[科普中國]-圭表

圭表是古代漢族科學(xué)家發(fā)明的度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成。圭表和日晷一樣，也是利用日影進(jìn)行測(cè)量的古代天文儀器，早在公元前20世紀(jì)，陶寺遺址時(shí)期，中國就開始使用了。據(jù)說，日晷還是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。圭表是測(cè)定正午的日影長度以定節(jié)令，定回歸年或陽歷年。在很長一段歷史時(shí)期內(nèi)，中國所測(cè)定的回歸年數(shù)值的準(zhǔn)確度都居世界第一。通過進(jìn)一步研究計(jì)算，古代漢族學(xué)者還掌握了二十四節(jié)氣的圭表日影長度。這樣，圭表不僅可以用來制定節(jié)令，而且還可以用來在歷書中排出未來的陽歷年以及二十四個(gè)節(jié)令的日期，作為指導(dǎo)漢族勞動(dòng)人民農(nóng)事活動(dòng)的重要依據(jù)。

基本構(gòu)造圭表直立于平地上測(cè)日影的標(biāo)桿和石柱，叫做表；正南正北方向平放的測(cè)定表影長度的刻板，叫做圭。當(dāng)太陽照著表的時(shí)候，圭上出現(xiàn)了表的影子，根據(jù)影子的方向和長度，就能讀出時(shí)間。

起源據(jù)《國語·楚語》，擷項(xiàng)“命南正重司天以屬神，命火正黎司地以屬民?！敝睾屠枋莻髡f時(shí)代的天文官，南正，是指太陽到了南方中天，現(xiàn)在認(rèn)為，南正即指冬至。古人在長期的生產(chǎn)和生活中，由于定方向和定季節(jié)的需要，經(jīng)常觀測(cè)到樹木、房屋在太陽光照耀下投下的影子，漸漸地人們發(fā)現(xiàn)影子的變化是有規(guī)律的。人們就是在這種規(guī)律中產(chǎn)生了方向和時(shí)間的概念，“南正”即是這些規(guī)律發(fā)展的結(jié)果，這是一年當(dāng)中正午日影最長的一天。經(jīng)過長期觀測(cè)樹木等的影子之后，人們便會(huì)想到在平地上直立一根竿子或石柱。這根竿子或石柱便成了早期的“表”。1

“圭”是什么?可以說人們還未解釋清楚。多數(shù)人都理解成是一件測(cè)量日影長的儀器。最初立桿測(cè)影肯定是在平整的土地上進(jìn)行，在影端畫一記號(hào)，如“X”形，再量影長，所以叫土圭。土圭源于周代，但直到漢代，它只被解釋為在地面作記號(hào)，如上文，漢代“銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸”，從這里的長和廣，可以看出土圭的存在和使用，但是，它是什么材料制成尚不清楚。即然銅表可以被造，也可以造一石圭，兩者成為相稱的配套天文儀器。就其寬度(相當(dāng)于現(xiàn)代七八寸)來說，用石或金屬造的更合理一些。當(dāng)然用土造一較堅(jiān)硬的臺(tái)子也不是不可能。之后也有銅圭、玉圭。1

演進(jìn)遠(yuǎn)古時(shí)的人們，日出而作，日沒而息，從太陽每天有規(guī)律地東升西落，直觀地感覺到了太陽與時(shí)間的關(guān)系，開始以太陽在天空中的位置來確定時(shí)間。但這很難精確。據(jù)記載，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封縣設(shè)置過一種以測(cè)定日影長度來確定時(shí)間的儀器，稱為圭表。這當(dāng)為世界上最早的計(jì)時(shí)器。

最早出現(xiàn)的圭表當(dāng)然都是表?xiàng)U與土圭彼此分離的簡易形制。目前所見這種圭表的最早實(shí)物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏時(shí)代的遺存，一支殘長214厘米，木質(zhì)髯紅色漆;另一支殘長171. 8厘米，木質(zhì)髹青、紅、黑三色漆與之配合使用的土圭有陰陽兩件，知原始的計(jì)暑方法當(dāng)以陰陽二圭接續(xù)相重，從而體現(xiàn)揆度日影以效陰陽的傳統(tǒng)觀念。而古漢字“圭”字本做二圭相重的構(gòu)型，其實(shí)正是對(duì)先民立表計(jì)晷方法的客觀寫實(shí)。這種簡易的圭表至西周晚期已發(fā)展出表座，經(jīng)過進(jìn)一步的改進(jìn)到東周時(shí)期，形制已經(jīng)相當(dāng)完善。

