立竿见影,中国的日影计时仪器:圭表与日晷

中国影子计时法,从最初的立竿见影,到圭表的出现,再到日晷的不断完善,是中国古代计时领域的标尺,精准地丈量着岁月的流逝 。

一、圭表:时光的初代标尺

在我国古代,一般用圭表来测量太阳影子的长度,并以此来计算时间,所以它是一种常用的天文仪器。最早的圭表产生于三千年之前,是西周时期的丞相周公旦设计的,它留存在今天河南的登封县。周公将这种用来测定日影长度,并可以以此确定时间的仪器,称为“圭表”。可以说“圭表”是世界上最早的计时仪器。

圭表由两个关键部分组成:“圭” 和 “表” 。“表” 是一根垂直立于平地上的标杆或石柱。“圭” 则是正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,与 “表” 相互垂直,紧密地配合着 “表” 的工作 。当阳光洒向 “表” 时,“表” 的影子便会投射在 “圭” 上,古人通过读取影子在 “圭” 上的位置和长度,就能获取时间的信息 。

在很早之前,古人便发现房屋、树木等物体在太阳光的照射下会投射出影子,而且发现这些影子的长度变化会呈现一定的规律。在不同季节,太阳的出没方位和正午高度不同,并有周期变化的规律 。周公旦把表影最长的那天定为 “冬至”,此日中午,太阳直射南回归线,北半球的白天最短;把表影最短的一天定为 “夏至”,此日日中,太阳直射北回归线 。确定了冬至和夏至后,再将两者之间的时间进行平分,就能得到春分和秋分 。在此基础上,进一步细分,便确认了二十四节气 。

除了确定节气,圭表还能用来大致确定一天中的时间 。虽然它不像日晷那样能精确到每个时辰,但在正午时分,通过测量表影在 “圭” 上的位置,也能知道大概的时间 。比如,当表影正好落在 “圭” 的某个特定刻度时,就知道是正午的某个时刻 。


二 、日晷:光影谱写的时间乐章

当圭表在岁月中不断完善时,另一种更准确的影子计时工具 —— 日晷,也崭露头角 。

日晷(sundial),又称“日规”,指的是古代利用日影位置的变化来测量时间的一种计时仪器,“日”指“太阳”,“晷”表示“影子”,是指太阳的影子,其原理是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻,通常由晷针(表)、晷面(带刻度的表座)、底座组成,常见形式有地平式日晷、赤道式日晷。

日晷常见的有赤道式日晷、地平日晷、立晷和斜晷等 。它们各具特色,适用于不同的场景和需求 。

赤道式日晷是最为常见和简单的一种 。其晷面平行于赤道面,晷针与地轴平行,两端分别指向南北极,在北半球,晷针的高端总是指向北极星 。

地平日晷的晷面与地平面平行,晷针和晷面之间的夹角等于当地的地理纬度 。它适合在低纬度地区使用,不过,由于太阳的周日视运动基本匀速,但地平式日晷上晷影的转动并不匀速,所以晷面上的刻度通常不均匀 。

立晷的晷面垂直于地面放置,晷面朝向可以是南、北、东、西各个方向,晷针的倾角通常等于当地的地理纬度,适合中纬度地区使用 。

斜晷的晷盘面则可以指向任何一个方向,更加灵活多变 。

日晷的计时原理,是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻 。在一天中,太阳东升西落,晷针的影子也随之移动 。早晨,太阳从东方升起,影子投向盘面西端的卯时附近;随着太阳逐渐升高,影子慢慢由西向东移动;当太阳达到正南最高位置(上中天)时,针影位于正北(下)方,指示着当地的午时正时刻;午后,太阳西移,日影东斜,依次指向未、申、酉各个时辰 。这移动的影子,就如同现代钟表的指针,在晷面上准确地显示出时刻 。

晷面两面都有刻度,分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰,每个时辰又等分为 “时初” 和 “时正”,正好与一天的 24 个小时相对应 。中国古代日晷的刻度划分更为精细,将一天划分为 100 刻,充分展示了古人对时间的精准把握 。

影虽逝,时无尽,虽然现代科技的发展让我们拥有了更为精准和便捷的计时工具,但影子计时法成为了中华文化的独特符号 。时间是最公平的,它给予每个人的都是相同的,如何利用好这有限的时间,创造出无限的价值,才是我们应该思考的问题 。

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