日晷（sundial）

細說日晷

日晷有數千年的歷史，只要明白其中的數理關係，你就能很快地做出一個日晷。日晷的型式很多，從受影面的外觀來看，可分成半球面式、半圓柱面式、圓弧式和平面式，其中平面式又可依其受影面與水平面之間的角度，進一步分為赤道式、垂直式、水平式、傾斜式等。這裡只介紹幾種基本的型式。

赤道式日晷

這種型式的日晷，因其受影面與地球赤道面平行而得名，也因形狀似陀螺，有人稱它為「陀螺式」日晷。此型日晷的投影標竿與受影面板相互垂直，標竿取子午向，與水平面的夾角等於當地的緯度，故標竿與地球的極軸平行。

如果在北極裝上這麼一個日晷，在有日光的半年日子裡，若每小時將竿影位置做個紀錄，你會發現每小時的間隔都是 15 度，亦即每小時的間隔在面板上的分布是均勻的。這是因為在一天內地球自轉一周，而我們在地面上看起來好像是太陽在空中繞了 360 度的緣故。

離開了北極，只要標竿仍與極軸平行，受影面板與赤道面平行，每小時的角度間隔一樣是 15 度。這是赤道式日晷最大的特徵，這種等間隔的性質是其他平面式日晷所沒有的。

赤道式日晷在製作上並不難，在安裝時最重要的就是標竿的仰角（與水平面的夾角）是否與觀測地的緯度相等，以及標竿是否正對南北方向。在北半球，標竿向上的那頭尖端朝北。在南半球則朝南。受影板的兩面都可以刻上指示線，半年陽光照射這一面，半年照射另一面，在春分和秋分時，陽光與受影面板平行
水平式日晷

這種型式的日晷，因其受影面板採水平擺置而得名，所謂受影面板就是刻有指示時間線條的底座。基本上它是赤道式日晷的簡化形式，將赤道式日晷向下的標竿延長，使之與底座接觸並固定，再移去赤道受影面，就成了水平式日晷。因此，標竿與底座間的夾角還是等於當地的緯度。標竿也依然是正對南北方向，與地球的南北極平行，這裡所說的標竿是一根竿子，但為了牢固起見，也可以用一片平的三角板代替。要注意的是三角板上斜邊的邊緣是它的投影邊，而非斜邊面上的中間位置。
垂直式日晷

為了方便觀看，水平式的日晷通常建在地面或離地數尺處。為了避免日光被遮蔽，它必須建在廣闊之處，這在鄉村還好，在都市裡就一地難求了。因此，可以高掛在戶外牆壁上的垂直式日晷，雖然現在比較少見，在過去倒是挺受歡迎的。

這種型式的日晷，因其受影面板是垂直掛著而得名。在北半球，如果面板正向南方，日晷的標竿便應該斜指地面，它與面板之間的夾角要等於 90 度扣除觀測地的緯度度數。然而在春分後、秋分前的早晨或傍晚，太陽會在東北或西北，就是出現在面板的背面，此時這個日晷就不能顯示時間了。為了這個緣故，通常會製作另一個日晷，掛在向北的牆上，標竿與面板之間的夾角相同，但它是指向天。
圓弧式日晷

這種型式的日晷可以看成是赤道式的一種改良，以其受影面是一個半圓弧而得名。標竿通常是經過圓心的一條弦，與地球的南北極平行。圓弧面與地球赤道面平行，圓弧內面就是受影面，上面刻有與南北向平行的時間線條，角度每差 15 度就是 1 小時的時差。

若將圓弧的縱面拉長，就變成半圓柱式的日晷。再在標竿上裝設一形狀特別的點做為投影點，觀察此點在半圓柱面上的投影位置，就可以既看時間、又看日期。

半球面式日晷

這種型式日晷的歷史相當悠久，可以回溯至紀元前三百年，它一直沿用到十八世紀。在古埃及和羅馬時代，政府習慣上將一天的時間分成 24 等份，這跟現在一樣。和現在不同的是，他們將白天與黑夜各自平分成 12 份，可以想見，除了春分和秋分這二天以外，白天每份的時間長度和黑夜每份的時間長度是不相等的。現代人看起來，那時候的人對時間的分割法是有一點兒不可思議，但是他們習慣那樣，不論日長日短，以日出日落為準。古時候的半球面式日晷設計就採用這種分法，正好反應了日出而作、日落而息的生活習慣。
http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2003&popsc_aid=189
日晷（sundial）

日晷本義是指日影，是使用太陽的位置來測量時間的一種設備，主要由一根投射太陽陰影的指標、承受指標投影的投影面 (即晷面) 和晷面上的刻度線組成。最常見的設計，也就是最普通的，就是所謂的庭園日晷，讓日影投射在一個標有時刻的平面上，當太陽移動時，影子所指示的時間也跟著變動。其實，日晷可以設計在任何物體的表面上，讓固定的指針產生陰影來測量時間，因此日晷有許多種不同的形式，基本上可以分為地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷和卯酉式日晷等等。

絕大部分的日晷顯示的都是視太陽時，有些在設計上作了變更，可以顯示標準時或是日光節約時間。.

