月晷、星晷怎么用？ 简明杰，天文/KSP/观星 多！图！预！警！ 为了回答这个问题我特意在最热的那天跑去了北京古观象台看了看月晷和下面的介绍，然而并没有什么用。拍了几张照片，回来又看了看论文，大致搞清楚了月晷是怎么使用的，下面来说说。 主要参考的是这篇论文明清月晷星晷结构考，有兴趣的同学可以去看看。 0. 各种各样的晷 晷肯定不止一种，常见的有： ……咳咳，常见的有日晷，不那么常见的有月晷和星晷。那晷是干嘛的？前人用来显示时间的。那为什么晷能显示时间呢？这就涉及到晷的原理了。 1.晷的原理 我们都知道太阳东升西落，早上大概 6 点在东方升起来，下午大概 18 点在西方落下去，比如下图的黄色实线： 显然中午 12 点就是太阳最高的时候（实际上我们也是这么定义的）。机智的古人发现太阳的运动轨迹之后，想到了：太阳一天走一圈，刚好是 24 小时，这不就是一个很好的表盘嘛，就像这样： （注意红色的时间标志） 但是因为地球公转轨道不是严格的正圆，导致了每天太阳的不严格在同一个时间到达当地子午线（也就是最高的地方）。世上的事物总是不完美的嘛，要是太阳这个表完全准确我们也就用不到铯原子了。这个因素带来的误差最大可以达到 8 分钟，也就是平常说的太阳 8 字两侧对应的时间。 （同一时刻不同日期太阳所在的位置，8 字就是我们平常所用的时间和太阳在天球上运动的差异所造成的） 虽然对于现代物理和天文实验来说 8 分钟的时间测量误差足以被拉出去强 x10 分钟（如果南北两个 LIGO 测出同一事件差了 8 分钟那应该真是人为信号了 233），但是对于以前以农业为主的生活来说问题不大，所以我们忽略了这 8 分钟的误差，直接以每天太阳的位置来标志时间，也就是日晷形成的影子，也就是日晷。 2.月晷和星晷 既然这 8 分钟的误差可以被忽略，那为什么我还要花这么多口舌去描述它呢？ 因为晚上没有太阳（废话） 那怎么办呢？我们还有月亮。反正都是个球，都有光，晷针估计还能用一下。但是，就像市长不等于市委书记一样，月亮当然不能当太阳使： 在图中能看到的是月球看起来的位置跟太阳并不总是在同一方向上：新月的时候大致在同一方向（但是我们看不见），上弦月的时候跟太阳差了 90°，而满月的时候直接跑到了太阳的反方向。所以如果要用月亮来指示时间，就要通过知道当天的农历日期在晷盘上作出补偿，使得月晷能间接指示太阳的方向。因为月亮是逆时针（从北往南看）绕着地球公转的，所以我们在得知月亮的方向之后顺时针作出补偿就可以了。具体的补偿值也很简单，初一 0°初七 90°十五 180°，以此类推就好。 实际上也就是在月晷、星晷的情况下，指示物和时间的差异远不止 8 分钟，所以我们必须让晷的时间盘或者指针转动一个角度以补偿这个差异，才使得指示的时间是准确的。 当然说起来容易做起来难，我们具体说说月晷和星晷应该怎么用： 这是北京古观象台的月晷 月晷由地盘（不可旋转）、天盘（可以旋转）和游表（也叫月引）组成，通过旋转天盘补偿月球的运动。摆放方式跟日晷一样，正面中心朝向北天极，晷面与天赤道平行。 第一种月晷是这样的（早型月晷）： 地盘（橙色）上刻农历日期，从初一到三十（简单起见只标了 8 个日期），按照月亮一个月在天球上的运动方向逆时针排列；天盘（蓝色）上刻时刻，从子时到亥时，按照月亮每天随天球东升西落的方向顺时针排列。