日晷怎麼做、怎麼看
日晷是用太陽的影子看時間的時鐘。把投影的晷針指向北極星的方向,影子不論季節,同一時刻都會落在同一條線上。這時晷針和地面的夾角等於當地的緯度,臺北是25.0度。下面整理最容易做的赤道式和水平式日晷的做法、4個地點的時刻線角度,以及日晷指著12點時時鐘的時刻(每月)。
日晷的原理
太陽看起來每小時移動15度,因為地球一天轉360度。不過,只把棒子垂直插在地上,影子的走法會隨季節改變。把晷針的尖端指向北極,也就是北極星的方向,影子的移動就不再隨季節變化。
所以做日晷時最重要的是當地的緯度。緯度不同,晷針的角度和時刻線的畫法都會不同。
最容易做的赤道式日晷
赤道式日晷是在圓形晷面的中心垂直插上晷針。時刻線只要從晷面中心每隔15度畫一條,分布和緯度無關。
- 在厚紙上畫圓,用量角器每15度分一格,寫上時刻。
- 在圓心插上晷針,固定成和晷面垂直。
- 把晷針指向北極星的方向。晷針和地面的夾角等於緯度,晷面和地面的夾角是90度減去緯度,臺北是65.0度。
- 放在水平的地方,把12點的線對準正北。
從春分到秋分,影子落在晷面的上面。過了秋分,影子會落在晷面的下面。
水平式日晷的做法與時刻線角度
水平式日晷的晷面和地面平行。把三角形的晷針板對準正北立起來,讓它斜邊和晷面的夾角等於緯度。水平式的時刻線不是每15度一條,會隨緯度改變。從12點的線量起的角度,可以用三角函數 tan(角度)= sin(緯度)× tan(15度 × 離12點的小時數)計算。
臺北的11點和13點的線離12點的線6.5度,10點和14點的線13.7度。靠近12點時,每小時的間隔比15度窄,越接近早晚越寬。6點和18點的線和12點的線垂直。
| 時刻 | 臺北市 | 臺中市 | 高雄市 | 香港 |
|---|---|---|---|---|
| 晷針 | 25.0 | 24.1 | 22.6 | 22.3 |
| 11、13點 | 6.5 | 6.3 | 5.9 | 5.8 |
| 10、14點 | 13.7 | 13.3 | 12.5 | 12.3 |
| 9、15點 | 22.9 | 22.2 | 21.0 | 20.8 |
| 8、16點 | 36.2 | 35.3 | 33.7 | 33.3 |
| 7、17點 | 57.7 | 56.8 | 55.1 | 54.7 |
日晷怎麼看、怎麼對準北方
12點的線要對準正北。晚上可以先找北極星:北極星位於正北方。白天的話,垂直立起的棒子影子在太陽通過子午線的那一刻,會指向正北。不過在北回歸線(北緯23.4度)以南,夏至前後正午的太陽會跑到天頂北邊,影子反而指向正南:高雄是6月6日到7月6日,香港是6月3日到7月9日。這段期間請改用北極星對準北方。
做自然科學習作時,可以每隔1小時在影子尖端做記號,寫下時鐘的時刻。隔天同一時刻,再看看影子是不是回到同一個位置。
日晷和時鐘的時間為什麼不一樣
日晷量的是當地的視太陽時,和時鐘的時間有兩個差別。一是經度:香港天文台說明,香港時間比格林尼治平時快8小時,每小時相當於經度15度,也就是東經120度的時刻,臺灣用的也是這個時區。子午線定義了本地太陽時的中午,也就是太陽每天經過子午線的時間。東經121.6度的臺北,太陽比東經120度早約6分鐘通過子午線,東經114.2度的香港則晚約23分鐘。
二是地球軌道不是圓形,地軸又是傾斜的,所以視太陽時並不均勻,日晷和時鐘的差會隨季節變化。因此臺北日晷指著12點時,時鐘的時刻在11月3日前後最早,是11:37,在2月11日前後最晚,是12:08。香港是12:07到12:38。
| 月 | 臺北市 | 臺中市 | 高雄市 | 香港 |
|---|---|---|---|---|
| 1月 | 12:03 | 12:06 | 12:08 | 12:33 |
| 2月 | 12:08 | 12:11 | 12:13 | 12:38 |
| 3月 | 12:03 | 12:06 | 12:08 | 12:32 |
| 4月 | 11:54 | 11:57 | 11:59 | 12:24 |
| 5月 | 11:50 | 11:54 | 11:55 | 12:20 |
| 6月 | 11:54 | 11:58 | 11:59 | 12:24 |
| 7月 | 12:00 | 12:03 | 12:05 | 12:29 |
| 8月 | 11:58 | 12:02 | 12:03 | 12:28 |
| 9月 | 11:49 | 11:53 | 11:54 | 12:19 |
| 10月 | 11:40 | 11:43 | 11:45 | 12:09 |
| 11月 | 11:38 | 11:42 | 11:43 | 12:08 |
| 12月 | 11:49 | 11:52 | 11:54 | 12:18 |
出門看看影子怎麼走
Angel Step 只從「健康」讀取步數,不計算影子和時刻。先找好北方,再出門走一段路,看影子慢慢移動。
資料來源
- 香港天文台「香港授時服務」:日晷量度視太陽時,香港時間較格林尼治平時快八小時 hko.gov.hk
- 香港天文台「香港子午線」:子午線定義本地太陽時的中午 hko.gov.hk
- AAT-Taiwan「赤道式日晷」:晷針指向北極,時間線分布不取決於緯度 aat.teldap.tw
- 臺北市立天文科學教育館「天文館期刊」第4期:北極星位於正北方 www-ws.gov.taipei
- 日本國立天文台アーカイブ室新聞第770號:水平式日晷的時刻刻度依緯度而不同(日文) prc.nao.ac.jp
更新於