日晷百問3：日晷以什麼報時間？

假如把北半球揭開，可以看出，太陽照射自轉軸那根「桿」，在赤道平面的圓「盤」上投下的影子。那影子每小時轉過15°。如果再進一步把南半球也拿走，剩下一桿一盤，不就是北京故宮太和殿前那座日晷的樣子了嗎？

　　我們人類生活的地球是太陽系大家庭里的一顆不大不小的行星。它每年繞著太陽轉一周，稱為公轉。它還每天一刻不停地在自轉，24小時轉一周360°，也就是每小時轉過15°。

　　地球像陀螺一樣地自轉著，它圍繞一根實實在在的，卻看不見的軸，那軸指向遙遠的北極星（天文學家說，最近1000年，地球大致以小熊座的α星為北極星，以後還會變化。在南半球的人看來，自轉軸指向「南十字星」附近）。那軸穿過地球的球心，也穿過南極和北極。指示地球表面物體位置的坐標「經度圈」，通過南北極；「緯度圈」垂直於自轉軸。最大的緯度圈是赤道圈，根據它可以把地球分為南北兩半。中國、俄羅斯和英國等國在北半球，澳大利亞、巴西和南非等國在南半球。

　　假如把北半球揭開，可以看出，太陽照射自轉軸那根「桿」，在赤道平面的圓「盤」上投下的影子。那影子每小時轉過15°。如果再進一步把南半球也拿走，剩下一桿一盤，不就是北京故宮太和殿前那座日晷的樣子了嗎？

　　把圓盤邊緣的某一個位置，定為時間的起點（比如零點），桿的影子移過15°就是過了1小時，移過30°就是過了2小時，以此類推，移過一周360°正好是24小時，回到新起點。再細一點說，桿的影子每移動1°，時間就過4分鐘；每移動1′，時間就過4秒鐘，以此類推。

　　可見，要想讓日晷的桿影做到每小時轉動15°，唯一的要求就是必須使桿指向北極星。具體操作要做到兩點：桿要朝向正北（注意：不是磁北）；桿相對於水平面的仰角要符合當地的緯度。於是，在赤道地區，日晷盤豎直安裝，晷針呈水平位置；在北極地區，晷盤水平放置，晷針直指頭頂上；在其他地區，晷盤斜放，晷針也傾斜。可見全世界日晷的晷針，都是互相平行的：它們共同指向北極星。

北極星原本應該在極遠的地方，上圖只能標在右上角，所以，看起來只有北極地區的日晷晷針指向北極星。

　　看到這裡，讀者或許會問，處在地球表面的日晷，晷針能代表地球內部的那根自轉軸嗎？它與地球自轉軸還有相當的距離。在北極地區很接近，在赤道地區甚至差一個地球半徑（約為6400公里）。其實，這一點距離放在太陽系裡是微乎其微的，可以忽略不計。更何況地球上的一切物體都隨著地球一同旋轉，「角速度」絲毫沒有不同。

　　日晷正是這樣分分秒秒地顯示地球的自轉時間。為此在古代，印度人還建造了一座想讀出「秒」來的大日晷！——當然，那是後話了。