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太阳那么毒,我们测个影吧

来源:光明网2018-06-08 19:09

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    太阳那么毒,我们测个影吧

    这几天北京的气温已经上升到新高度啦!你是否感叹,天气太热,无心工作?

    不过,在古代,总有那么一群人,顶着烈日丈量大地上的影子。对了,他们就是古代钦天监的天文学家们!为了完成修订历法的国家重大专项课题,他们起早贪黑,昼参诸日中之影,夜考之极星。今天我们就来聊一聊立杆测影这件事儿吧。

    古人是怎样知道时间的?

    远古时,人们“日出而作,日落而息”。在长期的劳动和生活实践中,逐渐产生了周期和简单的数的概念,于是开始“结绳记日”或“刻木记日”。

    经过长期的观察,古人发现太阳每天有规律地东升西落,就是一天;月亮有规律地阴晴圆缺,就是一个月;而寒来暑往一个周期,就是一年。太阳与人类的关系如此密切,以至于对太阳位置的观测从很早便开始了。

    立杆见影 利用物体的影子来判断时间

    最简单的天文仪器“圭表”,是由“圭”和“表”两部分组成的。“表”是直立在地面上的一根杆子或铜柱。同时,古人又在地面上水平放置一把尺子,用于测量影子到达正北方时的长度,这把尺子叫做“圭”。

    圭与表相互垂直组成圭表。表的高度一般为八尺,圭则可以更短或更长,以能够测量夏至时的最短影长或冬至时的最长影长为限。古人利用圭表来定方向、定节气、定时刻、定地域。

太阳那么毒,我们测个影吧

     圭表测影示意图

    在一年中,随着季节变化,太阳每日正午时的高度亦有所不同:每年夏至时太阳在天空的位置最高,日影最短;冬至时太阳在天空的位置最低,日影最长。通过测量表杆的日影,从最长再到下一次最长的时间间隔,就是“年”的长度,用这种方法测得的“年”,在天文学中称为一个回归年。

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    地球绕太阳公转一周即一个回归年

    世界上最古老的圭表 陶寺圭表   

    2002年,考古学家在山西襄汾发现的观象台遗址,被誉为中国考古天文学的开端。陶寺大墓中出土的两根漆杆,可能是世界上最古老的圭表,它距今已有四千多年。

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       陶寺IIM22:43漆杆出土示意图

    最有纪念意义的圭表 周公测景台

    相传三千多年前,周公姬旦用木制土圭测量日影,确定“地中”。唐代天文学家南宫说为保存旧制,做石表代替木表,并刻上“周公测影台”五个大字。该遗址位于今登封市告成镇。

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        周公测影台

    世界上最小的圭表 袖珍铜圭表

    1965年,江苏仪征一座东汉墓葬中出土的一件袖珍铜制圭表,它由19.2cm高的表和34.39cm长的圭构成,圭表之间有枢轴相连,可将表平放于圭内,圭表合装一体,启合自如,携带方便。

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    东汉袖珍铜圭表

    世界上最大的圭表 观星台

    位于河南登封的观星台,是元代天文学家郭守敬制造的高表。观星台利用台体石壁为支撑,表高四丈,是古制八尺表的五倍,通过将圭表增大,可以获得更高的测影精度。不仅如此,郭守敬还创制了景符,用来与高表配合观测,为编制《授时历》提供了重要依据。

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        河南登封观星台

    立杆无影

    只要站在有太阳的地方,就能看到自己的影子,这是我们的常识。然而,如果在有些地方的特定时间,站在太阳下却看不到自己的影子,你相信吗?

    其实,这是因为地球自转轴与公转轨道之间有一个夹角,叫黄赤交角,我们的季节交替就是由于黄赤交角的存在而产生的。也正是因为如此,在地球上北回归线以南的区域,每年都会发生太阳从90°角直射的情况,这时候自然也就看不到影子咯。

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    广州北回归线公园的标志塔

    然而,在唐代的《南海寄归内法传》一书中,却还有“洛州无影”的说法。洛阳显然是在北回归线以北,怎么会无影呢?原来,南宫说所建的周公测影台的基座是一个楔形的斜坡,在夏至日的时候,太阳的高度角恰好与基座坡度相同,也就看不到影子了。

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    周公测影台示意图

    亲爱的读者们,你们猜对了吗?

    作者:陈晓,系北京古观象台副台长,负责古观象台天文科普工作。黎耕,博士,国家天文台副研究员、中国科学院大学副教授,国家天文台青促会小组组长,中国科学技术史学会天文学史专业委员会执委。

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