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第一篇　综述1

第一章　日晷的起源和发展史2

一、远古时代，日晷是如何产生的？2

1．日晷出现前，古人对时间的感受和认识2

2．日晷的产生4

二、中国日晷的历史发展7

1．中国历史上有关日晷的记载7

2．中国历史上考古出土或现存的日晷文物10

三、明末—清代西方耶稣会士来华对中国日晷发展的影响16

1．同西方耶稣会士有关的日晷论著和译著16

2．现存明末—清代期间日晷珍品的部分展示17

四、西方日晷历史梗概24

第二章　同日晷有关的天文学知识27

一、天文学常数27

1．一些常用的天文基本常数27

2．同时间有关的天文基本常数27

二、球面三角学中常用的一些公式27

1．一般球面三角形常用的公式27

2．直角三角形28

3．象限三角形28

4．窄球面三角形29

三、天球坐标及其变换29

1．天球上的主要“点”和“圈”29

2．天球坐标系31

四、地球表面坐标系34

1．地球的经纬线34

2．地球的地理坐标系35

五、地球的自转35

1．天体的周日视运动36

2．天体的中天和出没37

3．天体过卯酉圈和天体大距38

六、地球的公转39

1．地球公转的基本规律39

2．太阳视位置的变化40

3．二十四节气42

七、时间简述43

1．恒星时43

2．太阳时43

3．地方时44

4．世界时44

5．区时和北京时45

6．北京时与地方真太阳时的关系45

第三章　时间雕塑——科学与艺术的结合体46

一、科学和艺术46

1．什么是科学和艺术46

2．自然科学与艺术的比照46

3．艺术对科学的促进47

4．科学与艺术永远是相通的47

5．科学与艺术49

二、在中国历史长河中科学与艺术一直是联系在一起的51

1．《诗经》中的天文学51

2．张衡奇技伟艺，是科学与艺术的经典之作52

3．中国古代天文学与文学艺术53

4．中国古代天文学与建筑艺术54

5．郭守敬的简仪55

6．圆明园的十二生肖科学雕塑景观56

三、现代科学中科学与艺术也是紧密结合的57

1．现代物理学中的美57

2．现代天文学中的丽58

四、日晷——以“时间”为主题的科学雕塑景观66

1．何谓时间雕塑66

2．日晷——以“时间”为主题的科学雕塑景观66

3．日晷作为“时间雕塑”的三大要素67

4．以“时间”为主题的最基本要求67

5．目前国内日晷存在的一些问题68

6．漏刻——中国古代同日晷并列的“时间雕塑”68

五、2005上海国际科学与艺术展——《时间雕塑》展记述71

1．观众反响大71

2．观众评价高72

3．建设性的创议多73

4．《时间雕塑》展荣获“科学与艺术优秀作品奖”73

第四章　晷影的黑度和锐度分析论述74

一、阴影是如何形成的？75

二、晷影的反差76

1．什么是反差76

2．各种材料的不同反差值77

3．晷面使用低反差值材料的一些例子77

三、晷影的结构及其计算78

1．不同光学性质的晷面78

2．阴影结构的简单数学模型79

3．举例说明80

四、晷影强度分布81

1．晷影强度的实验测定81

2．实验测定和理论计算结果比较82

3．中国古代测影技术的杰出成就84

第五章　“时间雕塑”中数学计算方程90

一、基本的数学和天文学基础90

1．矢量分析90

2．太阳的直角坐标和球面坐标91

3．太阳的位置矢量92

4．晷针针端位置矢量B92

5．太阳针端矢量S和针端投影矢量T92

6．针端影位矢量C92

二、地平式日晷93

1．一般的地平式日晷93

2．立针式地平日晷93

三、卯酉式日晷（垂直正向南日晷）94

1．卯酉式日晷之一（一般的卯酉式日晷）94

2．卯酉式日晷之二（针式卯酉日晷）94

四、子午式日晷（垂直正向东和西日晷）95

1．垂直正向东日晷95

2．垂直正向西日晷95

五、非垂直向南、北仰斜式日晷95

1．非垂直向北仰斜式日晷96

2．非垂直向南仰斜式日晷97

六、垂直偏斜式日晷98

1．垂直正向南偏斜式日晷98

2．垂直正向东偏斜式日晷100

3．垂直正向西偏斜式日晷101

七、球面日晷101

1．球面日晷的上口环平面水平状放置101

2．球面日晷的上口环平面仰斜式放置102

八、圆柱式日晷102

九、半圆柱式日晷102

十、总结104

1．日晷晷面为平面104

2．日晷晷面为非平面104

第二篇　日晷世界——日晷种类及其造型105

第六章　赤道式日晷106

一、什么叫赤道日晷106

二、赤道日晷之特点106

1．赤道日晷的晷面平行赤道面106

2．赤道日晷晷表（即晷针）指向北天极108

3．在地球上任何纬度都可以建立赤道日晷108

