测量日影长度的天文仪器

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。