來源頭條作者:寒蕭99

人類自從數(shù)千年前進入文明時期開始，就對天上的日月星辰開始了觀察，從而誕生了早期天文學(xué)，所以說天文學(xué)是人類科學(xué)中出現(xiàn)最早的學(xué)科之一。

在對日月星辰的觀察中，最為矚目的當(dāng)然是太陽了，太陽給大地帶來了光明和溫度，人們很早就知道了太陽的重要性。因此，無論在哪個人類早期文明中，太陽的地位都是最為崇高的。

對太陽的觀測，成為了各個文明最重要的天文觀測之一，由于太陽有規(guī)律的運動，成為人們最早用來計時的自然標(biāo)準(zhǔn)。

我國古代常用的計時儀器就是圭表和日晷了，這兩者都以太陽為觀測對象，其中圭表最為簡單，其出現(xiàn)年代很早，根據(jù)現(xiàn)代考古發(fā)現(xiàn)，在大約4000年前的陶寺遺址時期，就已經(jīng)使用了這樣的方法了。

陶寺遺址中的古觀象臺

通常來說，圭表是由表發(fā)展而來，而日晷又是由圭表發(fā)展而來的。

表的最初形態(tài)就是一根樹立在平地上的桿子或者石柱，古書中所謂的竿、髀、碑、槷（音聶）、臬等字都有類似的含義。在遠古時代，人們發(fā)現(xiàn)物體在陽光的照射下會投下影子，而影子的方向和長短會隨著太陽位置的變化而有規(guī)律的變化著。隨著人們對這種規(guī)律的熟悉，逐漸想到用竹竿或者石柱作為專用物品來觀察影子的變化。這樣，就產(chǎn)生了最古老的天文儀器，表。

表的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但卻很有用。古人根據(jù)表投下的影子的長短和方向，可以確定方向、節(jié)氣、時刻、地域等，后來慢慢由表發(fā)展處多種的儀器和觀測方法，其中包括根據(jù)正午時表影的長度變化定節(jié)氣和年長的圭表，利用一日之內(nèi)表影的方向變化定時刻的日晷等等。

圭表作為計時儀器，是由表和一個正南北方向平放的尺組成的，平放的尺叫做"圭"，與表相互垂直，組成圭表。最初的圭表是分開的，人們立桿為表，然后用一種叫做"土圭"的量度工具來測量影子長度。后來發(fā)現(xiàn)，在中原地區(qū)，正午時分表影總是投射在表的正北方，所以人們就用與表同樣的材料制作了一個平板，一頭放在表下面，向北延伸，并在平板上刻鑿尺寸這樣，正午時表影投射到平板上，就可以直接讀出表影的長度值了。因為這個平板起到了土圭的作用，所以人們就把這個平板叫做土圭或者圭。

圭表的結(jié)構(gòu)

我們的祖先很早就發(fā)現(xiàn)夏至那天正午表影最短，冬至?xí)r最長，古人將這一天稱為"至日"，在甲骨文中已經(jīng)有了記載。我國古代就是根據(jù)正午時分表影的長短來定至日和節(jié)氣，從而測定年長。大約在春秋中期，利用圭表測量日影，就成為歷法工作中的重要手段了。利用這種方法測量出的回歸年長度為364又1/4日，公元前五世紀出現(xiàn)的四分歷，就是以這個數(shù)值作為基本數(shù)據(jù)的。

古代使用的圭表，一般高為八尺，這個標(biāo)準(zhǔn)大約形成于周代，而周代的一尺為23.1厘米，八尺也就是184.8厘米。在歷史上還有過九尺和十尺的高表，但在元代郭守敬之前的圭表，大部分都是八尺高。

而郭守敬時期，對圭表的高度做了革新，他將表身高度增加到4丈，這樣減少了相對誤差，提高了觀測精度。而到了明代萬歷年間，天文學(xué)家邢云路在蘭州建造了6丈木質(zhì)高表，堪稱空前絕后。在其《戊申立春考證》一書中，提出一回歸年的長度為365.242190日，與現(xiàn)代數(shù)值365.2422高度吻合。

盡管我國歷代制造了眾多的圭表，但保存到現(xiàn)代的卻是很稀少，比較有名的是1965年在江蘇石碑村1號東漢墓出土的一件袖珍銅圭表。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(nèi)，便于攜帶。

漢代袖珍圭表

1977年，考古學(xué)家在安徽阜陽西漢汝陰侯夏侯灶墓中發(fā)現(xiàn)了一件漆器，經(jīng)過多年研究確認，這是一件西漢時期的圭表，因夏侯灶下葬年代為漢文帝十五年，也就是公元前165年，因此這件圭表是確定年代的最早的圭表。

