OPTICAL
编者的话
光是万物之源，光学是人类最早着手研究的科学之一，无数光学研究者将毕生精力投入光学，才形成了现在的光学学科。
目前，中国唯一的国家级光学专业科技馆——长春中国光学科学技术馆（由长春理工大学代建代管），是一个以“科技之光·引领未来”为主题，以普及光学知识、展示光学科技成果、推动光学科技发展、促进光学科技国际合作交流为社会使命的光学科技场馆。
日前，长春中国光学科学技术馆与长春理工大学党委宣传部联合策划推出“与光同行”栏目，于周末科普一个“光学知识”，带领大家走进“光”的世界。
本期“与光同行”，讲述的是：圭表及其用途。
圭表及其用途
圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。
很早以前，人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律。于是，便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向，则可知道时辰。后来，发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在地面上，与立表垂直，尺子的一头连着表基，另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上，古人就能直接读出表影的长度值。经过长期观测，古人不仅了解到一天中表影在正午最短，且得出一年内夏至日的正午，烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦阳斜射，表影最长。
后来，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如，连续两次测得表影的最长值，这两次最长值相隔的天数，就是一年的时间长度，原来我国古人早就知道一年等于365天多的数值。
仪征铜圭表是中国现存最早的圭表。1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土。仪征铜圭表长34.5厘米，合汉制15尺，边缘上刻有尺寸单位；表高19.2厘米，合汉制8寸。圭、表间用枢轴连接，使之合为一体。使用时将表竖立与圭垂直，平时可将表折入圭体中留出的空档内，便于携带。
根据传统说法，表高为8尺，这一数值曾被长期沿用。该表的表高恰为8尺的1/10，说明它是一件便携式的测影仪器，可证明当时常设的天文台用8尺的表进行观测的说法是可信的。
在很多情况下，圭表测时的精度是与表的长度成正比的。元代杰出的天文学家郭守敬在周公测时的地方设计并建造了一座测景台。它由一座9.46米高的高台和从台体北壁凹槽里向北平铺的长长的建筑组成，这个高台相当于坚固的表，平铺台北地面的是“量天尺”，即石圭。这个硕大的“圭表”，使测量精度大大提高。
史料证明，以圭表测时，一直延至明清，现在南京紫金山天文台的一具圭表，是明代正统年间(1437～1442)建造的。
远古时的人们，日出而作，日没而息，从太阳每天有规律地东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间，但这很难精确。据记载，3000年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表，当为世界上最早的计时器。
此外，圭表还可以有多种用途。周秦时期，人们认为在同一日子里，南北两地的日影长短倘若差1寸，它们之间的距离大约有500千米。据说周王室裂地封侯的时候，用的就是这种办法。圭表还可以测定方向。在地上画许多个同心圆，将表竿竖立在圆心，当上下午表影顶点落在同一圆周上时，将这些对应点连接起来，它们的中点轨迹与圆心连线便是南北方向。在夜里，当视线通过表顶凝望北极时，这方向也即是南北方向。古人在搭建房舍、修造道路和营造宫殿的时候都要仔细地确定南北方向(即子午方向)，《诗经》上说“揆之以日，作于楚室”。揆，揣度的意思。全句可以解释为，通过观测日影来决定建造楚国宫殿的方向。
来源：长春中国光学科学技术馆搜集整理
编辑：唐玘晨
初审：唐慧宇
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审核：于英焕
