來源:人民日報海外版

河南登封觀星臺（資料圖片）

山西陶寺遺址出土圭尺（局部）盧鵬宇攝

人們常說“立竿見影”，用來比喻措施或行動收效迅速。其實，這個成語的本義與中國古人對日影的觀測有關——在陽光下豎起竹竿，即顯現影子。從這個簡單的現象出發(fā)，古人創(chuàng)造出一種精妙的天文儀器：圭表。它不僅見證了中國人對科學探索的孜孜以求，也體現了中華文明天人合一的宇宙觀。

度量時間

在沒有時鐘的遠古時代，中華先民將星空視為永恒的“天鐘”。在漫長的歲月中，他們發(fā)現，日月星辰的運轉，是有規(guī)律且周而復始的。其中，日影的長短與寒暑變化息息相關——夏季正午，日頭高懸，樹影短促；冬季正午，太陽低垂，影子拉得很長。這種對影長的直觀感受，促使人們開始系統(tǒng)地觀測日影，自然就產生了立竿測影的方法。

“日影的變化，反映的是太陽在天空中位置的變化。當先民們開始嘗試度量時間，天空中最明顯、且規(guī)律運行的天體——太陽，便成為參考對象。但是人們無法用雙眼直接觀察太陽，他們發(fā)現太陽影子隨時間變化的規(guī)律，于是最初的圭表便應運而生，這也是中國最古老的天文測量儀器之一?！北本┨煳酿^古天文研究中心副主任、副研究員楊帆說。

圭表一般由“圭”和“表”兩個部件組成。水平南北方向放置于地面，表面刻有刻度以測量影長的標尺叫“圭”，也稱“圭尺”；垂直于地面的標桿叫“表”，也稱“立表”。

據學者研究推測，山西陶寺遺址出土一件黑、綠、紅三色相間的漆木桿，是目前考古發(fā)現最早的圭表儀器實物，距今4300年至4000年。

制定歷法

隨著社會發(fā)展、交流頻繁，先民們逐漸意識到，須有統(tǒng)一時間規(guī)范來協(xié)調人類的各項活動。

《尚書·堯典》記載堯帝任命天文官員：“歷象日月星辰，敬授民時?！薄坝^象授時”是中國古代天文學最核心的概念，也是指導農耕的時間準則。中國古代合天文歷法為一事，歷法以天象為依據。通過圭表觀測日影變化，是制定歷法的重要基礎。

將圭表南北方向水平放置，表垂直立于圭的南端。正午時分，當太陽位于正南方，表影恰好投射在圭尺上，夏至日影最短，冬至日影最長。古人通過觀察不同日期表影端點的位置，繪制“日影曲線”，進而推算回歸年長度，為制定歷法提供最重要的數據支持。中國傳統(tǒng)歷法中，以兩次冬至之間的時間間隔為一回歸年。

二十四節(jié)氣系統(tǒng)是中國古人通過圭表測影觀察太陽周年運動而逐漸形成確定的。歷代律歷志中都會記載二十四節(jié)氣的日影長短數值。二十四節(jié)氣的完整名稱和順序，首次被系統(tǒng)記載見于西漢《淮南子》。由此可知，至遲在西漢，這套集天文、物候、民俗于一體的知識體系和社會實踐就已確定。

在中國古代，包括二十四節(jié)氣在內的歷法不僅指導農事，還規(guī)范社會生活、服務政治，深刻塑造了社會秩序，至今仍影響著人們的生活。

不懈探索

圭表在中國古代不僅是測時天文儀器，也是辨方正位、建都選址的重要工具?！吨芏Y》記載，建王都必在“地中”?！暗刂小庇^念源于古人樸素的宇宙觀，是“中道”“正統(tǒng)”等社會心理與政治意識的源頭。圭表測量的夏至日影長度，正是確定“地中”的重要標準。

由此可見圭表測影的重要性。為了精準掌握太陽運行規(guī)律，歷代天文學家對圭表的構造、觀測方法等進行了不懈探索。

中國天文學發(fā)展的高峰出現在元代。傳統(tǒng)圭表一般表高八尺，元代科學家郭守敬為了提高測量精度，將圭表放大為一種建筑式高表。位于河南登封的觀星臺，便是郭守敬主持建造的杰作。這座臺體本身就是一個巨大的“表”，臺身狀若覆斗，高9.46米，連小室通高12.62米；臺身北壁凹槽內向北平鋪的是石圭，長約31.19米，被稱為“量天尺”。

圭表放大后，極大地提高了圭表觀測精準度，但是表端投射到圭面的表影會產生虛影。為此，郭守敬又創(chuàng)制了名為景符的裝置——由薄銅片制成，中間開有小圓孔，通過斜撐裝置固定于圭面。景符利用小孔成像的原理，將圭表測影精度提升至2毫米以內。

包括登封觀星臺在內，郭守敬在元朝廣袤的疆域中設立20余處觀測點，以實測數據修訂歷法，史稱“四海測驗”。憑借精確的測量數據，郭守敬主導修訂完成了《授時歷》。該歷于1281年頒行，確定回歸年長度為365.2425日，與現行公歷僅差不到26秒，領先歐洲格里高利歷300余年。

古今回響

圭表早已超越了單純測量的范疇。中國科技館原館長王渝生認為，它不僅是古人“敬授民時”、維系農耕社會運轉的基礎，也是王朝“辨方正位”、確立統(tǒng)治合法性與神圣秩序的象征。其橫平豎直的形態(tài)，本身就是“規(guī)矩”“標準”的具象，深深烙印在中華文化基因之中。

從圭表衍生出的一系列詞匯可見一斑。比如“圭臬”，其本義正來自圭表——“圭”指水平量影的圭尺，“臬”指垂直立標的表桿，二者合稱即代表測日影定標準的儀器。因其核心功能是確立時空基準，故很自然地引申為一切準則與法度。成語“奉為圭臬”便表示將某些言論或事物信奉為必須遵循的根本準則。又如“為人師表”中的“表”，同樣由圭表中的“表”垂直不偏斜引申而來，具有標桿、表率之意。

今天，中國已經擁有FAST望遠鏡、“天宮”空間站，早已不再使用以圭表為代表的古代天文儀器。然而圭表所承載的古人智慧，依然閃爍著不朽光芒。

“我們常說大國重器，包括圭表在內的古代天文儀器，其實就是當時的大國重器，是中國古代科技發(fā)展與突破的實證?！睏罘f，這些古老儀器的存在，生動地講述著中國古人追日問天、對科技發(fā)展的執(zhí)著追求，承載著中華文明天人合一的宇宙觀，也是今人理解先人智慧的重要密碼。

如今，在河南登封觀星臺、江蘇南京紫金山天文臺等地，我們依然能看到這些古老圭表。它們靜默矗立，仿佛訴說著千百年來，一群人仰望星空，探尋宇宙秩序的雄心。這樣的雄心，依然鼓蕩在今人心中，指引著人們踏上探索星辰大海的新征途。

策劃：張意軒鐘金葉

動畫設計制作：李棟

學術支持：陳樸 楊帆

版式設計：石瑞禾