已發(fā)現(xiàn)最早的西漢圭表

另外，河南登封的觀星臺，就是郭守敬建造的4丈圭表的模式，而南京紫金山天文臺和北京古觀象臺都保存著明清時期的銅制圭表。

登封觀星臺

說完圭表，我們再說下我們比較熟悉的另外一種古代計時儀器，日晷。

日晷起源于圭表，是由圭表演變而來的，日晷主要是用來定時刻的一種計時儀器。我們從前文對圭表的介紹中可知，一年之中，正午時表影每天長短是不同的，這是由于地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)造成的變化。因此用圭表測量正午時分的表影長度可以定節(jié)氣，定年長。而一天之內(nèi)，表影的方位和長度也是在變化的，這是由地球的自轉(zhuǎn)造成的，而日晷就是利用表影的方位變化來測定每天時刻的。

日晷的主要部件是一根表（在這里稱為晷針）和刻有時刻線的晷面組成，日晷按照晷面放置的位置不同，可以分為地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷等。最常見的是赤道日晷和地平日晷，在故宮博物館和北京天文館就可以看到。

日晷的基本原理

我國傳統(tǒng)的日晷是赤道日晷，這種日晷是將一根指針裝在一個石制圓盤的中心，指針垂直于晷面，晷面裝在一個石臺上，南高北低，使其平行于赤道面。這樣，指針上端正指著北天極，下端正指著南天極。換句話說，日晷的指針和地球自轉(zhuǎn)軸的方向是平行的，在晷面兩面均布各刻有十二時辰。太陽正午時，晷針的影子正好落在正北方向上，也就是午時，每年春分以后看盤上面的影子，秋分以后看盤下面的影子。

赤道式日晷正面

赤道式日晷背面

而地平日晷與赤道日晷的區(qū)別在于晷面是水平放置的，而晷針則不垂直于晷面，而是呈傾斜狀指向北天極，晷針與晷面之間的夾角，真好是北極星的地平高度角，也可以說是當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取Ａ硗猓枰f明的是，晷面上的刻度也不是均分的。

地平式日晷

目前發(fā)現(xiàn)的最早的日晷是清光緒23年在內(nèi)蒙古托克托城和1932年在洛陽金村出土的玉盤日晷，前者現(xiàn)保存在中國歷史博物館后者收藏在加拿大安大略皇家博物館。

玉盤日晷是一尺見方的石板，中央有一個圓孔，圓孔外有一半徑近4寸的大圓。圓周上刻有69個淺孔，孔間距離相等，共占了圓周2/3多。每個淺孔有一條直線到中心孔，淺孔邊上有數(shù)碼，從一到六十九，順時針方向排列，以小篆體書寫。根據(jù)出土及文字判斷為秦漢時期之物。

秦漢時期玉盤日晷

玉盤日晷細節(jié)

我國最早關(guān)于日晷的文字記錄，是《隨書 天文志》中記載，開皇十四年（公元594年），鄜州（今陜西延安附近）司馬袁充發(fā)明的短影平儀，這是一種地平日晷，晷面圓周均分為十二辰。據(jù)記載，司馬袁充利用這個日晷和漏壺相比較，求出冬至、夏至、春分、秋分時太陽移動一辰的漏刻數(shù)，發(fā)現(xiàn)太陽在晷面上每移動一辰而得到的漏刻數(shù)相差懸殊。

因此，他根據(jù)這個發(fā)現(xiàn)上奏朝廷，建議用不均勻的時辰刻度來代替原來均勻的漏刻，但未被采納。其實，這一發(fā)現(xiàn)充分證明了地平日晷的刻度劃分應(yīng)該是不均勻的，只是古代這方面發(fā)展緩慢，沒有得到重視。

而關(guān)于赤道日晷的可靠文字記錄，最早見于南宋曾敏行所著的《獨醒雜志》卷二，記載了他的族人曾瞻民所制作的赤道日晷。

獨醒雜志

而我們出土的秦漢時期的玉盤日晷，也是一種赤道日晷，但是古代對日晷的記載很少，所以最早的文字記錄只有南宋。而清代天文學(xué)家梅文鼎也曾提到過他的家鄉(xiāng)有一具唐代的赤道日晷，但是我們尚未在唐代的文獻中找到記錄。

在歷史的長河中，有太多的東西失落了，但是盡管如此，我們還是可以看到古人的智慧，看到華夏民族輝煌的古代文明。