日晷仪也称日晷,是观测日影记时的仪器,主要是根据日影的位置,以指定当时的时辰或刻数,是我国古代较为普遍使用的计时仪器。但在史籍中却少有记载,现在史料中最早的记载是“汉书·律历志·制汉历”一节:太史令司马迁建议共议“乃定东西,主晷仪,下刻漏”,而“汉书·艺文志”中列有晷书34卷,但仅存书名,而无内容。
圭表,是度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成。圭表和日晷一样,也是利用日影进行测量的古代天文仪器。所谓高表测影法,通俗的说,就是垂直于地面立一根杆,通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面的直杆叫“表”,水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”。
二十四节气歌
春雨惊春清谷天,夏满芒夏暑相连,
秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。
古人观天察地——日晷、骨笛、二十四节气 (学科素养·接轨高考13)
一、日晷
中国古人观天察地,了解了日月运行的周期,创造了精度很高的计时工具:日晷。常见的日晷如下图:
原理:日晷是根据一天中太阳方位不同,通过固定的指针产生的阴影来测量时间的。日晷晷针上端指向北极星,由于北极星的仰角等于当地地理纬度,故日晷与地面的倾角θ=90°-当地纬度。
位于河南省贾湖遗址(33.5°N)中发现贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来,做成原始“圭表”,观测正午日影。下图示意该原始“圭表”使用原理(图中①②③分别代表二分二至时的日影末端位置),两根木桩按南北对位,叉形器置于南端。
三、二十四节气
主要适合的地区:黄河流域,因为这里是中华文明的发源地,农耕文明时期人们总结出的规律。
视角1:[地理实践力]日晷图的判读方法
(1)由于晷针上端指向北极星,故面向日晷,左侧为东,右侧为西。(2)春秋分日出正东,晷针影子在正西(如A),即6时;日落正西,晷针影子在正东(如B),即18时。(3)夏半年日出东北,晷针影子在西偏南(如C),6时之前;日落西北,晷针影子在东偏南(如D),18时之后。(4)上午10时,太阳位于东南方向,晷针影子在西偏北(如E);正午12时,太阳位于正南天空,晷针影子在正下方(如G),此时影子最短;下午14时,太阳位于西南方向,晷针影子在东偏北(如F)。
视角2:[人地协调观]骨笛图的判读
①处日影最长,应代表冬至日;③处日影最短,应代表夏至日,②位于二者之间,为二分日。5月1日,在春分到夏至之间,即②③之间,且正向③处移动。11月1日,在秋分到冬至期间,即①②之间,且正向①移动。
视角3:[地理实践力]推断日期
一年约365天,24个节气,故每个节气约15天,根据已熟悉的春分、夏至、秋分、冬至的日期,可以推断其他节气的日期,如芒种在夏至(6月22日)之前的一个节气,故约为6月7日;再如清明位于春分(3月21日)之后的一个节气,故约为4月5日;大寒位于冬至(12月22日)之后的第二个节气,故相差约一个月,约为1月21日。
视角4:[综合思维]昼夜长短和正午太阳高度
结合正午太阳高度和昼夜长短的变化规律可知,黄河流域夏至日昼最长、正午太阳高度最大,冬至日昼最短、正午太阳高度最小。①关于夏至或冬至对称的节气,昼夜长短相同,正午太阳高度相同,日出日落方位相同,如图中小暑与芒种,立夏与立秋,小雪与大寒,寒露与惊蛰等。②关于春分或秋分对称的节气,昼夜长短相反,直射点纬度数相同,但直射半球不同,如惊蛰与清明,立春与立夏,处暑与霜降等。