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古人的智慧 我們的圭表

「圭表」作為第三位的【科學發現與創造】,是古代漢族科學家發明的度量日影長度的一種天文儀器。由「圭」和「表」兩個部件組成。直立於平地上測日影的標杆和石柱,叫做表;正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫做圭。

遠古時的人們,日出而作,日沒而息,從太陽每天有規律地東升西落,直觀地感覺到了太陽與時間的關係,開始以太陽在天空中的位置來確定時間。但這很難精確。據記載,三千年前,西周丞相周公旦在河南登封縣設置過一種以測定日影長度來確定時間的儀器,稱為圭表。這當為世界上最早的計時器。

和日晷一樣,圭表的應用原理同樣來自於光的直線傳播性質。

很早以前,人們發現房屋、樹木等物在太陽光照射下會投出影子,這些影子的變化有一定的規律。於是便在平地上直立一根竿子或石柱來觀察影子的變化,這根立竿或立柱就叫做「表」;用一把尺子測量表影的長度和方向,則可知道時辰。後來,發現正午時的表影總是投向正北方向,就把石板製成的尺子平鋪在地面上,與立表垂直,尺子的一頭連着表基,另一頭則伸向正北方向,這把用石板製成的尺子叫「圭」。正午時表影投在石板上,古人就能直接讀出表影的長度值。

經過長期觀測,古人不僅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年內夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦陽斜射,表影則最長。

於是,古人就以正午時的表影長度來確定季節和一年的長度。譬如,連續兩次測得表影的最長值,這兩次最長值相隔的天數,就是一年的時間長度,難怪我國古人早就知道一年等於365天多的數值。

通過進一步研究計算,古代漢族學者還掌握了二十四節氣的圭表日影長度。利用圭表和日晷,人們將每年日影最長定為「日至」(又稱日長至、長至、冬至),日影最短為「日短至」(又稱短至、夏至)。在春秋兩季各有一天的晝夜時間長短相等,便定為「春分」和「秋分」。在商朝時只有四個節氣;到了周朝時發展到了八個;至秦漢年間,二十四節氣已完全確立。公元前104年,由落下閎、鄧平等制定的《太初曆》,正式把二十四節氣訂於曆法,明確了二十四節氣的天文位置。

這樣,圭表不僅可以用來制定節令,而且還可以用來在曆書中排出未來的陽曆年以及二十四個二節令的日期,作為指導漢族勞動人民農事活動的重要依據。

古人的智慧果然讓人嘆為觀止!

責任編輯: 王和  來源:中國科普博覽 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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