使用的时候让子时的那个三角形（术语叫“时引”）指向当天农历日期（如上图为初一），然后月引（那个橙色箭头）指向月亮的位置，此时月引指向的时盘时刻就是时间了。上图显示的时间是初一，太阳在头顶方向，而初一月亮跟太阳基本上在同一方向，所以这个时候蓝色的时盘基本上跟日晷的位置相同，只不过日晷影子投影在下方，月引箭头指着上方，所以子时和午时倒了过来而已。来看看另外一个例子： 此时农历是初八左右，月亮还在同一个位置，但是太阳已经在西边了（其实是因为月亮在这七天里逆时针方向跑了约 90°）。月引的方向并没有变，但是时引指向了初八，所以月引指向了午时 6 个小时后的酉时。早型月晷就通过转动时引（蓝色箭头）的方式补偿月亮的运动。 但是这种设计将时盘放在中间，日晷如果不大的话时盘的字没那么容易看清，而且为了和日晷统一（其实我觉得没必要），方便做日月合晷，就有了另一种月晷（晚型月晷）： 晚型月晷地盘是时盘（蓝色、固定），天盘是日期盘（橙色、可旋转），日期盘的“初一”位置有一个箭头。使用的时候先让月引指向当天日期，然后将月引与日期盘固定（中间有螺钉），将月引指向月亮，这个时候初一箭头所指的位置就是当时的时间。晚型月晷的操作复杂一点，角度的补偿也稍微绕一点。还是拿初八做第二个例子： 这个时候时盘没有移动，月引也没有移动（因为月亮没有动），但是日期盘的橙色箭头跟着太阳动了。实际上晚型月晷就是让当天农历日期指向月亮，读初一位置对应的读数，因为初一到当天农历日期的夹角就是月亮比太阳多出来的角度。 关于月晷的最后一点是月引： 因为月亮通过晷针形成的影子不清晰（不过我没具体看过，不确定），所以月引设计成了后端有个圆圈的形状，当圆圈前方把所有的月光挡住，圆圈内没有光亮的时候，月引就正对月亮了。这也是月晷的时盘跟日晷相差 180°的原因。 中场问题：已知北京古观象台的月晷是晚型月晷，请问哪些地方制作错了？ （我就不吐槽月晷天盘不能转的问题了，制作者请面壁） 3.星晷 什么没有月亮的晚上也要测时间？臣妾……想想办法去吧…… 在还没有雾霾的时代，天上的星可能比月亮还要常见，所以星晷就是利用某颗恒星或者某些恒星的连线或者直接利用星图代替月亮的作用测时间的。常用的目标星是北极星和帝星（小熊座β）： （Kochab！） 只要明白了月晷的原理星晷的原理和使用方法也能明确。与早型月晷类似，“早型星晷”构造基本相同，除了因为太阳一年绕地球一圈使得目标星逐渐落后于太阳而不是像月亮一样每天提早，所以地盘（日期盘）要改为顺时针；有的时候目标性比较靠近北天极，所以要从晷的南面看，南面的刻度方向要与北面的相反而已。 “晚型星晷”也与晚型月晷类似，地盘为时盘，子时在正下方，从北往南看地盘顺时针排列、天盘（日期盘）逆时针排列，使用的时候将盘中开缝对准目标星，当天节气所对应的时间就是当时的时间了。 （姑且还是放个例子吧，这次问题不大，但是地盘的子时位置还是放错了……） 实际上现在我们用的活动星图原理跟晚型星晷一模一样，只不过我们平常是已知时间日期求当时星空，星晷是已知日期星空求当时时间而已。 （地盘是日期盘 + 星空，天盘是时盘；发现自己有一个同系列的南天星图） 4.还能有晷吗？ 当然可以。只要知道会合周期，通过几次观测校准零点，行星晷、彗星晷、小行星晷都可以做给你看。只不过彗星晷因为彗星的公转轨道很椭，刻度肯定是不均匀的。 阅读原文
