中杆影既不等长、也不等速,如果以此计时的话,其刻度盘是不均匀的;其实刻度不均匀也没关系,地平日晷的刻度盘也不均匀,最要命的是由于黄赤交角的存在,太阳日出日落的方位,正午太阳高度都会随季节的变化而变化,导致每一天刻度盘不一致,也就是说今天的9点与明天的9点位置就不一样,如果没有一个一年四季都能用的刻度盘,以此计时显然没有意义。

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(4)

而赤道日晷完美地解决了以上问题。因为它就是一个极简版的地球仪,晷盘代表赤道,晷针指示地轴,太阳绕轴“转动”,太阳视运动轨道平面与晷面平行,这样才能保证太阳光线与晷面夹角α不变,影长l=hcotα,α不变,影长l不变。故一天之中,晷针的影子等速且等长;

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(5)

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(6)

网上的谬误还不限于此。根据“朴实”的生活经验,影子长短与太阳高度成反比,得出夏至日正午太阳高度最大,晷影最短,冬至日正午太阳高度最小,晷影最长的结论,又一次将杆影与赤道日晷晷影混为一谈。如图,一年中,随太阳直射点纬度的变化,太阳与晷面中心(地心)夹角(就是纬度)也在变化,根据影长l=hcotα,冬夏至α最大(23.5°),影长l最小,故不同日期,影长在变化,夏至日和冬至日,晷针的影子最短;

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(7)

自信地说一句,这才是赤道日晷计时的原理和规律!

说到日晷的历史,我就不自信了,毕竟我是一个地理老师。从这个意义上来讲,我也是一个网上的“知识搬运工”。日晷在亚洲的发展是和西方并行的这个论点就来自网上根据英国科学家李约瑟在他的巨著《中国科学技术史》(见第4卷第一分册的“天文仪器的发展”)里的论证。但我还是有一丝怀疑的,地平日晷是将赤道日晷均匀的刻度投影到地面的,要用到复杂的函数转换公式tan α = tan t * sin Φ(设某一时间刻度与12:00之间的夹角为α,太阳时角为t,当地纬度值为Φ),按照人类的认知规律,一般是由简单到复杂,因此,我个人以为赤道日晷应该要比有精确刻度的地平日晷出现的早,按李约瑟赤道日晷是中国人发明的说法,最早利用日晷精确计时就非中国人莫属了,毕竟李约瑟还在《中国科学技术史》说了一句大实话:赤道式日晷是所有日晷中最准确的一种。

就在为写这篇文章上网时,突然被一幅宋代的可随纬度调节赤道面板的日晷照片震撼到了。看它第一眼,几乎有一种毛骨悚然的感觉,它不就是宋版的“活动日晷”吗?

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(8)

一身冷汗,我苦心孤诣造我的“活动日晷”之前,可真的没有看到相关文献。冥冥之中,我似与古人心意相通,或者说,古人太聪明了,后人想到的,古人早在几百年前就已想得十分周全了。幸好,我的活动日晷除了可以调节,还利用专业地理知识赋予其测经度、纬度、太阳高度、磁偏角、区时等七大功能,不然我在“抨击”别人的谬误,也难保不被别人指责“抄袭”啊。

古人如何知道日晷角度的(日晷原理网上谬误多)(9)

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