古人测一年时间 圭表的组成与使用方法

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前面我们认识了日晷，知道了它是古代测量时间的仪器，现在我们再来认识另外一种古代测量节气的仪器---圭表。（图一）




中国古代最早使用的计时工具称为圭表。它由两部分组成，垂直立于平地上的标杆称为表，南北方向平放的测影尺称为圭，两者以直角相接。周朝时期，周公在河南登封（34°N）“垒土为圭，立木为表，测日影，定四时”，通过观测一年中每天正午投在地上的影子长度变化来测量二十四节气。
那为什么人们利用圭表可以确定节气？由于地球公转时，太阳直射点的南北移动，同一地点正午的表影长度在一年之内做周期性的变化，因此根据表影长度变化规律，就可以确定二十四节气。但是圭表只适合北回归线及其以北的地区，而且受圭表的精确度及天气状况等影响较大。（图二）




一年中，冬至日正午太阳高度最低，杆影最长，夏至日太阳高度最高，杆影最短。圭表测影法先测出冬至日，是因为冬至时影子最长，其相邻几天的影长变化最为明显，更利于观测记录。这说明太阳高度变化幅度相同时，杆影的变化幅度不同，正午太阳高度小的时段，影长变化幅度大。
有的圭表在原先的基础上有些改变，但大体相同。（图三）


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。（图四）



圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器。它们都是我国古代劳动人民智慧的结晶。