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日 晷 背 景 资 料

高 献 周

尊敬的学校领导：
学校“办学百年” 整个庆典活动圆满成功，是学校领导决策的正确和全体同事的共同努力，我在此期间所有工作得到领导的信任和支持，肯定和赞扬，我深表感谢。
百年学府，青春农专。明天起，农专的历史，开启了又一个意气风发的新百年，又一个壮怀激越的新起点。大学地位，争取为最；雄心壮志，难能可贵。
“珍惜才能拥有，感恩才能天长地久”！ 为了感谢学校对自己二十多年的培养、宽谅、支持，也为了表达自己对学校建设的一片心情，根据领导提示意图，我想在信阳农专羊山校区新大门广场出资捐建具有人文、历史、科技寓意的景观石材雕塑《日晷》一座，以表寸心！
我的基本想法：
1、出资捐建，以表寸心，决定了就要兑现，没想留芳百世，
但愿不留遗憾。
2、景观石材雕塑系不动建筑，尺寸、位置、造型，材质确定
之后就不宜再做改动，征求领导意见，充分论证，要把事情办好。
3、雕塑《日晷》是科学的，要反复约请行业专家，认真论证，精确计算，既办就要办正确，千万不能贻笑后人。
4、景观石材雕塑《日晷》，一是要与整体环境协调，二是因个人投资能力有限，对此，希望学校领导综合把握，给予理解。
高献周
2010.11.5.

