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古代日晷圖片,中國古代的計時儀器-圭表和日晷

抖帥宮 869 2023-08-06

古代日晷圖片,中國古代的計時儀器-圭表和日晷-第1張-觀點-玄機(jī)派

來源頭條作者:寒蕭99

人類自從數(shù)千年前進(jìn)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(yuǎn)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(jì)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(rèn),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(xì)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(xiàn)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。

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