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[长春光机所]古人的智慧|我们的圭表
资料来源:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所  徐白冰

  “圭表”作为第三位的【科学发现与创造】,是古代汉族科学家发明的度量日影长度的一种天文仪器。由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱,叫做表;正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,叫做圭。

  远古时的人们,日出而作,日没而息,从太阳每天有规律地东升西落,直观地感觉到了太阳与时间的关系,开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载,三千年前,西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器,称为圭表。这当为世界上最早的计时器。
  和日晷一样,圭表的应用原理同样来自于光的直线传播性质。

  很早以前,人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子,这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化,这根立竿或立柱就叫做“表”;用一把尺子测量表影的长度和方向,则可知道时辰。后来,发现正午时的表影总是投向正北方向,就把石板制成的尺子平铺在地面上,与立表垂直,尺子的一头连着表基,另一头则伸向正北方向,这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上,古人就能直接读出表影的长度值。

  经过长期观测,古人不仅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年内夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦阳斜射,表影则最长。

  于是,古人就以正午时的表影长度来确定季节和一年的长度。譬如,连续两次测得表影的最长值,这两次最长值相隔的天数,就是一年的时间长度,难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。

  通过进一步研究计算,古代汉族学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度。利用圭表和日晷,人们将每年日影最长定为“日至”(又称日长至、长至、冬至),日影最短为“日短至”(又称短至、夏至)。在春秋两季各有一天的昼夜时间长短相等,便定为“春分”和“秋分”。在商朝时只有四个节气;到了周朝时发展到了八个;至秦汉年间,二十四节气已完全确立。公元前104年,由落下闳、邓平等制定的《太初历》,正式把二十四节气订于历法,明确了二十四节气的天文位置。

  这样,圭表不仅可以用来制定节令,而且还可以用来在历书中排出未来的阳历年以及二十四个二节令的日期,作为指导汉族劳动人民农事活动的重要依据。

  古人的智慧果然让人叹为观止!

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