在机械钟表发明之前，人们通过观察太阳来判断时间，比方太阳升到头顶最高的位置，时间就是正午了。其实时间的概念就是来自太阳，例如我们把两次太阳升起之间的时间分成24小时，称为“一日”。

      在一天当中不同的时间段，阳光下地面上物体投射的影子的长度和角度都不同，通过测量同一物体影子的变化，就能确定太阳的运行情况，从而得到精确的时间。这种测量时间的仪器被称作“太阳钟”，我国古代则称其为“日晷”。

      下图就是一种中国古代的日晷：

  

      人类使用日晷的时间非常久远，古巴比伦在6000多年前就开始使用了，中国有明确记载的是在3000多年前的周朝。这种古代的时钟精度一点不比后来的机械式钟表差，而且不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的，笨重而且看不到阳光的时候不能用，比方阴天或晚上。

      我们首先制作一个简易的日晷，来感受一下这种仪器的工作原理。

      要用到的东西：方便面的纸桶、橡皮泥、竹签和笔。

  

      制作方法简单到不能再简单，用橡皮泥把竹签固定在桶的中央，保证竖直向上。

  

      然后把它放在阳光能直接照射到的地方，竹签会在桶壁上投射一个影子。这个影子的位置是随时间变化的，手里拿一块表，每到正点的时候就用笔在桶壁上作一个标记。比方这时候手表显示的是上午“9”点，那么你就在影子的位置画个标记，写上“9”。注意纸桶的位置不能再变了，那么明天上午竹签的影子再到你做的标记“9”上的时候，此时的时间就是9点。

      谁也不能整个白天守在这东西旁边做标记，所以你大概要花上几天的时间来做完所有的标记，以后就可以用它来代替手表计时了。

      通过上面简易日晷的制作，我们对日晷的工作原理有了一个大概的认识，当然真正的日晷要比这个复杂得多。要制作一个真正的日晷，还必须先了解一些天文学的知识。

  

      地球绕地轴自转，同时绕太阳公转。一天之内时间的变化是自转造成的，由于相对太阳来说地球是“斜着身子”旋转的，所以阳光的投影的变化也比较复杂。上面介绍的简易日晷之所以选用方便面的纸筒，是因为纸筒壁有一定的倾斜角度，阳光也是倾斜着照过来的，这样竹签在纸筒壁上的影子就相对均匀一些。请注意观察你自己根据手表的时间作出的标记，这些标记之间的间距也不是绝对均匀的，能说明太阳运行的复杂性。

      真正的日晷主要有三种类型：赤道式、水平式（地平式）和垂直式。

  

      这是一种赤道式日晷，我们在博物馆和古建筑群里看到的都是这种形式。之所以管它叫“赤道式”，是因为它的晷盘，就是那个有刻度的圆盘是与地球赤道面平行的，贯穿晷盘的指针与地轴平行并且指向正北。这样就消除了因为地球斜着身子造成的，指针的投影运动的不均匀性，所以它的刻度盘跟现代钟表盘一样，刻度是均匀的。另外请注意晷盘两面都有刻度，春分到秋分，即3月21日到9月22日期间从正面读数，秋分到春分半年从背面读数。

  

      这是一种地平式日晷，图上右面的部分是经过艺术处理的，既是城市雕塑又是一座巨大的日晷，刻度刻在地面。这种日晷的刻度就是不均匀的，而且随纬度而变化，即不同纬度地区的地平式日晷不能通用。

  

      这墙壁上的是一种垂直式日晷，可以看出它的刻度也是不均匀的，而且日晷的表面朝向不同，刻度就要发生相应的变化。这种日晷在不同纬度地区之间也是不能通用的。

      自己动手制作一个能够精确计时的日晷难吗？知道了原理之后就不难！下面我们分别制作这三种不同的日晷。

      首先制作赤道式日晷。使用的材料：一个鞋盒和一些白纸，一根竹签（烤肉串上的打磨一下），另外需要一些胶水或双面胶带。

  

      需要的工具：剪刀、壁纸刀、圆规、指南针、水平仪、带量角器的三角尺和一支笔。

   

      首先把鞋盒的外表面粘上白纸，无他，为了美观。盒盖边沿剪去，变成一张纸板，外面也用白纸糊起来。

  

      沿鞋盒的长边画一条中心线，距边沿1/3的位置画一条垂直线，注意垂直线要延长到两个侧面。

  

      在鞋盒盖子——现在已经成为一张白纸板了——上面如此作图。就是找圆心，用圆规画2个同心圆，通过圆心画水平线和垂直线。大圆下面的弧线是用三角板上的弧线工具画的，弧线以外的部分将来要剪掉。

  

未完，待续。

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