三、赤道日晷之分类110

1．经典式赤道日晷110

2．浑天式赤道日晷120

3．赤道环式日晷123

4．U型赤道日晷127

5．建筑式赤道日晷127

四、赤道日晷的时差和经度改正128

1．赤道日晷的时差改正128

2．赤道日晷的经度改正129

3．一座新型的赤道环式日晷130

第七章　地平式日晷131

一、地平日晷的两个重要特征131

1．地平日晷的晷面必须严格呈水平132

2．地平日晷的晷表所在面必须位于安装点的子午面内，晷针必须指向北天极132

二、地平日晷晷面时刻线和节气线133

1．地平日晷晷面时刻线的图解法134

2．地平日晷广场时刻线的置定134

3．地平日晷时刻线的角度测定法135

4．有关时刻线的几个问题137

5．地平日晷的节气线143

三、地平日晷的经度改正和纬度调整143

1．地平日晷的经度改正143

2．地平日晷的纬度调整144

四、地平日晷的分类145

1．落地式地平日晷145

2．底座式地平日晷145

3．顶盖式地平日晷146

4．水柱式地平日晷146

5．十字形地平日晷148

6．立针式和立柱式地平日晷148

五、地平日晷的设计和安装149

1．地平日晷的设计149

2．地平日晷的安装150

第八章　垂直式日晷158

一、垂直正向日晷159

1．垂直正向南日晷（或垂直向南日晷）159

2．垂直正向北日晷163

3．针式垂直正向南日晷（针式卯酉日晷）164

4．垂直正向东和西日晷（子午日晷）166

二、垂直偏斜式日晷170

1．何谓垂直偏斜，垂直偏斜的种类170

2．垂直偏斜日晷晷面时刻线的图解法170

3．垂直偏斜日晷晷面时刻线的计算方法171

4．垂直偏斜S24°E日晷的时刻线174

5．垂直向北偏斜日晷（N24°W）174

6．垂直向北偏斜式日晷（N24°W）的极限时刻线175

7．垂直墙体偏斜角度的测定175

第九章　非垂直向北（南）仰斜式日晷176

一、向北仰斜式日晷177

1．晷表垂直于晷面177

2．晷表指向北天极177

二、向南仰斜式日晷177

三、极向式日晷178

1．什么叫极向式日晷178

2．极向日晷时刻线的图解法178

3．极向日晷时刻线的计算法178

4．极向日晷的节气线179

第十章　圆柱和半圆柱式日晷182

一、圆柱式日晷182

1．圆柱式日晷的时刻线182

2．圆柱式日晷制作和观测的几个要求183

二、半圆柱式日晷183

1．外形184

2．结构184

3．设计原理185

4．安装和调节186

5．观测方法187

6．应注意之点187

第十一章　球面（体）日晷188

一、郭守敬发明的仰仪188

1．仰仪188

2．原文的剖析188

3．中国学者对仰仪的研究和复原191

4．仰仪总论192

5．仰仪内面坐标网线的确定193

二、仰釜日晷195

1．一般论述195

2．仰釜日晷晷面线路图的测绘196

三、球体日晷197

第十二章　人晷198

一、人晷时刻点的确定198

1．椭圆的圆周198

2．时刻点的确定198

二、人站立的刻线范围的确定200

三、以中心角决定时刻点201

四、人晷与其他日晷的结合202

第十三章　组合式日晷203

一、两种类型日晷的组合203

二、三种类型日晷的组合205

三、四种类型日晷的组合206

四、五种类型日晷的组合206

五、同一类型日晷的大量组合206

第十四章　天花板反射式日晷209

一、反射镜的放置209

二、子午线的确定209

三、天花板日晷时刻线的画制210

1．用观测方法画定时刻线210

2．用计算方法画制时刻线210

四、天花板日晷节气线的测定211

五、天花板的大小同镜子至天花板距离b的关系211

六、天花板日晷的一个典型例子212

七、其他形式的反射式日晷212

第十五章　投影式日晷214

一、尖端状或球状投影式日晷214

二、圆孔状投影式日晷214

三、高耸尖端状投影式日晷217

四、午标218

1．改革儒略历和午标设施219

2．乌鲁伯格天文台子午线219

3．郭守敬观星台220

4．中科院紫金山天文台明制铜圭表223

五、奇形怪状的投影式日晷227

第十六章　纪念性日晷228

一、墓碑日晷228

二、十字形日晷229

三、星形日晷229

1．星形日晷的基本结构229

2．星尖阴影的投射规律230

3．星形日晷晷面时刻线的绘制231

第三篇　附录233

附录一 国内各省市“时间雕塑”展示234

附录二　2005上海国际科学与艺术展《时间雕塑》展示254

附录三　世界各地“时间雕塑”展示274

附录四 中国各省、市、自治区和特别行政区县以上城市纬度、经度和经度改正表362

参考文献403