圭表——度量日影长度的天文仪器

我要发布     发布日期:2020-09-15 13:58:48  来源:科普中国  作者:原理君
核心提示:圭表,是度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成。“表”就是直立于平地上测日影的标杆和石柱。“圭”则是正南正北方向平放的测定表影长度的刻板。

  著名的中国科学院紫金山天文台,位于南京市东郊风景秀丽的紫金山第三峰上。在天文台园区内静静的摆放着饱经岁月沧桑的明清古代天文仪器,它们迎来送往着无数慕名而来的天文爱好者。在众多的精美仪器中,有这么一件仪器,它结构简单,其貌不扬。既不如浑仪之精美华丽。也不如简仪之庞大宏伟,但它却是中国最古老,亦极具天文价值的古天文仪器——圭表


  “立竿见影”这个词语,相信大家耳熟能详,可你知道吗?早在3000多年前,我们的祖先就是利用立竿见影的原理,发明了古老的圭表。


  自古以来中国就是一个农业大国,播种和收割都和季节息息相关,而且极为重要!日晷的发明使得人们可以看出和掌握一天白天的时间(当然这天一定要有阳光)。那么一年究竟有多少天?每天又是一年中的哪天呢?经过长年累月地观察,人们发现炎热的夏天,太阳升的很高白天很长,可是阳光下物体影子却很短;相反,寒冷的冬天,太阳升的低白天变短,可是阳光下物体的影子却变长了。


  人们在昼夜交替中提出了“日”的概念,从月亮的圆缺变化中产生了“月”的概念,又从寒暑变迁中产生了“年”的概念。用天象变化计量时间并服务于当时的生产,这就是历法产生的历史。立杆测影——用最简单的天文仪器来研究历法,圭表的发明,是天文学发展的一次飞跃。


  我国古代测日影时所用的仪器就是“圭表”。“表”就是直立于平地上测日影的标杆和石柱。“圭”则是正南正北方向平放的测定表影长度的刻板。


现存在紫金山天文台的圭表


  现存于紫金山天文台的圭表是清代重修的明代铜圭表,它由两部分组成,一是直立的表,二是正南正北平放的圭。与传统的表高八尺不同,其表高为一丈,圭面长十六尺二寸,其上有水槽,可以注水来检查圭面是否水平。在圭面上精致地刻有长度标记,可以方便地读取表影的长度。根据立竿见影的原理,通过观测每天正午时分表影(日影)长度的变化,确定节气和年长。我们祖先发现在一年中有那么一天太阳最高,表影最短,但白天却最长;有那么一天太阳最低,表影最长,但白天却最短。表影总是从最短到最长之间有规律的来回伸缩,后来就将表影最短的那天定为夏至,表影最长的那天定位冬至,现在你知道为什么俗语说:“吃了夏至面,一天短一线”了吧,这里的短一线不是指的表影的长度,而是指的白天的时间长度。


  表影从最短到最长再回到最短的一个周期,就是我们现在的一个回归年长度。我国古代就用这种方法测定出一个回归年的长度为365天又1/4日。当年郭守敬所测算的回归年长度和现今采用的回归年长度相比较仅差26秒,可见我国古代科学的先进程度。

 
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