圭表的演进

圭表的演进

远古时的人们，日出而作，日没而息，从太阳每天有规律地东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。

最早出现的圭表当然都是表杆与土圭彼此分离的简易形制。目前所见这种圭表的最早实物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏时代的遗存，一支残长214厘米，木质髯红色漆;另一支残长171. 8厘米，木质髹青、红、黑三色漆与之配合使用的土圭有阴阳两件，知原始的计暑方法当以阴阳二圭接续相重，从而体现揆度日影以效阴阳的传统观念。而古汉字“圭”字本做二圭相重的构型，其实正是对先民立表计晷方法的客观写实。这种简易的圭表至西周晚期已发展出表座，经过进一步的改进到东周时期，形制已经相当完善。

至迟到到西汉时候，一种建置于露天的常设圭表开始出现。这类仪具以青铜制成，表高八尺，圭长一丈三尺。因其不能随意拆装，故而圭尺的长度可以延长到适合于在天地之中观测到冬至正午的影长。显然，在这样的圭表上可以方便读出一年中任何一天正午的影长数值。这种将圭与表结合为一体的一起变形成了人民习称的圭表。江苏仪征东汉墓曾经出土有这类圭表的模型，但其尺寸只有当时尺寸的十分之一。

1279年前后，元代杰出天文学家郭守敬在河南登封的告成镇设计并建造了一座测景台，即河南登封观星台，它是中国现存最早的古代天文台。整个观星台相当于一个测量日影的圭表。高耸的城楼式建筑相当于一根竖在地面的杆子，称为“表”，台下有一个类似长堤的构造，相当于测量长度的尺子，称为“圭”，也叫做量天尺。城楼式建筑上有一个高9.46米的平台，上有两间小屋，一间放漏壶，一间放浑仪，两间屋子之间还有一根横梁。地上的量天尺长31.19米，位于正北方向。每天正午，太阳光照在横梁上的影子投射在量天尺上。通过测量一年当中影子长度的变化，可以确定1年的长度。圭表测时的精度是与表的长度成正比的，这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高。