关于日晷的几个疑惑（2）

关于日晷的使用方法还存在以下几个疑惑

1、为什么赤道日晷的晷针与地面的夹角要等于当地的纬度？直接垂直于地面不行吗？

首先回答第二问，直接垂直于地面是不行的。下面简单分析一下原因。

我们知道，阳光下物体的影子变化是有规律的，早上影子朝西，下午影子就转到东边。我们可以利用这个规律来测量时间。最理想的情况就是太阳每天都是一样的，从同样的地方升起来，划过相同的弧线，又从同样的位置落下，每天正午时太阳的高度都是相同的。这样，每天的日影都是固定的，测量时间就成了很简单的事情。

但是，这种情况是不可能存在的。

同学们都知道，地球是围绕太阳公转的，地球围绕太阳公转的轨道所在的平面叫做黄道面。地球赤道所在的平面叫做赤道面。黄道面与赤道面之间有个夹角，大约是23°，这个夹角几乎是不变的，所以我们会发现地轴总是指向北极星。

从地球上观察太阳在天空中划过的轨迹，我们会发现，一年四季中，太阳在天空中走过的轨迹变化实在是太大了。以北纬36°的泰安为例，夏季的时候太阳会从东北方升起，冬季的时候又从东南方升起；夏天中午影子很短，冬天中午影子很长。更让人崩溃的是低纬度地区，中午的时候有的季节影子朝北，有的季节影子朝南，有的季节干脆没了影子——太阳就在正头顶。

所以，直接插根棍子在地面上是不行的，一年四季影子长短、方向变化太大，实在是没法测量时间。

怎么解决这个烦人的问题呢？科学家们想出了一个绝妙的好主意。我们只需要让这根小棍平行于地轴，这样不管太阳的高度怎么变化，我们都能保证小棍的影子长度不变。想象一下，假如你就住在赤道上，你用绳子将一根小木棍水平挂起来观察影子，是不是一年四季影子的长短都不会变化呢？在地球上的其他地方，也是一样的，只要我们保证木棍指向北极星，那么木棍就一定平行于地轴。这根木棍，就是日晷上的晷针。

困难就这样轻易地解决了！

2、地平日晷的圭板其中的一个角也是当地的纬度值，这么做有什么目的？

常见的地平日晷是这个样子的：

下面让我们变换视角，请同学们站在地球之外来看地平日晷的放置示意图。

以泰安的纬度——北纬36°为例，我们把小棍插在地上，然后向北歪，直到正对北极星，这时候小棍正好与地轴平行，而小棍与地面的夹角正是36°——当地的纬度值。这下，同学们明白为什么地平日晷圭板的一个角要跟当地的纬度值相等了吧。

但是，新的问题又来了。

3、还是地平日晷，其刻度盘为什么是不均匀的？其中有什么规律？如果自己动手来画的话，应该怎么画？如何计算？

同学们都有过灯下做手影的经历，当手斜着的时候，手影在墙上是会变形的。现在地平日晷的晷针也遇到了这个问题，因为晷针平行于地轴，跟地面就有了夹角，成了倾斜的，地平日晷的晷针在晷面上的影子也就变形了，而且阳光越偏，变形就越厉害。

这下科学家们可犯了愁了，这可怎么办呢？好在科学家们的数学还是学得很好的。科学家们通过计算，发现了其中的规律。