【科普】中國古代天文儀器—圭表

科學在中國古代就很發達了，上至天文下至地理，在世界史上都留下了很濃重的一筆。在很多方面，我國古代的科學研究甚至要比西方要早幾百甚至上千年。比如在天文記錄方面，以現代人熟知的M1蟹狀星雲爲例，最早的記錄出自中國的天文學家，公元1054年的七月，中國的一位名叫楊惟德的官員，向皇帝奏報了天空中出現了一顆『客星』。這就是歷史記載中的『天關客星。』比西方的記錄早了近700年。

當然，除了這些，我國古代天文學還有其他很多成就，比如今天要說的主角——圭表。

圭表也叫土圭，是我國古代用來測量日影長度以定方向、節氣和時刻的天文儀器。
它的創製年代已不可考，可能早在商周時期就已使用。它由兩部分組成，垂直立於平地上的標杆稱爲表，南北方向平放的測影尺稱爲圭，兩者以直角相接。由於圭爲南北方向，當太陽自東向西運動時，只有正午時分，表的影子才會正好投射至圭上。此外，由於地球公轉時，北半球陽光直射點的南北移動，同一地點每天正午的表影長度都不相同。根據表影長度變化規律，就可以知曉一年的時長和二十四節氣的位置。

經過長期觀測，漢族人民不僅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年內夏至日的正午，烈日高照，表影最短;冬至日的正午，煦陽斜射，表影則最長。於是，漢族勞動人民就以正午時的表影長度來確定節氣和一年的長度。譬如，連續兩次測得表影的最長值，這兩次最長值相隔的天數，就是一年的時間長度，難怪古代漢族人民早就知道一年等於365天多的數值。春秋時代使用圭表測量連續兩次日影最長和最短之間所經歷的時間，並計算出回歸年的長度。

1965年在江蘇儀徵石碑村1號東漢墓出土了一件袖珍銅圭表。圭長34.5厘米 ，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位 ;表高19.2厘米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使之合爲一體。使用時將表豎立與圭垂直;平時可將表折入圭體中留出的空檔內，便於攜帶。是設計家和鑄造師密切配合的傑作。根據傳統的說法，表高爲8尺;這一數值曾被長期沿用。該表的表高恰爲8尺的1/10，說明它是一件可攜式的測影儀器 ，可證明當時常設的天文台用8尺的表進行觀測的說法是可信的。

1279年前後，元代傑出天文學家郭守敬在河南登封的告成鎮設計並建造了一座測景台，即河南登封觀星台，它是中國現存最早的古代天文台。整個觀星台相當於一個測量日影的圭表。高聳的城樓式建築相當於一根豎在地面的杆子，稱爲"表"，台下有一個類似長堤的構造，相當於測量長度的尺子，稱爲"圭"，也叫做量天尺。城樓式建築上有一個高9.46米的平台，上有兩間小屋，一間放漏壺，一間放渾儀，兩間屋子之間還有一根橫梁。地上的量天尺長31.19米，位於正北方向。每天正午，太陽光照在橫梁上的影子投射在量天尺上。通過測量一年當中影子長度的變化，可以確定1年的長度。圭表測時的精度是與表的長度成正比的，這個碩大的"圭表"使測量精度大大提高。

也許你還不知道，日晷也是在圭表的基本上發展起來的呢。

好，了解了這麼多，現在你們明白了圭表的作用了吧？

在山西臨汾陶寺遺址考古出土了4000年前的圭表，在堯舜時代就有了。