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山峰日晷的原理
晷针指向天极
晷针倾斜着指向天极,也就是群星绕着旋转的那个天空中的点(在北半球靠近北极星)。太阳每天也绕着同一根轴转一圈,所以晷针的影子在一天中匀速转动,全年同一时刻都落在同一个位置。这就是为什么光秃秃的一座山本身做不成日晷,而插上一根晷针的山就可以。
为什么时刻线会在山上弯曲
每个时刻,晷针的影子都落在穿过晷针的一个平面里。这个平面与底板相交处,线是直的;与山体相交处,线就顺着地面爬上山脊、落入山谷。页面会在你要打印的形状上算出每一条线,所以影子无论落在哪里,都会正好落在线上。
8 字形
日晷显示的是太阳时。由于地球公转轨道是椭圆、地轴又是倾斜的,太阳时在 11 月最多比钟表快 16 分钟,在 2 月最多慢 14 分钟(均时差)。钟表 12 点整时晷针尖端的影子,一年下来会画出一个 8 字形(日行迹)。日期线显示的是白昼最长的一天、春分秋分和白昼最短的一天里,尖端影子走过的路线。
只适用于一个纬度
晷针的倾角和每一条线都取决于日晷摆放地点的纬度,所以它是为一个地点专门制作的。在纬度约 2° 的范围内(向北或向南约 200 km)都能显示正确的时间。时刻已按你在所在时区内的经度做了调整,所以读出的是钟表的标准时间。
影子落到盘面外时
晷针从山顶立起,远高于底板。太阳低的时候——清晨、傍晚或冬天——影子可能会落到边缘之外。所以山顶不在正中,而是像花园日晷的指针一样偏向赤道一侧:影子落向另一边,就能用上大部分盘面。页面会统计一年中有多少日照小时能读出时间,并选一个让这个比例保持较高的山顶高度。把山顶调低能更常读到时间,调高则山更壮观。
在课堂上
为学校做一个,每周和钟表对一对:差值是否沿着 8 字形变化?为什么正午线没有正好指向北方?把为你所在城镇做的日晷和为遥远北方某个城镇做的比一比:晷针和时刻线有什么变化?
高程:Copernicus DEM GLO-30(© DLR e.V. & Airbus)和 AWS 上的 Mapzen Terrain Tiles(SRTM、GMTED2010、ETOPO1 等)。地图 © OpenStreetMap 贡献者,© CARTO。太阳位置:NOAA 太阳位置计算方法。还可以做:喷发火山、地形走马盘、TerraPrinter 应用,或更多3D 地图礼物创意。