机械的钟表要取代已经为人类服务了数个世纪的日晷已经事在必行

admin 阅读：77 2024-02-28 14:37:36 评论：0

　　时间！日常生活中离不开的时间度量，就是天文学最直接的应用。

　　我可以理解题主所感受到的“‘天文学’是离我们日常生活很遥远的科学”，但是实际情况确实不是这样的。

　　天文学几乎是在人类早期文明中唯一的科学，这原因一部分是因为天文玄远，和诸如宗教信仰之类的神秘内容关系紧密；另一部分则恰恰相反，正是因为天文学与人类生活密切相关，才使得天文学得以先于其他科学而发展起来。而其中最有代表性的分支就是历法。

　　在一个很广泛的意义上，历法是指一套设计出来用以记录时间段的制度。我们今天大部分度量单位，比如1米的长度、1克的质量、1牛顿的力……本质上都是人为定制的。然而人类发展的早期，在计量时间的标准选择上，人们几乎没有什么自由发挥的空间。人类天然能选择的报时“装置”只有太阳、月亮、地球等天体。甚至一些宗教徒认为天体被创造出来本就是为人类报时的——这是多么可爱的自大啊。

　　在《周髀算经》里，月与日合为一月，从合至合则为一月。日复日为一日，从旦至旦则为一日也。日复星为一岁；冬至日出在牵牛，从牵牛周牵牛则为一岁也。

　　明确记载了合朔定月、太阳引起的昼夜定日，太阳在恒星背景的运动定年。这一基本关系虽然有这样那样细节的不同，但是全球各地均不能或免。古埃及以天狼星偕日升定年，古巴比伦以新月为每月开始，不同的民族又有用日落、子夜、日出为一日之始的……所有的这些，不过是异曲同工而已。我们日常熟知的时间概念——日、月、年，都来自天文学，这是天文对我们深入骨髓的影响。天文授时

　　天文对时间的影响首先是天文授时。

　　比如日、月、年三者里面最基本的单位日，或者说一昼夜。一昼夜时间不太长，也不太短，还可以细分为小时、分、秒。昼夜交替源于太阳，而根本上说是地球自转——当然古人并不是很清楚这一点，但这不妨碍他们把地球自转作为最初的授时装置使用。日晷就是一个重要的应用。日晷看似使用太阳定时，实际上利用的还是地球均匀精准的自转。世界上最早的日晷（大约公元前1500年）

　　现在来说，日晷分好多种类，我们最常见的是赤道式日晷，大概这样：

　　日晷两面刻画等分的刻度，倾斜角度等于本地纬度。学会制造这个东西的前提是你大体搞清楚了天赤道、太阳周日运动之类的概念。现在的角度看这些概念已经不太难了。但率先做出赤道式日晷的文明肯定曾经在世界独领风骚。

　　如果你想弄一个看起来更简单的地平式日晷：

　　你就会发现，这个东西刻度不均匀，想做好需要的天文知识只有更多。除此以外，还有很多更加奇奇怪怪的日晷：

　　非只日晷，还有供晚上使用的星晷、月晷。铜镀金圆盘日月星晷仪

　　时、日依靠天文授时，月以可观测的朔望为准，年的长度是以圭表测量正午日影长度，进而计算某一节气来实现度量——中国和埃及都很擅长这项工作。这些工作都是天文学曾经很直接的应用。天文钟

　　一把尺子不能校正自己，天文授时的同时人们也尝试制作一些脱离天文的授时工具。其中比较典型的可能就是水钟、沙漏之类的器具靠介质均匀漏下的装置了。

　　水钟在中国被称作滴漏，《礼记》之中专门安置了一个官员来掌管漏壶，叫做“挈壶正”，可见古人的重视程度——当然，另外的原因是滴漏使用比较麻烦，每个漏壶制作都非常精细，还要配几十根不同的“刻箭”。每天使用的刻箭被要求合于天象，具体来说就是指因季节变迁不断变化的昼夜长短。

