中国科学院紫金山天文台,位于南京市东郊紫金山第三峰。明清古代天文仪器静静地摆放在天文台公园,历经岁月沧桑,迎来了无数天文爱好者。在众多精美的仪器中,有一种结构简单、外观丑陋的仪器。不如浑仪精致华丽。它没有简仪那么宏伟,但它是中国最古老、最具天文价值的古代天文仪器——圭表
相信大家都很熟悉立竿见影这个词,但你知道吗?早在3000多年前,我们的祖先就利用立竿见影的原则发明了古老的圭表。
中国自古以来就是一个农业大国,播种和收获与季节密切相关,而且极其重要!人们可以看到和掌握一天的时间(当然,这一天必须有阳光)。那么一年有多少天呢?每天又是一年中的哪天呢?经过多年的观察,人们发现在炎热的夏天,太阳升得很高,白天很长,但物体的阴影在阳光下很短;相反,在寒冷的冬天,太阳升得很低,白天变短,但物体的阴影在阳光下变长。
人们在昼夜交替中提出了日的概念,从月亮的不完整变化中产生了月的概念,从寒冷和夏季的变化中产生了年的概念。用天象变化来衡量时间,并为当时的生产服务,这是历法产生的历史。立杆测量——用最简单的天文仪器来研究历法,表的发明是天文学发展的飞跃。
在中国古代,日影测量中使用的仪器是圭表。表是直立在平地上测量日影的标杆和石柱。圭是测量正南、正北方向表影长度的刚性。
紫金山天文台现有圭表
紫金山天文台现存的圭表是清代重建的明代铜圭表,它由两部分组成,一部分是直立的表,另一部分是正南正北平放的圭表。与传统的表高八尺不同,其表高一丈,圭面长十六尺二寸,上面有水槽,可注水检查圭面是否水平。长度标记精美地刻在圭面上,可以轻松地读取表影的长度。根据立竿见影的原理,通过观察每天中午表影(日影)长度的变化,确定节气和年龄。我们的祖先发现,一天太阳最高,表影最短,但白天最长;有一天太阳最低,表影最长,但白天最短。表面总是从最短到最长有规律地来回伸展,然后最短的夏至,最长的冬至,现在你知道为什么说:吃夏至面条,一天短线,这里短线不是指表面的长度,而是指白天的长度。
表面从最短到最长再回到最短的周期是我们目前的回归年长。在中国古代,这种方法确定了一个回归年的长度为365天和1/4天。与今天采用的回归年相比,郭守敬计算的回归年长仅为26秒,可见中国古代科学的先进程度。