至遲到到西漢時(shí)候，一種建置于露天的常設(shè)圭表開始出現(xiàn)。這類儀具以青銅制成，表高八尺，圭長一丈三尺。因其不能隨意拆裝，故而圭尺的長度可以延長到適合于在天地之中觀測(cè)到冬至正午的影長。顯然，在這樣的圭表上可以方便讀出一年中任何一天正午的影長數(shù)值。這種將圭與表結(jié)合為一體的一起變形成了人民習(xí)稱的圭表。江蘇儀征東漢墓曾經(jīng)出土有這類圭表的模型，但其尺寸只有當(dāng)時(shí)尺寸的十分之一。2

1279年前后，元代杰出天文學(xué)家郭守敬在河南登封的告成鎮(zhèn)設(shè)計(jì)并建造了一座測(cè)景臺(tái)，即河南登封觀星臺(tái)，它是中國現(xiàn)存最早的古代天文臺(tái)。整個(gè)觀星臺(tái)相當(dāng)于一個(gè)測(cè)量日影的圭表。高聳的城樓式建筑相當(dāng)于一根豎在地面的桿子，稱為“表”，臺(tái)下有一個(gè)類似長堤的構(gòu)造，相當(dāng)于測(cè)量長度的尺子，稱為“圭”，也叫做量天尺。城樓式建筑上有一個(gè)高9.46米的平臺(tái)，上有兩間小屋，一間放漏壺，一間放渾儀，兩間屋子之間還有一根橫梁。地上的量天尺長31.19米，位于正北方向。每天正午，太陽光照在橫梁上的影子投射在量天尺上。通過測(cè)量一年當(dāng)中影子長度的變化，可以確定1年的長度。圭表測(cè)時(shí)的精度是與表的長度成正比的，這個(gè)碩大的“圭表”使測(cè)量精度大大提高。

出土實(shí)物1977年，考古學(xué)家在安徽阜陽西漢汝陰侯夏侯灶墓（下葬年代為文帝十五年，公元前165年）中發(fā)掘出大量珍貴文物，其中一件漆器因功能不詳而被稱為“不知名漆器”。經(jīng)過多年的研究，石云里發(fā)現(xiàn)這件物品是古代用于測(cè)量正午日影長度的天文儀器“圭表”，是世界上現(xiàn)存的年代最早、且具有確定年代的圭表，比儀征出土的圭表還要早。與其他圭表不同，這件圭表適用的地理緯度是固定的，而我們的計(jì)算則表明，汝陰侯墓圭表的適用緯度恰恰就在漢代長安到汝陰侯國(今安徽阜陽)一帶?！笔评镎f，這架圭表的精妙之處還在于，四個(gè)節(jié)氣日影所在的位置不是用刻度表示，而是暗含在木塊和漆器上的一些特殊圖案和位置中。3

1965年在江蘇儀征石碑村1號(hào)東漢墓出土了一件袖珍銅圭表。圭長34.5厘米 ，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位 ；表高19.2厘米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使之合為一體。使用時(shí)將表豎立與圭垂直；平時(shí)可將表折入圭體中留出的空檔內(nèi)，便于攜帶。是設(shè)計(jì)家和鑄造師密切配合的杰作。根據(jù)傳統(tǒng)的說法，表高為8尺；這一數(shù)值曾被長期沿用。該表的表高恰為8尺的1/10，說明它是一件便攜式的測(cè)影儀器 ，可證明當(dāng)時(shí)常設(shè)的天文臺(tái)用8尺的表進(jìn)行觀測(cè)的說法是可信的。

以圭表測(cè)時(shí)，一直延至明清，南京紫金山天文臺(tái)的一具圭表，是明代正統(tǒng)年間（1437－1442年）所造的。

作用圭表是中國古代觀測(cè)天象的儀器。在不同季節(jié) ，太陽的出沒方位和正午高度不同，并有周期變化的規(guī)律。于露天將圭平置于表北面，根據(jù)圭上表影，測(cè)量、比較和標(biāo)定日影的周日、周年變化，可以定方向、測(cè)時(shí)間、求出周年常數(shù)、劃分季節(jié)和制定歷法。所以圭表測(cè)影是中國古代天文學(xué)的主要觀測(cè)手段之一。