关于日晷的相关背景资料
一、日晷简述
中文名称：日晷
英文名称：sundial
日晷，是最古老的、以日影测时的计时仪器，如今它已成为人类文明的象征。我国历史悠久、文化发达，也是世界上最早使用日晷测时的文明古国之一。迄今我国发现的最早的石刻日晷乃西汉初年的遗物，距今已有约2200年的历史了。在我国众多的古代科技成就史，以日影测时原理制作并应用的日晷，可以说是一颗晶莹璀璨的明珠。
日晷，“日”指太阳，“晷”表示影子，“日晷”的字面意思为“太阳的影子”。我们平时所说的“日晷”，是根据太阳在天空中的实际位置测定时间的一种仪器或器具，利用地球绕太阳公转和自转的运动规律测定时间。因为兼具科学魅力与艺术品位，日晷雕塑古往今来一直是科学景观雕塑的“主角”。
　　世界上最早的日晷诞生于六千年前的巴比伦王国。中国最早文献记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于隋开皇十四年 公元574年 发明的短影平仪 即地平日晷 。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行的《独醒杂志》卷二中提到的晷影图。
通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
今天在北京故宫博物院里见到的是中国传统日晷——赤道日晷，它由晷盘和晷针组成。晷盘为石质，周边刻有子丑寅卯等十二个刻度(时辰)，晷针为铜质，立于晷面中心且垂直于晷面。晷面和赤道平行，也即和地面成一定角度。在阳光照耀下，晷针的影子就好像钟表的指针一样慢慢地移动(逆时针方向)，晷针的影子指向晷盘的某一位置，便可知道是白天的某一时间。也有用晷指日影的，如“寸晷如三岁，离心在万里”，这里的“晷”指日影，“寸晷”指一寸长的影子，借指时间。
日晷也被象征性地应用到艺术设计中，如2000年4月大型景观雕塑《东方之光》落成于上海浦东世纪广场，该雕塑以日晷为原型设计，以一天的时间变化表现时间主题，可以说是 对古老日晷的一种新诠释。
世纪大道上的日晷雕塑名为“东方之光”，是2000年为迎接新世纪而建的，由北京青年雕塑家仲松设计，取材于古代计时器日晷，非常具有现代感，晷盘直径达24米，高20米，投资600万元，共耗用了50吨、长6公里的不锈钢管和5吨多辅助钢材。为本市雕塑二十景之一。
这种利用太阳光投影来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类所用达几千年之久，然日晷有一个致命弱点是阴雨天和夜里是没法使用的，直至1270年在意大利和德国才出现早期的机械钟，而中国则在1601年明代万历皇帝才得到二架外国的自鸣钟，清代时虽有很多进口和自制的钟表，但都为王宫贵府所用，一般平民百姓还是看天晓。
二、日晷种类
日晷又称“日规”，是古代人利用日影来定时刻的计时器。日晷的种类很多，根据晷面所处位置和晷盘面安置的方向不同，可分为地平式、赤道式、子午式、卯酉式等多种，功能也不尽相同。
使用日影测时的日晷，无论是何种形式都有一根指时针（Gnomon），这根指时针与地平面的夹角必需与当地的地理纬度相同，并且正确的指向北极点，也就是都有一根与地球自转轴平行的指针。观察这根指针在指定区域内的投影，就能确定时间。
三、现有常见的日晷有下列几种不同的形式：
（1）水平式日晷
水平式日晷（The Horizontal SundialE） 是最常用的日晷，采用水平式的刻度盘，日晷轴的倾斜度，依使用地的纬度设定，刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度的使用。
（2）赤道式日晷
　　赤道式日晷（The ERquatorial Sundial）是依照使用地的纬度，将轴（指时针）朝向北极固定，观察轴投影在垂直于轴的圆盘上的刻度来判断时间的装置。 盘上的刻度是等分的，夏季和冬季轴投影在圆盘上的影子会分在圆盘的北面和南面，适合中低纬度的使用。若将圆盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。
（3）极地日晷
极地日晷（TheRE polar Dial） 供指时针投影的平面与指时针平行，即与地平面的夹角与地理纬度相同，并朝向正北。时间的刻画可以用简单的几何图来处理，投影的时间线是平行的线条。适合各种不同的纬度使用。
（4）南向垂直日晷
　　南向垂直日晷（Vertical Direct South Dial）刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度（30～70）使用。
（5）东或西向垂直式
　　东或西向垂直式Vertical Direct East or West）刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上半日（东向）或下半日（西向）使用，但全球各纬度都适用。
（6）侧向垂直式
　　侧向垂直式（Vertical Declining）刻度盘面采用垂直方向的日晷。这一种日晷需要依照建筑物的墙面方向换算刻度，不容易制作。依季节及时间的不同，有时不会产生影子。南向与东西垂直日晷都可视为此形的特例。