日晷的標準設施
以適當角度傾斜安置的指針或稱為晷針是在大量生產的庭園日晷上唯一需要經驗才能安裝，用以顯示時間的設備，因此有些大量製造的日晷並不能正確的顯示時間。 有許多日晷在北緯45度或更高的緯度上使用。

日晷只要適當的調整晷針的傾斜角度，與地球的自轉軸平行，就能在不同的緯度上使用。. 也就是說晷針的末端在北半球必須指向天球的北極點，在南半球則要指向天球的南極點。


在Taganrog的地平日晷 (1833年).如果要顯示標準時間，日晷的設計就需要能轉動來調整經度造成的時間偏差，由於每15度是一個時區，所以轉動的最大範圍是向東或西7.5度，但是晷針仍然必須對準天球的北(南)極點。不過即使日晷就放置在時區的中心經度線上，還是要作均時差的校正。

要修正日光節約時間，晷面上就需要有兩組的數字或是使用修正表，而且還是要作時區內的經度偏差修正。 而對有兩組數字的日晷，還有個非正式的規範，就是夏天的數字要用暖色表示，冬天的數字則用冷色來表示。晷面被扭曲的日晷是不能正確的顯示時間的，因為除了南北極點之外，在晷面上的時間標示角度不是等距的。

通常日晷顯示的真太陽時與鐘錶顯示的時間會有差異，這就是所謂的均時差，在一年之中最大的差值可以達到15分鐘。均時差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉軸與軌道面之間的傾斜。 所以一個好的日晷必須附上一張永久性對照表，最少要以月為單位來修正均時差。比較複雜的做法則是將時間的標示作成曲線，或是將晷針作成弧度，或是其他的方法將均時差直接修正。

2008-06-01 15:50:09 補充：
赤道式日晷
最簡單的日晷只是在圓盤的中心穿過一根平行於地球自轉軸的棒子，而圓環的平面與地球的赤道面平行。 盤的兩面都被標示上時間，以便能利用棒的投影來指示時間。通常正午位在環的最低處，早上6點標示在環的西側，黃昏的6點在環的東側。在冬季，盤的北側照不到陽光，必須使用盤的南側；在夏季，陽光照射在盤的北側，南側的盤面就不能使用了。

在這種設計中，棒子就是晷針；晷面就是圓盤的兩個平面。在夏季，晷針的北端可以作為節點，但到了冬季，節點就要換成南側的端點了。

2008-06-01 15:52:19 補充：
庭園日晷(水準式日晷)
日晷詳圖古典的庭園日晷只有簡單的使用規則，除了晷面上的線需要使用三角學來繪製，晷面只需要與地面平行。這種日晷的優點是終年都可以顯示時間，但如果是垂直的牆面日晷，就不能顯示整個白天的時間。 在許多地區，日晷會被放置在廣場上，或高高的掛在牆上，霜白色的玻璃晷面，從地面上可以清楚的看見。 晷針的上緣平行於地球的自轉軸，投影將橫越在晷面上的時間標線。 每個標示的邊緣與產生晷影的晷針緊密結合，晷面與屋頂和晷針的角度都要經過計算來設置：垂直式日晷

2008-06-01 15:52:39 補充：
在捷克首都布拉格的東向牆面半日晷，大約建在1740年雖然現在已經很難看見，但面向南方的牆面日晷(在南半球的則是要面向北方)，在古代是很方便的公共設施。 不需要太多的花費與整理，從遠處就能看見。 將晷針作成三腳架的結構，就能很牢固的固定在牆面上。花俏的日晷還可以將石雕鑲嵌在晷面上。摺疊式日晷

2008-06-01 15:53:00 補充：
如果在晷針上正確的位置打個結作為節點，摺疊式日晷也能當作日曆來使用，至少可以顯示農作的適當時機。

2008-06-01 15:53:27 補充：
讓兩個晷面以不同的角度結合(會產生不同的投影)，摺疊式日晷便可以自行調整。當兩晷面顯示出相同的時間，而且絞鏈是水準的，摺疊式日晷指示的是當地的視太陽時。另外，當絞鏈朝向北方(在北半球時)，摺疊式日晷被旋轉了一個角度，晷針才能與地球的自轉軸平行，則當正午、日出與日落時，摺疊式日晷的時間不會受到緯度改變的影響，但是在早上9點和下午3點，緯度每偏差1度，在兩個晷面上的時間便會相差4分鐘(肇因於日晷在錯誤的緯度上)。

2008-06-01 15:53:32 補充：
這表示摺疊式日晷可以像指南針一樣來使用，甚至可以測量緯度。也些摺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)摺疊式日晷曾經被用於航海上。

2008-06-01 15:54:12 補充：
於1742年在都柏林以黃銅製造的攜帶式日晷。
18世紀早期的攜帶式日晷
這一種形式的日晷以黃銅製造，直徑約8公分，當攜帶外出時有黃銅的蓋子保護(圖中未顯示)。有些特點使他能保持足夠的精確度，如附有指南針可以正確的定出北方，時間的刻度為5分鐘。這個日晷是1742年由在都柏林的一位數學儀器