　　但是人们认为这还是不够的。在东汉时候，我国科学家张衡做了一个新东西，叫浑天仪。浑天仪用滴漏滴下的水来驱动，可以反过来模拟天象。至（汉）顺帝时，张衡又制浑象，具内外规、南北极、黄赤道，列二十四气、二十八宿中外星官及日月五纬，以漏水转之于殿上室内，星中出没与天相应。因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月虚盈，依历开落。

　　这个浑天仪能够模拟星星升落，还可以显示当日月亮盈亏。可以说非常66666了。张衡以后，我国很多科学家都开始制作类似的天文钟——当时一般叫浑象的。历代浑象一览

　　说是浑象，其实本质都是天文钟，都可以模拟天象和报时。一行所做的开元水运浑象能看年月，有击鼓报时装置。张思训的太平浑仪还能报昼夜长度，苏颂的水运仪象台就更是此类天文钟的巅峰了，能报时间、更点、星辰出没等等——整座仪象台高约12米，宽约7米，生生做成了一座小楼。

　　伽利略发现摆的等时性之后，新的形式的钟表得以出现，但是人们对制作一个全能型机器报年月日的热情并没有消退，不过引领风骚的由东方变为了西方。

　　西方有各种盘面复杂的天文钟——最有名的无疑是布拉格的那一个。布拉格天文钟

　　布拉格的天文钟在1410年由钟表师傅Mikuláš of Kadaň和Jan Šindel制作，后者是查理大学的数学和天文学教授。第一个提到布拉格天文钟的记载是在1410年10月9日。大约在1490年，天文钟加了日历表盘，外观上加了歌德式的雕塑。

　　天文钟通过复杂的刻度、指针以及内部的齿轮结构，可以直接读出年月日和一些恒星、星座位置。

　　布拉格天文钟包括三个主要部分：天文钟面，代表太阳和月亮在天空中的方位，显示各种天文资料；“行走的使徒”，每小时显示使徒和其他移动雕塑；下部的日历盘代表月份。天文钟盘面具体使用方法可以看我以前的答案：天文钟的盘面怎么看？

　　说实话，靠指针和表盘看日月年啥的确实不是很方便，而且表盘真的太乱了。几百年后，人们也是终于想明白了，干脆拆成万年历显示多省事……

　　时至今日，不少钟表都可以实实在在的显示万年历，除了复古风没人用老式天文钟的指针系统了。还记得被天文钟表盘支配的恐惧吗？

　　易读性简直没法比……

　　再往后，我们有了手机……均时差

　　精密钟表发展迅速，在有些方面，就比较尴尬了——钟表太准，人们发现以前赖以授时的尺子，也就是日月星辰等天体，好像也不是很准。

　　机械的钟表要取代已经为人类服务了数个世纪的日晷已经事在必行，然而由日晷读出的时间居然和钟表读出的不一样！为了区别时钟的时间和日晷的时间，人们不得不规定出两个概念：视太阳时（或真太阳时）是经由日晷显示的太阳时，而“平太阳时”是由钟表显示的平均时间。前者可以比后者的快16分33秒（大约在11月3日）或慢14分6秒（大约在2月12日）。这是因为地球的公转轨道不是正圆，二是因为黄道与赤道之间存在一定的夹角。

　　从1834年起，因为大多数的船舶都有了准确的计时器，所有的时间显示改用平太阳时。只有在需要视太阳时的特殊观测场合，则用一个叫均时差的东西修正。均时差变化

　　也许题主现在看时间都是只看平太阳时了，但是就真的没有均时差的用武之地了么？不是的。你看这张照片：

　　这是在固定时间——当然是平太阳时——拍摄的照片，因为真太阳时有时候快有时候慢，一年之中就形成了这样的叫做“日行迹”或者“8字线”的东西。很多摄影爱好者喜欢拍，不过太麻烦了，要拍一年才能出效果图。这也许可以算是天文学的一个在生活中偏门的应用吧。

　　相比之下，诸如通过月相变化判断潮汐、通过节气（太阳运行或者说，地球公转）判断季节以进行耕作等天文学的应用，实在是太基础和日常了。不再赘述。