圭表

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圭表英语:dial and gnomon),中国古代量度日影长度的天文仪器。它包括圭和表两部分,圭是正南北方向上水平放置的尺,表是直立的标竿,表放置在圭的南端,且与圭面相垂直。圭表诞生的年代已无从考证。使用圭表可定出每天正午的时刻,这时表影正好投影在圭面上。根据冬至日正午表影最长、夏至日正午表影最短,可以确定每年的冬至日和夏至日,并进而推算出1回归年的长度。为提高精度,可将当时测定的某个冬至日的日期与历史上尽可能早的某个冬至日期相比较,以这期间相隔的日数除以经历的年数,由此可以得到相当精确的回归年长度值。

周礼·大司徒》等篇所称“土圭”,即度圭(量度用圭)之意,是用玉或石制成的。汉以后改用石或铜制。圭和表互相垂直,组成圭表。根据正午时度量表影的长度可以推定二十四节气,从表影长短的周期性变化可以确定一回归年的日数。表影在正北的瞬间就是当地真太阳时的正午,可用以校正漏壶。从《周礼·考工记》可知,战国以前人们已懂得使用铅垂线来校正表的垂直,用水平面来校正圭的水平。

秦以前的表的高度,文献中没有明文记载。汉代以后一致称古代表高8尺。西汉《淮南子·天文训》提出10尺的表,以符合十进制的要求。但后世大都仍用8尺高表。只有南北朝梁大同十年(544)太史令虞邝曾在今南京用过9尺高表测影,这是少见的例外。元代郭守敬把表高增加到36尺,又在表顶上加一根架空的横梁,从梁心到圭面共40尺,这样来提高测影精度;又创制景符,以解决表高影淡的缺点,并可以测出日面中心的影长(见登封观星台)。明代邢云路曾在万历年间制60尺高表,是中国历史上最高的表。

《周礼》记载,圭长为1尺5寸,这是指便于移动的土圭。汉代记载,太初四年(前101)造的铜表高8尺,长1丈3尺,后者实指的是圭长。后世的圭长大抵差不多。郭守敬增加表高时才把圭长也相应地增加到128尺。这条长圭被称为量天尺。明代又恢复8尺高表和1丈多的长圭。清钦天监在明制表的顶上加了一截,使表高达到10尺。这时,表影在冬季会落到圭外。为此,清人在圭的另一端立了一个高3尺5寸的“小表”,相当于圭的延伸,叫立圭,使表影落在立圭上。量度这段影的高度可以推算得10尺表的表影长度(见下图)。

圭表(1439年造,陈列于南京紫金山天文台)

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