假如把北半球揭开，可以看出，太阳照射自转轴那根“杆”，在赤道平面的圆“盘”上投下的影子。那影子每小时转过15°。如果再进一步把南半球也拿走，剩下一杆一盘，不就是北京故宫太和殿前那座日晷的样子了吗？ 我们人类生活的地球是太阳系大家庭里的一颗不大不小的行星。它每年绕着太阳转一周，称为公转。它还每天一刻不停地在自转，24小时转一周360°，也就是每小时转过15°。 地球像陀螺一样地自转着，它围绕一根实实在在的，却看不见的轴，那轴指向遥远的北极星（天文学家说，最近1000年，地球大致以小熊座的α星为北极星，以后还会变化。在南半球的人看来，自转轴指向“南十字星”附近）。那轴穿过地球的球心，也穿过南极和北极。指示地球表面物体位置的坐标“经度圈”，通过南北极；“纬度圈”垂直于自转轴。最大的纬度圈是赤道圈，根据它可以把地球分为南北两半。中国、俄罗斯和英国等国在北半球，澳大利亚、巴西和南非等国在南半球。
假如把北半球揭开，可以看出，太阳照射自转轴那根“杆”，在赤道平面的圆“盘”上投下的影子。那影子每小时转过15°。如果再进一步把南半球也拿走，剩下一杆一盘，不就是北京故宫太和殿前那座日晷的样子了吗？
把圆盘边缘的某一个位置，定为时间的起点（比如零点），杆的影子移过15°就是过了1小时，移过30°就是过了2小时，以此类推，移过一周360°正好是24小时，回到新起点。再细一点说，杆的影子每移动1°，时间就过4分钟；每移动1′，时间就过4秒钟，以此类推。 可见，要想让日晷的杆影做到每小时转动15°，唯一的要求就是必须使杆指向北极星。具体操作要做到两点：杆要朝向正北（注意：不是磁北）；杆相对于水平面的仰角要符合当地的纬度。于是，在赤道地区，日晷盘竖直安装，晷针呈水平位置；在北极地区，晷盘水平放置，晷针直指头顶上；在其他地区，晷盘斜放，晷针也倾斜。可见全世界日晷的晷针，都是互相平行的：它们共同指向北极星。
北极星原本应该在极远的地方，上图只能标在右上角，所以，看起来只有北极地区的日晷晷针指向北极星。 看到这里，读者或许会问，处在地球表面的日晷，晷针能代表地球内部的那根自转轴吗？它与地球自转轴还有相当的距离。在北极地区很接近，在赤道地区甚至差一个地球半径（约为6400公里）。其实，这一点距离放在太阳系里是微乎其微的，可以忽略不计。更何况地球上的一切物体都随着地球一同旋转，“角速度”丝毫没有不同。 日晷正是这样分分秒秒地显示地球的自转时间。为此在古代，印度人还建造了一座想读出“秒”来的大日晷！——当然，那是后话了。 |
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