[科普中國]-古人如何掌握節(jié)氣與紀(jì)年——從圭表說起

二十四節(jié)氣是中國古代勞動人民的經(jīng)驗積累和智慧結(jié)晶，對指導(dǎo)古代勞動人民掌握農(nóng)時，合理安排農(nóng)事活動具有重要的意義。據(jù)史料記載，我國在秦漢時期已經(jīng)總結(jié)出了完整的二十四節(jié)氣，而二十四節(jié)氣中的兩分、兩至日在更早的戰(zhàn)國時代已有記載。

二十四節(jié)氣是根據(jù)地球繞日公轉(zhuǎn)時在黃道（即公轉(zhuǎn)軌道面）上的位置確定的。把地球繞日軌道平均分為二十四份，每隔15°為一個節(jié)氣，始于立春，終于大寒，周而復(fù)始。

在沒有現(xiàn)代天文學(xué)知識及精密觀測儀器的情況下，古人是如何做到準(zhǔn)確確定二十四節(jié)氣的日期呢？這就要從一種簡單易行的觀測方法和一種相應(yīng)的觀測儀器說起。這種觀測方法稱為高表測影法，相應(yīng)的儀器就是圭表。所謂高表測影法，通俗的說，就是垂直于地面立一根桿，通過觀察記錄它正午時影子的長短變化來確定季節(jié)的變化。垂直于地面的直桿叫表，水平放置于地面上刻有刻度以測量影長的標(biāo)尺叫圭。

太陽每天東升西落，正午時處于最高的位置。但季節(jié)不同，正午太陽的高度也不相同，夏季時太陽高一些，冬季時低一些。

因此，我國古代勞動人民發(fā)現(xiàn)了太陽高度變化造成的物體影長變化與歲月周期變化的相關(guān)性，進(jìn)而確立了最早的幾個節(jié)氣——夏至、冬至、春分、秋分。由于我國主要位于北回歸線以北，當(dāng)正午時，太陽始終位于正南方，圭表中的圭尺朝南北方向放置，垂直的表因太陽照射形成的影子正好落在圭尺上。到了冬至日，正午太陽高度最低，影子最長；而到了夏至日，正午太陽高度最高，影子最短。經(jīng)過長期的反復(fù)觀測記錄正午日影，確定了一年中影子最長最短的位置，因此確立了夏至與冬至。

而兩次冬至或夏至之間的時間間隔，就是一個回歸年。在確定了回歸年周期之后，人們把一年的時間再二十四等分，即得出了二十四節(jié)氣，古人把這種方法叫“平氣法”。因為冬至?xí)r影子最長，其相鄰幾天的影長變化最為明顯，更利于觀測記錄。

我國古人利用冬至日間隔來計算回歸年，所測量計算的結(jié)果十分精確。而且在很長的歷史時期內(nèi)，我國所測定的回歸年時間精度一直位居世界第一。由于圭表中表的高度與測量精度呈正比，所以，在我國有一部分的圭表設(shè)計的非常高大，比如河南的登封觀星臺。

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