測(cè)量日影長(zhǎng)度的天文儀器

中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)，位于南京市東郊紫金山第三峰。明清古代天文儀器靜靜地?cái)[放在天文臺(tái)公園，歷經(jīng)歲月滄桑，迎來(lái)了無(wú)數(shù)天文愛好者。在眾多精美的儀器中，有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外觀丑陋的儀器。不如渾儀精致華麗。它沒有簡(jiǎn)儀那么宏偉，但它是中國(guó)最古老、最具天文價(jià)值的古代天文儀器——圭表

相信大家都很熟悉立竿見影這個(gè)詞，但你知道嗎？早在3000多年前，我們的祖先就利用立竿見影的原則發(fā)明了古老的圭表。

中國(guó)自古以來(lái)就是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，播種和收獲與季節(jié)密切相關(guān)，而且極其重要！人們可以看到和掌握一天的時(shí)間（當(dāng)然，這一天必須有陽(yáng)光）。那么一年有多少天呢？每天又是一年中的哪天呢？經(jīng)過(guò)多年的觀察，人們發(fā)現(xiàn)在炎熱的夏天，太陽(yáng)升得很高，白天很長(zhǎng)，但物體的陰影在陽(yáng)光下很短；相反，在寒冷的冬天，太陽(yáng)升得很低，白天變短，但物體的陰影在陽(yáng)光下變長(zhǎng)。

人們?cè)跁円菇惶嬷刑岢隽巳盏母拍?，從月亮的不完整變化中產(chǎn)生了月的概念，從寒冷和夏季的變化中產(chǎn)生了年的概念。用天象變化來(lái)衡量時(shí)間，并為當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)服務(wù)，這是歷法產(chǎn)生的歷史。立桿測(cè)量——用最簡(jiǎn)單的天文儀器來(lái)研究歷法，表的發(fā)明是天文學(xué)發(fā)展的飛躍。

在中國(guó)古代，日影測(cè)量中使用的儀器是圭表。表是直立在平地上測(cè)量日影的標(biāo)桿和石柱。圭是測(cè)量正南、正北方向表影長(zhǎng)度的剛性。

紫金山天文臺(tái)現(xiàn)有圭表

紫金山天文臺(tái)現(xiàn)存的圭表是清代重建的明代銅圭表，它由兩部分組成，一部分是直立的表，另一部分是正南正北平放的圭表。與傳統(tǒng)的表高八尺不同，其表高一丈，圭面長(zhǎng)十六尺二寸，上面有水槽，可注水檢查圭面是否水平。長(zhǎng)度標(biāo)記精美地刻在圭面上，可以輕松地讀取表影的長(zhǎng)度。根據(jù)立竿見影的原理，通過(guò)觀察每天中午表影(日影)長(zhǎng)度的變化，確定節(jié)氣和年齡。我們的祖先發(fā)現(xiàn)，一天太陽(yáng)最高，表影最短，但白天最長(zhǎng)；有一天太陽(yáng)最低，表影最長(zhǎng)，但白天最短。表面總是從最短到最長(zhǎng)有規(guī)律地來(lái)回伸展，然后最短的夏至，最長(zhǎng)的冬至，現(xiàn)在你知道為什么說(shuō)：吃夏至面條，一天短線，這里短線不是指表面的長(zhǎng)度，而是指白天的長(zhǎng)度。

表面從最短到最長(zhǎng)再回到最短的周期是我們目前的回歸年長(zhǎng)。在中國(guó)古代，這種方法確定了一個(gè)回歸年的長(zhǎng)度為365天和1/4天。與今天采用的回歸年相比，郭守敬計(jì)算的回歸年長(zhǎng)僅為26秒，可見中國(guó)古代科學(xué)的先進(jìn)程度。