（7）投影日晷
　　投影日晷（Analemmatic Sundial）不设置指时针，仅在地平面依地理纬度的不同绘制不同扁率的椭圆，在其上刻划时间线，并将长轴指向正东西方向，南北向的短轴上则需刻上日期，指示立竿测量时刻的正确位置。
（8）用於导航和计时的携带式日晷
　　一种便於携带的日晷称为摺叠式日晷，他有以绞链结合在一起的两个小晷面，通常会折叠起来放在平整的小盒子内，以方便放在口袋中。晷针则是在两晷面之间的带子，当带子被扯紧拉直时，两个晷面会互相垂直，一个面形成垂直式日晷，另一个面则是水平式的日晷。 最考究的晷面材料是以白色的象牙制作，图饰上来自中国的暗色真漆，晷针则是黑色的丝绸、亚麻或大麻纤维。
　　如果在晷针上正确的位置打个结作为节点，摺叠式日晷也能当作日历来使用，至少可以显示农作的适当时机。
　　让两个晷面以不同的角度结合(会产生不同的投影)，摺叠式日晷便可以自行调整。当两晷面显示出相同的时间，而且绞链是水平的，摺叠式日晷指示的是当地的视太阳时。另外，当绞链朝向北方(在北半球时)，摺叠式日晷被旋转了一个角度，晷针才能与地球的自转轴平行，则当正午、日出与日落时，摺叠式日晷的时间不会受到纬度改变的影响，但是在早上9点和下午3点，纬度每偏差1度，在两个晷面上的时间便会相差4分钟(肇因於日晷在错误的纬度上)。
　　这表示摺叠式日晷可以像指南针一样来使用，甚至可以测量纬度。也些摺叠式日晷附有小的铅锤和分度器来读取正确的纬度；也有些附有指南针，可以测量地理上的特徵。在古代，大型的(1公尺以上的)摺叠式日晷曾经被用於航海上。
　　18世纪早期的携带式日晷
　　这一种形式的日晷以黄铜制造，直径约8公分，当携带外出时有黄铜的盖子保护(图中未显示)。有些特点使他能保持足够的精确度，如附有指南针可以正确的定出北方，时间的刻度为5分钟。这个日晷是1742年由在都柏林的一位数学仪器制造商Gabriel Stokes制造的。
（9）等高仪日晷(Elevation sundial)
等高仪可以显示正确日期，是使用在导航与天文学上的日晷。
　　在设计上是一个平坦的小圆环，有一个小把手，或是像表链上的饰物，还是小装饰。. 当以把手将环悬吊起来时，小孔会在环的内侧投下阴影，经由环内的标示可以显示时间，但使用者自己必须知道现在是上午还是下午。通常这个小孔被设置在一片可以滑动和锁住，用来调整日期的金属片上。
　　在现代，美国的特种部队仍然喜欢在他们的刀片上刻上一个简易的日晷，以便在手表失效时仍能知道时间。
四、日晷的角度等计算
日晷的制作除了指时针必需正确的安装之外，时间线的刻划也不能忽视。各形日晷时间线的刻划与日晷的地理位置，指时针的高度等，都有关系。假设地理纬度为φ，指时针的高度为H，要刻划的时间与正午的差值为T；时间线与指时针的夹角为A，距离为D，则各形日晷的计算式如下：
（1） 水平式日晷：TAN（A）=TAN（T）*SIN（φ）
（2） 赤道式日晷：等分圆盘，每小时相当与十五度，正午线垂直朝下。
（3） 极地晷：D=H*TAN（15*T）
（4） 南向垂直日晷：TAN（A）=TAN（T）*COS（φ）
（5） 东或西向垂直式：D=H*TAN（（6-T）*15）
（6） 侧向垂直式：TAN（A）=SIN（O）*TAN（R+15*T）
指时针与墙面垂线的夹角TAN（W）=SIN（θ）*COT（φ）
指时针高出于墙面的夹角SIN（O）=COS（θ）*COS（φ）
指时针与正午线的时间线差COT（R）=COT（θ）*SIN（φ）
6点与12点时间线的夹角COT（S）=SIN（θ）*TAN（φ）
θ：日晷墙面的斜角
（7） 投影日晷：D= SIN（T*15），V= sin（φ）*COT（φ）
　　椭圆长轴与短轴的比：sin(φ)
　　竖竿（人立足）的位置：Z=TAN（del）*COS（φ）
　　del：太阳的赤纬，V：时间点在短轴方向上的值
　　D：时间点在长轴方向上的值
　　由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。中国古代测时仪器。由晷针和晷盘组成，晷盘上有时间刻度，晷针垂直于盘面，通过晷针日影在盘面上的方向就能测定时间。因盘面安置的方向不同，日晷可分为地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷。日晷的早期历史尚不清楚，最早的可靠记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于隋开皇十四年(594)发明的短影平仪(即地平日晷)。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行《独醒杂志》卷二中提到的晷影图，但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘，金属晷针。北京故宫等处保存的都是清代制造的石质赤道日晷。赤道日晷的晷面平行于赤道面，晷针指向南北极。
　五、目前可查阅到的世界各地日晷形式和图片

