圭表测日影，圭表的作用与二十四节气

太阳升到天空时，明亮耀眼，旁边也没有什么参照物，于是人们发现了太阳光照在物体上时总有阴面和阳面，地上还会留下影子，而且这种影子随着太阳的移动也在变化着。据目前我们能够看到的资料记载，古人至少在公元前7世纪就已开始采用“立杆测影”的方法来测量太阳了。《周礼》一书中记录了土圭测日影的情况。“土圭见有五寸，以至日”“日至之景，尺有五寸”，都是对夏至日杆影长度的记录，这和我们现代测定的尺寸相一致。

古人测日月星辰，是有许多难度的。古语说“天有不测风云”，当你仰头看星斗时，遇到阴天乌云，黑灯瞎火，就只好等来日。当你立好杆子备好尺子准备测量杆影时，一连几个阴天，今年这个节气的测影结果就一无所获了，只有等来年再测，如果第二年测这个节气时还是阴天，那就只好再推下去了。因为天气异常，人们甚至还会产生许多离奇的猜想，认为是不祥之兆，给测量蒙上神秘的阴影。古人在了解掌握自然方面付出了极大的耐力与热忱，才使我们走到了今天这一步。

在古代，观测天体与节气的方法有若干种，天体星群离我们很遥远，而且我们是将天空分成十二等份，比如北斗星所指方位每两个节气才有一个名称，因此，在观察上有很大的余地，观测物候也因各种动植物会受到非正常天气变化的影响而产生差异，只有圭表测日影的方法精度最高。太阳照射下，杆影在午时与土（石）圭相重合的测量时间，只有短暂的几分钟，杆子高度不变、土（石）圭位置不变、测量尺寸刻度不变、每节测量时间不变，变的只有太阳照射高度和杆影的长短。这个杆影长度的变化就是测量二十四节气的重要依据。日月星辰、物候特点、圭表测影综合仝面地保证了二十四节气的科学合理性。

在河南省登封县有一座国家文物保护单位古观星台，是周朝时期周公在这里“垒土为圭，立木为表，测日影，正地中，定四时”所建立的。古观星台是利用一根直立八尺（古尺）长的杆子，观测杆子在一年四季每天中午时投在地上的影子长度的变化情况来测量节气，在天气寒冷太阳对地照射角度偏低的时候，投在地上的杆影最长的一天便被定为冬至。冬至以后杆影逐渐缩短，直至天气变暖到达杆影最短的一天，这一天被。一年四季就在杆影最长的冬至及杆影最短的夏至的范围内变化，这种测量方法称为土圭表测影（或石圭表测影）。古人利用固定尺寸的（一般为古尺八尺）杆子测绘，并用文字记载了每个节气变化的杆影尺寸，以此来界定每个节气。我们现在能够看到的元代前书籍记载的古代杆影古尺长度以河南登封测量台所测尺寸为准。由于每个节气的间隔大约十五日，所以杆影的记录长度变化也很有规律。到了元代，以郭守敬为代表的一批天文学者将八尺长的测影杆子一下加高到了四丈，整体高度加高五倍，这样就使得测量的精度大大提高，郭守敬还将测量点扩大到北纬15度至65度的范围，全国共设了27个测量点，对各地同一天所测数据的差异有了详细的记录分析，使得我国在历法及节气使用方面走在了世界的前列。

我国自古以来设立了许多观测天象的天文台，只是古称不同，有灵台、清台、天台、云台、观台、侯台、瞻星台等。现在保存下来的遗址有洛阳灵台实景、河南登封观星台、北京古观象台等。最值得一提的是，2003年在山西省襄汾县陶寺遗址，考古工作者发现了距今4100多年的世界上最早的古观象台。专家学者们经过近两年的详细观测，验证了当时的古人曾经用这座观象台观测节气的变化。这和《尚书•尧典》记载中“历象日月，敬授人时”的时间段是相符的。这些实物让我们看到古人的聪明智慧，这也是我们中华民族的骄傲。

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