圭表如何计时?古代人利用圭表是如何计时的?

Question

圭表如何计时?
古代人利用圭表是如何计时的?

Answer 1

圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成.
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节气和一年的长度.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.
在现存的河南登封观星台上,40尺的高台和128尺长的量天尺也是一个巨大的圭表.仪征铜圭表
中国现存最早的圭表 .1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土.圭表是中国古代观测天象的仪器.在不同季节 ,太阳的出没方位和正午高度不同,并有周期变化的规律.于露天将圭平置于表北面,根据圭上表影,测量、比较和标定日影的周日、周年变化,可以定方向、测时间、求出周年常数、划分季节和制定历法.所以圭表测影是中国古代天文学的主要观测手段之一.仪征铜圭表长34.5厘米 ,合汉制1.5尺,边缘上刻有尺寸单位 ；表高19.2厘米,合汉制8寸.圭、表间用枢轴连接,使之合为一体.使用时将表竖立与圭垂直；平时可将表折入圭体中留出的空档内,便于携带.根据传统的说法 ,表高为8尺 ；这一数值曾被长期沿用.该表的表高恰为8尺的1/10,说明它是一件便携式的测影仪器 ,可证明当时常设的天文台用8尺的表进行观测的说法是可信的.圭表由圭和表两部份组成：圭是平放的有刻度的尺,表是直立的标竿,置于圭的两端且与圭垂直.当太阳照着表的时候,圭上出现了表的影子,根据影子和方向和长度,就能读出时间.春秋时代已经使用圭表测量连续两次日影最长和最短之间所经历的时间,并计算出回归年的长度.
圭表多以铜制.一九六五年在江苏仪征的一座东汉中叶墓葬中出土了一件袖珍铜圭表,它由19.2厘米的表和34.39 厘米长的圭构成,圭表之间有枢轴相连,可将表平放于匣内,圭表合装一体,启合自如,携带方便,是设计家和铸造师密切配合的杰作.
圭表测时的精度是与表的长度成正比的.元代杰出的天文学家郭守敬在周公测时的地方设计并建造了一座测景台.它由一座9.46米高的高台和从台体北壁凹槽里向北平铺的长长的建筑组成,这个高台相当于坚固的表,平铺台北地面的是“量天尺”即石圭.这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高.
以圭表测时,一直延至明清,现在南京紫金山天文台的一具圭表,是明代正统年间（1437－1442年）所造的.
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.