測量日影長度的天文儀器

中國科學院紫金山天文臺，位于南京市東郊紫金山第三峰。明清古代天文儀器靜靜地擺放在天文臺公園，歷經歲月滄桑，迎來了無數天文愛好者。在眾多精美的儀器中，有一種結構簡單、外觀丑陋的儀器。不如渾儀精致華麗。它沒有簡儀那么宏偉，但它是中國最古老、最具天文價值的古代天文儀器——圭表

相信大家都很熟悉立竿見影這個詞，但你知道嗎？早在3000多年前，我們的祖先就利用立竿見影的原則發(fā)明了古老的圭表。

中國自古以來就是一個農業(yè)大國，播種和收獲與季節(jié)密切相關，而且極其重要！人們可以看到和掌握一天的時間（當然，這一天必須有陽光）。那么一年有多少天呢？每天又是一年中的哪天呢？經過多年的觀察，人們發(fā)現在炎熱的夏天，太陽升得很高，白天很長，但物體的陰影在陽光下很短；相反，在寒冷的冬天，太陽升得很低，白天變短，但物體的陰影在陽光下變長。

人們在晝夜交替中提出了日的概念，從月亮的不完整變化中產生了月的概念，從寒冷和夏季的變化中產生了年的概念。用天象變化來衡量時間，并為當時的生產服務，這是歷法產生的歷史。立桿測量——用最簡單的天文儀器來研究歷法，表的發(fā)明是天文學發(fā)展的飛躍。

在中國古代，日影測量中使用的儀器是圭表。表是直立在平地上測量日影的標桿和石柱。圭是測量正南、正北方向表影長度的剛性。

紫金山天文臺現有圭表

紫金山天文臺現存的圭表是清代重建的明代銅圭表，它由兩部分組成，一部分是直立的表，另一部分是正南正北平放的圭表。與傳統(tǒng)的表高八尺不同，其表高一丈，圭面長十六尺二寸，上面有水槽，可注水檢查圭面是否水平。長度標記精美地刻在圭面上，可以輕松地讀取表影的長度。根據立竿見影的原理，通過觀察每天中午表影(日影)長度的變化，確定節(jié)氣和年齡。我們的祖先發(fā)現，一天太陽最高，表影最短，但白天最長；有一天太陽最低，表影最長，但白天最短。表面總是從最短到最長有規(guī)律地來回伸展，然后最短的夏至，最長的冬至，現在你知道為什么說：吃夏至面條，一天短線，這里短線不是指表面的長度，而是指白天的長度。

表面從最短到最長再回到最短的周期是我們目前的回歸年長。在中國古代，這種方法確定了一個回歸年的長度為365天和1/4天。與今天采用的回歸年相比，郭守敬計算的回歸年長僅為26秒，可見中國古代科學的先進程度。