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圭表

中国最古老、最简单的一种天文仪器,创制年代已不可考。它包括两个组成部分:一为直立在平地上的标竿或石柱,汉以后改用铜制,叫做表;一为正南北方向平放的尺,叫做圭。《周礼·大司徒》等篇所称“土圭”,即度圭(量度用圭)之意,是用玉或石制成的。汉以后改用石或铜制。圭和表互相垂直,组成圭表。根据正午时度量表影的长度可以推定二十四节气,从表影长短的周期性变化可以确定一回归年(见年)的日数。表影在正北的瞬间就是当地真太阳时(见日)的正午,可用以校正漏壶。从《周礼·考工记》可知,战国以前人们已懂得使用铅垂线来校正表的垂直,用水平面来校正圭的水平。

秦以前的表的高度,文献中没有明文记载。汉代以后一致称古代表高8尺。西汉《淮南子·天文训》提出10尺的表,以符合十进制的要求。但后世大都仍用8尺高表。只有南北朝梁大同十年(公元 544年)太史令虞邝曾在今南京用过9尺高表测影,这是少见的例外。元代郭守敬把表高增加到36尺,又在表顶上加一根架空的横梁,从梁心到圭面共40尺,这样来提高测影精度;又创制景符,以解决表高影淡的缺点,并可以测出日面中心的影长(见登封观星台)。明代邢云路曾在万历年间制60尺高表,是中国历史上最高的高表。到清代又采用10尺高表。

《周礼》记载,圭长为1尺5寸,这是指便于移动的土圭。汉代记载,太初四年(公元前101年)造的铜表高8尺,长1丈3尺,后者实指的是圭长。后世的圭长大抵差不多。郭守敬增加表高时才把圭长也相应地增加到128尺。这条长圭被称为量天尺。明代又恢复8尺高表和1丈多的长圭。清钦天监在明制表的顶上加了一截,使表高达到10尺。这时,表影在冬季会落到圭外。为此,清人在圭的另一端立了一个高3尺5寸的“小表”,相当于圭的延伸,叫立圭,使表影落在立圭上。量度这段影的高度可以推算得10尺表的表影长度。这具圭表今存南京紫金山天文台。(见彩图)

圭表  公元1439年造,现陈列于南京紫金山天文台。