中国自古以来就是以农业为立过之本，而关于时令和季节等的天文观测活动对人们组织农业生产具有重要的指导作用，因此这也使得中国成为世界上天文学研究高度发达的文明古国之一，相应的司天建筑也应运而生。在一众司天建筑中，尤以观星台为最具有代表性，而中国现存大量建筑遗存主要以宗教、宫殿、民居类为主，观星台这种以科学探究为主要功能的建筑显得尤为少见。
到了元代，受到国家政策以及世界科技文化交融的助推，中国的天文学得到了前所未有的大发展。元世祖忽必烈任用科学家郭守敬和王恂在首都建立太史院，开始进行大范围的历法更新；当时在全国设立了二十七个国家级的天文观测点，经过几年艰辛的科研观测最终形成了《授时历》这一重要的历法专著（在《授时历》中，中国古人准确测出了一个太阳年时间跨度为365天5时49分12秒；这一数据和三百多年后的公历(即1582年《格里高利历》)仅差25.92秒，足以见得中国古代科技的发达程度）；而当年为了天文观测相应匹配建设的国家级司天建筑，如今仅剩下登封观星台这一座，同时它也是中国现存最为古老的天文类建筑，甚为难得！
登封观星台建筑群，位于河南省登封县告成镇（武则天在嵩山封中岳的时候，曾经有过“大功告成”的感慨，告成镇的名字由此而来），东经113°81’，北纬34°23′。其主体建筑始建于元至元年间（公元1271~1294年，距今已有700余年），是当年元代二十七个国家级天文观测点的中心台，是中国传统思想中的“地中”之所，占有举足轻重的地位。1961年，登封观星台被中国国务院公布为第一批全国重点文物保护单位；2010年，包含观星台在内的登封“天地之中”历史建筑群被列为世界文化遗产。
观星台整体由台身和石圭两大部分组成，属砖石混合建筑；其主体台座高度为9.46m、连台顶小室（明嘉靖七年，即1528年修葺时所建）通高为12.62m，顶边水平向各长8m、基座边各长16m，平面呈方形覆斗状，四壁由水磨砖砌筑；台身北端设计了两个相互对称的通道口，并配置砖石登道，盘旋而上，在实现登临功能的同时起到扶壁的结构作用；为了更好的排水，在踏道四周各设水道一孔，水道出水口雕作石龙头状。整个台体收分与壁高的比值为24.88%，和北宋官式营造专著《营造法式》中规定城壁收分尺度占城高1/4这一比例非常接近，可见观星台的尺度权衡在设计之初应该是借鉴了前朝的营造理念。
在台身北端中心位置，从最底部到最顶端设计了一条垂直的凹槽，而在凹槽正北方的地面上是由三十六块青石铺砌而成的石圭，也称为量天尺，规格为长31.19m、宽0.53m、南端高0.56米、北端高0.62米；石圭面刻有双股平行的水道，以观测圭面的水平；水道南侧设有注水池，其呈方形，而在北端设置有泄水池，其呈长条形；泄水池东、西两头设置有泄水孔，注水后可自灌全渠，不用时水则可以排干；泄水池下部，有受水石座一方，为东西向长方形，其上刻有一圈水槽。石圭尽头两端设有正方案和仰仪，其中正方案是郭守敬设计的一种测定方向的仪器，仰仪是用来观察太阳一年中位移的仪器。根据历史文献资料记载，观星台起初配置了各类观测星象、测量日影与计时的天文仪器，可惜如今已不见踪影。
（观星台构造总集，底图来自李乾朗所著《穿墙透壁》）
登封观星台可以称为超大规格的土圭，土圭又被称为圭表，是中国古代观测日影长度变化来判断冬至、夏至时间的天文仪器；圭表由圭和表两部分构成 ，其中表是一种垂直立在地面上的标杆，而圭则是一条从表下端向北延伸的石板，表和圭这两个组件需保持垂直，这正对应着观星台的台身和石圭。在正午时分，表的影子就会落于圭上，而表影最长的时候对应冬至，最短的时候则对应夏至；此外，古人把两个冬至间的时间设定为一个回归年。
（圭表原理图）
（东汉铜圭表，中国现存最早得圭表，现藏于南京博物馆）
以上就是登封观星台设计的核心思路，同时在这一理论之上又做了一些革新，比如在台身北侧凹槽区域设置一道横梁，这样在测量日影时在横梁上向下悬挂重锤以此来取代不稳定的高表，再用重锤上的铅垂线来调整横梁的方位，用横梁的影子来取代表影；此外，在水平的石圭上设置景符，利用小孔成像的原理使得横梁影子能够清晰的落下，这样的精度在当时世界上具有最高水平；再者，古老的圭表测量日影有投影长度不精密的缺点，往往投影差几毫米，按实际比例推算出来的冬至和夏至时分可以差上一到两个小时，而针对这一痛点，登封观星台特意把古代的八尺表加高了五倍，此种被称为“高表”，大大提高了天文测量的精度。
值得注意的是，跟前期文章说的郑州玉米楼外形致敬嵩岳寺塔一样，郑州另一座建筑——河南省博物院，其建筑外形灵感就取自登封观星台，同样是现代建筑致敬经典古建筑的优秀案例。
总结来说，登封观星台是天文观测和建筑实体的完美结合体，凝聚了古代匠人的智慧；它见证了当时世界上最先进的历法——《授时历》的测量演算历史，是中国现存最古老的天文台，也是世界上现存最早的观测天象的建筑之一，具有重要的历史意义。
以上以登封观星台的营造理念和建筑组成的分享，本篇就分享到这里，下期见。
本文主要参考资料：
1.《中国古代建筑史》第四卷——潘谷西
2.《穿墙透壁》——李乾朗
3.网络资料。
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古建漫谈
一个醉心古建筑的小二郎
