赫斯特父子日晷 (1812年)
在德比博物馆的日晷 | |
材质 | 青铜 |
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所属年代 | 1812年 |
现存于 | 英国英格兰德比博物馆 |
赫斯特父子日晷(1812年)是约翰·赫斯特的侄子在德比制作的[1],为精密日晷的一个例子,能够将显示的视地方平时转换成地方平时,其准确度可以达到分钟。现在收藏在英国英格兰德比博物馆与艺术画廊。
制造者
[编辑]怀特赫斯特家族在德比以杰出的机械制作而著名。约翰·赫斯特(1713–1788)出生在康格顿,但在他进入钟表业,成为钟表制造商后迁移到德比。 再被任命为度量衡监察员后,他搬到伦敦。他的侄子以赫斯特父子的名字继续家族的事业,这个家族事业以制造塔钟而著名[1]。
设计
[编辑]日晷的设计是基于几何学上对太阳系的理解,特别是太阳造成的影子是如何投射在平面上,在此处是水平的表面。在一年的循环中,每一天的阴影都与前一天不同,并且也与其纬度位置有关。日晷盘显示的是视地方时,所以经度不具有特别的意义。这意味著正午是太阳在一天中位于天空南方最高点的时刻,但是标准时间的正午是以太阳在另一地点,格林尼治天文台南方天空的最高点。德比在格林尼至西方 1°28'46.2"[2],所以大约在之后5分52.05秒才到达正午。其它需要考虑的点还有地球绕太阳的移动是略为椭圆的,每一天的长度和平均值都会略有不同,在每年的11月和2月的差值最大,累积可以达到16分钟[3]。这是另一个需要修正的数值,称为均时差。在人们将日晷的时间与机械的钟表时间比对之前,完全不知道有这种不同。不是忽略这种差异,就是要每天做修正,使它能与自然的周期对应,他们测量平均时间或地方平时。铁路的时间表要求固定每一天和每一天的中午,因此建立了格林尼治标准时间。当地的米德兰铁路在1848年1月开始遵循格林尼治平时[4]。
这个特制的青铜日晷被标记赫斯特父子/德比/1812,被认为是乔治·本森·斯特拉特(发明棉花纺纱机的威廉·斯特拉特年轻的兄弟) 为他在伯帕的家,乔山屋制作的[5][6]。精确的位置是北纬53°1'49.08",在格林尼至西边1°29'26.88"[7],与德比的北纬52°55'00",略有不同[2],差值为6'49"。经度则几乎完全相同,只有2秒的时间差。
晷影器
[编辑]这个日晷制作得很坚实,有著厚实的晷影器,晷影器的一个边缘是正午之前投影在盘面上的晷针[8],另一个边缘是正午之后产生阴影的晷针。晷盘未制作成完整的圆,而被晷影器的厚度分成两个对称的半圆。在这个日晷的设计,晷针相对于与盘面的角度很准确地与纬度相同,是53°1'49",这是桥山屋的纬度。晷盘的平面是理想的水平面,可以轻微的摆动以在一定的程度内调整平面的纬度[9]。晷影器的梁可以向南移动的纬度是0°6'49",或是1/10度。
晷面
[编辑]在水平日晷(也称为庭园日晷)接收投影的面是对正于地平面,而不是垂直与晷针的赤道盘面[10][11][12]。因此,阴影呈现在盘面上的转动不是均匀的,时间线之间的间隔需要依据计算[13][14]。盘面的刻画要准确,时间线要使用下面的公式来计算:
此处的λ是日晷所在地的地理纬度(也是晷针相对于地平面的角度),θ是给定的时间相对于盘面上正午时间线(这条线在晷面上永远指向真北)的角度,t是在正午之前或之后时间的数值。
计算能力
[编辑]从1到6的每条时间线,可以用下面的公式来计算。例如,在英格兰的伯帕,正午后3小时,我们填入地理纬度53.03和时间3;如果计算每个整点的时间线,这将得到如下的结果:
伯帕的日晷盘面:53.03 1小时 12.08 2小时 24.76 3小时 38.62 4小时 54.15 5小时 71.46 6小时 90.00
这个日晷的盘面是对称的,正午以前的时间线和以后的时间线玩全相同,是两两对称的镜像。同样的方式也可以计算每半小时或每分钟的时间线。由于正午的线对正南北线,不是向一侧偏移5'又54",得到的是伯帕的时间,而不是格林尼治时间[15]
均时差
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/02/Tijdvereffening-equation_of_time-en.jpg/220px-Tijdvereffening-equation_of_time-en.jpg)
重要的是,在盘上我们可以看见协助观测者改正每天均时差的一对标尺。一条标尺给出月分和日期,另一条刻出那一天的钟表时间会快或慢几分钟,标示的字是"Watch Slower, Watch Faster";4月15日是不需要转换的一天[16]。这个日晷可以读取真太阳时,也可以从太阳时转换出钟表显示的平太阳时[17]。在实用的目的上,观测者可以用这个日晷校正怀表,这种表在1812年运转得还不是很正确。到了1820年,钟表制造业已经改善了:擒纵器已经变得很普遍,并且不再需要频繁的校准。
其它功效
[编辑]另一个大约在1800年于德比制作的日晷,在2005年以1850英镑售出[18]。
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- 注解
- ^ 1.0 1.1 Glover, Stephen. Noble, Thomas , 编. History of the County of Derby. Derby: Stephen Glover. 1929: 599 [2011-06-01]. (原始内容存档于2014-07-09).
- ^ 2.0 2.1 Current local time in Derby. timeanddate.com. [2011-06-01]. (原始内容存档于2014-01-23).
- ^ Waugh 1973,第8,9,10,31页
- ^ Peter E Davies. Railway Time. GreenwichMeanTime.com. [2011-06-01]. (原始内容存档于2011-06-06).
- ^ Sundial by John Whitehurst & Sons, 1812. flickr. [2011-06-01]. (原始内容存档于2017-01-08). - Museum label
- ^ Bridge Hill House, Belper, Derbyshire, UK.. [2011-06-01]. (原始内容存档于2017-03-06).
- ^ Google Maps
- ^ Waugh 1973,第72页
- ^ Waugh 1973,第47页
- ^ Rohr 1966,第49,55页
- ^ Waugh 1973,第35,51页
- ^ Mayall & Mayall 1994,第56,99,144页
- ^ Rohr 1966,第52页
- ^ Waugh 1973,第45页
- ^ Waugh 1973,第12页
- ^ Mayall & Mayall 1938,第70页 .
- ^ Waugh 1973,第9页
- ^ Details of Lot 1913. Bamfords Auction house. 2005-09-13 [2011-06-01]. (原始内容存档于2011-09-04).
- Bibliography
- Mayall RN, Mayall MW. Sundials: Their Construction and Use 3rd. Cambridge, MA: Sky Publishing. 1938. ISBN 0-933346-71-9.
- Rohr RRJ. Sundials: History, Theory, and Practice translated by G. Godin. New York: Dover. 1996. ISBN 0-486-29139-1. Slightly amended reprint of the 1970 translation published by University of Toronto Press (Toronto). The original was published in 1965 under the title Les Cadrans solaires by Gauthier-Villars (Montrouge, France).
- Waugh AE. Sundials: Their Theory and Construction. New York: Dover Publications. 1973. ISBN 0-486-22947-5.