◎文/圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

自制圭表測時間

◎文/圖 中國科學(xué)院國家天文臺 郭紅鋒

很早以前，人們發(fā)現(xiàn)房屋、樹木會在太陽光下投出影子，于是就有了“立竿見影”的成語。后來，人們發(fā)現(xiàn)影子的長短、方向按照一定的規(guī)律變化，但正午時太陽的影子總是投向正北方向。于是，人們便在平地上直立一根竿子或石柱來觀察影子的變化，又在地面平放一把尺子來測量影子的長度和方向，這就是最原始的圭表。

圭表是我國古代度量日影的天文儀器，由“圭”和“表”兩個部件組成。古代稱直立的柱子為“表”（例如天安門前的華表立柱），所以圭表的直立部分叫做表；圭表的平臥部分（正南正北方向平放，用于測定表影長度的刻板）叫做圭。古人依據(jù)影子的方向和長短及其變化，可以確定時辰、方向、節(jié)令、地理位置等。

圭表是中華文明的一部分，又在生產(chǎn)和生活中起著重要作用。今天，我們就自己動手制作一個可以隨身攜帶的簡易圭表測時間吧。

經(jīng)過長期觀測，古人不僅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年內(nèi)夏至日的正午烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦陽斜射，表影最長。于是，古人就以正午時的表影長度來確定節(jié)氣和一年的長度。正午時表影投在石板上，能直接讀出表影達(dá)到的長度值。而連續(xù)兩次表影達(dá)到最長值（或最短值）時相隔的天數(shù)，就是一年的時間長度。

建于河南登封的古觀星臺，是我國現(xiàn)存最古老的天文臺，其建筑本身就是一個巨大的圭表。元代著名天文學(xué)家郭守敬以登封觀星臺為中心，經(jīng)過多地、多次聯(lián)合測量，于公元l2l8年得出回歸年周期為365.2425日，比西方早300年，與現(xiàn)代科學(xué)推算的回歸年周期相比僅差26秒，由此可見圭表在天文學(xué)史上的重要作用和貢獻(xiàn)。

制作方法：

1. 沿剪裁線裁開；

2. 將表的外輪廓剪下來；

3. 將兩個方形“剪除缺口”剪掉；

4. 沿折疊線1（兩邊）向內(nèi)折疊；

5. 沿折疊線2（兩邊）向外折疊；

6. 把最外邊的“內(nèi)面粘貼”區(qū)域粘起來；

7. 把粘貼點(diǎn)A和粘貼點(diǎn)B朝外翻開，與圭上的對應(yīng)粘貼點(diǎn)粘在一起。

準(zhǔn)備材料：

剪刀

膠水

圭表模版

如何使用圭表測時間

1.南北方向和正午時刻測量：將圭大致沿著南北方向平放，表在南端。正午前后，不斷調(diào)整圭的方向，使表影在圭中間的兩條虛線內(nèi)。當(dāng)表影的頂端與兩條線垂直時，表影的方向即為南北方向；此時刻即為當(dāng)?shù)氐恼鐣r刻。

2.冬至日和夏至日測量：一年中表影最長的日期為冬至日，最短的日期為夏至日。

3.回歸年測量：連續(xù)兩次測得表影最長值或最短值之間的相隔天數(shù)就是一年的周期數(shù)，即回歸年的天數(shù)。