日本日晷 英国汉普郡的戈斯波特日晷

约旦日晷

北京大学日晷 复旦大学日晷
清华日晷晷盘南高北低，盘面上时间刻度均匀，晷针垂直于晷盘，上指北天极。经对北京故宫太和殿前的日晷实地观察，清华日晷和故宫日晷的构造和放置方位是一致的。对照文献资料，可以判定清华日晷属于中国传统常见的赤道日晷。
清华大学日晷

嘉兴南洋职业学校日晷 天津理工大日晷

浙江科技学院日晷 哈尔滨关道日晷

福建漳州日晷 江苏南通日晷

河南安阳日晷 甘肃日晷

河北郭守敬故里日晷 河南旅游日晷

辽宁鞍山日晷 山西日晷

河南黄帝故里日晷 山东孟府日晷

四川日晷 台湾博物院日晷

云南墨江日晷

晷面上镌刻“新法地平日晷”之“新法”，意指这件日晷不是中国传统的赤道式装置，而是采用了17世纪欧洲仍盛行的地平式装置原理，并在刻度上将中国传统的一日百刻和等分刻度法，改为一日96刻度，并以不等分形式标注时刻线。
这是汤若望(Jeam Adam Schall von Bell)于(1644年)七月九日特别向摄政王多尔衮和顺治皇帝敬献的贡品。此仪进入朝廷后，对清代中国人掌握地平式日晷的原理及制晷技术，起到了促进作用。
顺治元年新法地平日晷

六、信阳有关地点（区域）经纬度查询
河南信阳南湾：32.127865,114.082025
河南信阳农专浉河校区：32.135474,114.080842
河南信阳浉河公园：32.131186,114.016598
信阳农专羊山南大门：32.127865,114.082025
七、我校羊山校区南大门广场区位环境设立日晷雕塑的建议方案⑴、羊山校区南大门坐北朝南，方位中轴线，校大门雄伟壮
观。站在校大门瞻看，两边大路宽敞走，中间阶梯顺势行，校训石正
前方设立日晷雕塑科学、合理、有必要，也将是农专进校园的第
一个亮点。
⑵、日晷雕塑古往今来一直是科学景观雕塑的“主角”，大多庄
重、古老、高雅的场地都选择日晷雕塑。日晷设立在空旷且位置醒目的地方最为多见。dxd小学科学学科网站群【学科网站群】我们选择日晷雕塑与我们大学地位，校区环境，地理位置十分匹配，一定会起到锦上添花的效果。
⑶、日晷雕塑是科学魅力与艺术品位交融的完美结合，既要充分展现其品位作用，又不能遮挡和影响其他建筑设置的美感效果，所以它的尺寸大小的考量就显得十分重要。
现推荐几款日晷式样请学校领导参考确认：

上述式样待学校领导先期确认后，我将亲赴设置现场实地测量，制作出实物日晷模型，放置到位，再征求意见最后确定。
⑷、雕塑日晷是流传百世的精细工程，我期望让雕塑日晷发挥光芒，附上艺术的灵魂。要精细就要时间宽裕，仔细琢磨。
⑸、日晷dxd小学科学学科网站群【学是古人计时的，日晷计时准确存在难点：
1、方向：即晷面朝向什么方向？即南高北低倾斜放置；
2、刻度：即在晷面上怎样做刻度，A、用地支表示12个时辰按什么顺序排列，是顺时针还是逆时针？B、起点：即子时在晷面的什么位置？是在最上方？还是在最下方？抑或其他位置？C、角度：即晷面的倾斜角度是多少？dxd小学科学学科网站群【学科网站群】
根据我的分析，晷面应向南,南高北低放置；其次，到操场测试，弄清刻度问题，探究午时标在什么地方合适(午时在正下方)？
3、倾斜角度问题，资料介绍：“使晷面下平行于天赤道面”，其实地球赤道不断向外扩大，一直延伸到无限大，这个无限的圆就是天赤道，天赤道与黄道面（地球绕太阳公转的轨道平面）相交23.5度，实际操作时,将晷面倾斜与水平地面形成23.5度的夹角。
dxd小学科学学科网站群【学科网站群】4、晷针的方向问题，日晷的晷面与晷针（也称“晷表”）呈垂直，晷面平行于赤道平面，晷针则和地球自转轴平行，因此晷针的上端指向正北方（天文学上称“北天极”），下端指向正南方。每年的春分（3月21日）和秋分（9月23日）这两天，太阳正好照在赤道上。而春分到秋分这段时间，太阳光照在赤道以北，这时阳光就正好照在我们这个日晷的正晷面；而9月23日到第二年的3月21日，太阳光照则在赤道以南，也就是说要在晷正面看到阳光，当然要等到明年3月21日以后了。
⑹、恳请领导明确指示，确保把此事办妥办好。

汇报人：高献周
2011.11.5.
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