一块石盘上立着一根细针，没有齿轮，也没有电池。太阳在天空中移动，针影便沿着盘面转动，落在不同刻度上。这就是日晷计时的基本办法：“日”指太阳，“晷”与日影有关；真正充当指针的，是晷针投下的影子。
常见的斜面石日晷属于赤道式日晷。它能把影子的方向变成时间，有一个容易被忽略的前提：盘面和针都要按当地的天文方位安装。
针要垂直于盘面，盘面却不平放
如果把石盘平放，再随意插一根竖杆，影子同样会变化，但不能直接套用赤道式日晷的刻度。它的关键几何关系是：晷针平行于地球自转轴，晷面平行于赤道面，因此针与盘面互相垂直。[1]
在北半球，晷针向上的一端指向北天极附近，粗略找方向时可以借助北极星。针相对水平面的仰角，约等于当地的地理纬度；盘面与水平面的夹角则是其余角。例如在北纬40°附近，针的仰角约为40°，盘面倾斜约50°。垂直于盘面，并不等于垂直于地面。[2]
方向与倾角都放对后，地球自转带来的太阳视运动，才会在盘面上形成可供读数的针影转动。
一圈刻度，怎样分出时辰
想象把一天的一整圈分成十二个时辰，依次标上子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。在通常使用的等时划分中，一个时辰对应两个现代小时；再分成“初”和“正”，就能对应二十四个小时的刻度。午初开始与午正开始相差一小时，午正对应当地的太阳正午。[2]
赤道式盘面的整圈可以等分：约15°对应一小时，30°对应一个时辰。这里的等角刻度来自盘面与地轴的关系，不能搬到所有类型的日晷上。随着太阳的时角改变，针影依次越过刻线，读出当时的太阳时间。[4]
有完整的二十四小时刻度，不表示它能在黑夜里工作。没有直射阳光，就没有清楚的针影；阴天、夜间都可能无法读数。
到了秋分，为什么要看另一面
赤道式日晷通常在盘的两面都刻有刻度。原因是太阳相对赤道的位置会随季节改变。
以北半球的这种装置为例，春分到秋分之间，太阳位于天赤道北侧，照亮盘的上面，也就是朝北的一面；秋分到次年春分之间，太阳转到天赤道南侧，改为照亮下面、朝南的一面，读数也跟着换面。分界取决于太阳赤纬的正负，不能仅凭天气冷暖或“春夏、秋冬”的日常叫法判断。[3]
在春分、秋分附近，光线几乎沿着盘面照来，普通平盘式赤道日晷的针影会变得难以辨读。这是它自身的几何限制。[2]
日晷的正午，为什么未必是手表十二点
针影到达午正刻线，表示太阳经过当地子午线，是当地的真太阳正午。影子在某幅图中指向“下方”，只是那幅图的取景和盘面朝向，不能当作所有日晷通用的读法。
手表使用统一时区的时间，而日晷首先反映所在地的太阳时间。经度不同，太阳过当地子午线的时刻就不同；太阳的周年视运动也不是完全均匀的，真太阳时与平太阳时之间还有随日期变化的均时差。因此，把日晷读数换成北京时间，还需要考虑所在地的经度和当天的均时差，而不是直接把午正当成北京时间12:00。[4]
日晷看似只是一根针和一块盘，盘面的倾角、刻线的分布、季节里换面读数的方式，却都与地球自转和公转留下的规律相连。看懂它，要同时看影子落在哪里，以及这块盘为什么这样摆放。
来源
- 筷子知道：“一缕光影行石面” ——日晷。
- 核查资料见文中编号及参考资料。