辨方正位大約在新石器時(shí)代，古人便掌握了利用表來確定方位的方法。辨方正位的簡易方法見于戰(zhàn)國時(shí)代的《考工記》和《周髀算經(jīng)》，其具體做法是：先將地面修治水平，爾后將表豎直填埋，并自表頂引懸八繩，分置表的四方與四維，用它來校正表的垂直，當(dāng)八繩全部依附于表體可知這時(shí)表已經(jīng)處于垂直的狀態(tài)，于是可以開始測(cè)影。測(cè)影時(shí)需以表為圓心畫一個(gè)圓周，然后觀測(cè)同一天日出日落影子與圓周的交點(diǎn)，這樣連接兩個(gè)交點(diǎn)的直線就是正東西的方向。當(dāng)然為了方向盡量標(biāo)準(zhǔn)，還要參考白天正午時(shí)刻的表影方向和夜間北極星的方向。2

揆氣定時(shí)表最重要的當(dāng)然是測(cè)定節(jié)氣。由于地球的公轉(zhuǎn)，太陽在一年中的視高度變化顯著，夏至日行極北，日中時(shí)刻表影最短，冬至日行極南，日中時(shí)刻表影最長;春分和秋分太陽出沒于正東西，日中時(shí)刻表影適中。這四個(gè)時(shí)點(diǎn)不僅在觀測(cè)上具有特別重要的意義，同時(shí)更是建構(gòu)回歸年的四個(gè)時(shí)間標(biāo)記點(diǎn)。由于一年中只有夏至日正午的表影最短，驗(yàn)測(cè)相對(duì)方便，因此在早期先民的測(cè)影活動(dòng)中，挨度夏至日正午影長的工作格外重要。然而隨著歷法歲首的后移，以冬至作為一個(gè)天文年度起算點(diǎn)的傳統(tǒng)逐漸形成，這使利用圭表測(cè)定太陽到達(dá)冬至點(diǎn)的時(shí)刻成為求測(cè)回歸年長度的關(guān)健工作。然而冬至點(diǎn)并非總發(fā)生在日中，它可能出現(xiàn)在一天之中的任何時(shí)刻，因此，為求得準(zhǔn)確的冬至?xí)r刻，古人就必須對(duì)冬至日影進(jìn)行連續(xù)不斷的長期測(cè)算。2

文化意義古人之所以學(xué)會(huì)立表測(cè)影，很大程度是由于對(duì)于人自己在太陽下影子的觀察。原始的表為模仿人體測(cè)影而出現(xiàn)，所以支撐人體直立而完成測(cè)影的股骨便自然地移用作為表的名稱。《周髀算經(jīng)》說：“周髀長八尺，髀者，股也。髀者，表也。傳統(tǒng)表的高度被規(guī)定為八尺，剛好相當(dāng)于人的身長，這同樣顯示了人體測(cè)影的遺俗。而古人立表必先校正表的垂直，這使得他們認(rèn)識(shí)到了直角三角形三邊的關(guān)系，并且以直立的表取于人的髀股而名”股“，晷影之長為”勾“，完成了對(duì)勾股定理的證明。體現(xiàn)了天文學(xué)對(duì)算學(xué)的促進(jìn)。

古人認(rèn)為”至信為時(shí)“，所以用來測(cè)度時(shí)間的圭表也被賦予了誠信的意義。東周時(shí)期，為臣為妻各自奉行著所謂的“男子之蘗”和“女子之蘗”，這種人們必須尊重的圭臬法則，其核心價(jià)值就是忠信。古代盟誓將盟辭書于石圭也是借圭所具有的信實(shí)內(nèi)涵體現(xiàn)盟誓見信的宗旨。很明顯，這種人文觀念與圭表致日充分反映了圭表對(duì)于中國傳統(tǒng)文化的深刻影響?！薄?/p>

表還有一個(gè)更富有政治和哲學(xué)意義的名稱——”中“。中為立表測(cè)影與建旗取中的會(huì)意字。這些活動(dòng)則可引申出”中“所具有的中正和中央的雙重內(nèi)涵。中正的基本內(nèi)涵，對(duì)中國哲學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。陰陽哲學(xué)由此發(fā)展出中和的觀念，儒家哲學(xué)據(jù)此完善了中庸的思想，而道家則以此作為中道無為的表述形式。中央的內(nèi)涵，則發(fā)展出古代政治居中而治的政治傳統(tǒng)，這要求統(tǒng)治者找到天地的中央，也就是九州的中心建立國都。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

湯壽旎 - 副教授 - 武漢理工大學(xué)