2008-06-01 15:54:29 補充：
等高儀日晷(Elevation sundial)
等高儀可以顯示正確的日期，是使用在導航與天文學上的日晷。

在設計上是一個平坦的小圓環，有一個小把手，或是像錶鏈上的飾物，還是小裝飾。. 當以把手將環懸吊起來時，小孔會在環的內側投下陰影，經由環內的標示可以顯示時間，但使用者自己必須知道現在是上午還是下午。通常這個小孔被設置在一片可以滑動和鎖住，用來調整日期的金屬片上。

2008-06-01 15:54:44 補充：
在現代，美國的特種部隊仍然喜歡在他們的刀片上刻上一個簡易的日晷，以便在手錶失效時仍能知道時間。

2008-06-01 15:55:05 補充：
赤道弓形日晷
傳統上的日光天文鐘是赤道弓形日晷，作為晷針的是一根伸展開來與地球自轉軸平行的棒狀物，晷面是在在內側標示上了時間的標線半圓形的環，環的直徑在2～３公尺，材質是不會受溫度影響而膨脹或收縮的因鋼，這是在第一次世界大戰前在法國發明的鋼材，使鐵路整年都能暢通無阻。

2008-06-01 15:55:20 補充：
讀取時間的方法是最簡單的，只要看相兩個希臘瓶的弓形晷針在赤道環上的投影。[3] 瓶型的陰影落在時間線上的位置可以指出一年中正確的日期和太陽高度的改變。

目前最巨大的赤道弓形日晷是位在印度齋浦以石材製造的日晷，是一系列天文設施中的一件。

2008-06-01 15:55:31 補充：
古希臘的日晷
在古希臘使用一種稱為pelekinon的日晷（軸像，明顯的因為等時線和日期線的形狀，暗示這種古老的日晷是雙軸的pelekus）。 晷針是標尺或是極，豎立在平面上或是半球型的晷面上，標尺頂端的投影在平面的晷面上掃掠出雙曲線的軌跡，或在球面上畫出圓弧。這種日晷的優點是可以確實的標記出一年中所有季節的 時日。

2008-06-01 15:55:47 補充：
地球儀式日晷
地球儀式日晷可以將時間修正為平太陽時或其他的標準時間，他們通常會按照地球儀的均時差將等時線繪成8字形。 均時差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉軸與軌道面之間的傾斜，在一年之中最大的差值可以達到15分鐘。

在公共的廣場非常適合安置這種精確的日晷，在旗竿上的球可以作為晷針上的節點，晷面則可以鑲嵌在道路上。

2008-06-01 15:55:59 補充：
變心日晷
有趣，但精確度稍差的變心日晷可以用混凝土來製作等時線，然後讓使用著站在標示月份的方格中，安排好的月份方格可以修正季節的差異，而使用者的頭部就當成晷針。如果日晷是被鑄造在混凝土中，他就幾乎不可能被破壞，並且具有合理的準確度和使用的樂趣。.

2008-06-01 15:56:11 補充：
一個變心日晷的結構非常簡單，首先想像有一個赤道日晷懸浮在空中，有一根指向天球極點的棒子和垂直於這根棒子的圓環，"12"點標記在圓環的最低處，齊他的時間則如平常的標記在環上。在某一個特定的日期和時刻，棒上的一個點"A"(能落在環上的點與一年中的日期和時間有關)投影落在環上的點"B"(與時間和地球在軌道上的位置有關)，然後在地面上繪出A點與B點的垂足A'與B'點。這時你若站在A'點上，你的影子就會投映到B'點上，因為太陽就在ABA'B'這個平面上。

2008-06-01 15:57:17 補充：
在中緯度，這個橢圓形和時間標記的大小可以達到6公尺，這樣觀察者的頭(晷針)的影子都能落在時間標記的附近。

2008-06-01 15:57:26 補充：
反射日晷
牛頓 利用南向的窗戶發明了反射日晷，他在窗臺上放置一小片的鏡子，然後將天花板和牆面當成晷面，繪製上時間的標記。鏡子好比是晷針上的節點，反射陽光成為一個亮點。這提供了一個巨大、精確且完全可以校正的日晷，使用的材料最少，而且不佔用到任何的空間。 這種設計可以簡單的作成年曆表。
地平式日晷

2008-06-01 15:57:35 補充：
最後，介紹一種有趣的經過改變但還能正確顯示時間，晷面作成心型的地平式日晷（心臟的形狀），基本上還是一種庭園日晷。心臟線是橫過晷面 the shape that connects the intersections between the solar-time marks of a conventional sundial, and the equal-angles of a true clock-time face. 陰影橫過心臟線的邊緣處是讀取時間標記的位置，再這兒可以獨到盤面上所顯示的時間。雖然晷面不能移動，但只要轉動晷面下的等角時間標示，這個日晷可以調整為夏令時間。

2008-06-01 15:57:44 補充：
數位日晷
數位化的日晷利用光和影來"寫"時間，以數字或文字來取代在不同地點的時間標記。一種設計是在屏幕上使用兩個平行的遮罩，由陽光進入的樣式來判斷時間和日期。