| 資料來源: ttp://210.14.113.18/gate/big5/chro.cpst.net.cn/zzzc/2008_04/209210316.html |
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圭表是我國最古老的一種傳統天文儀器，正南北方向平放的尺叫做圭，直立的柱叫做表。根據正午時表的影子的長度測定一回歸年的日數和二十四節氣等。圭表早在三千多年前就已為勞動人民所創用，具體誕生的年代已無從考證。 圭表是我國最古老的一種傳統天文儀器，正南北方向平放的尺叫做圭，直立的柱叫做表。根據正午時表的影子的長度測定一回歸年的日數和二十四節氣等。圭表早在三千多年前就已為勞動人民所創用，具體誕生的年代已無從考證。
圭表由圭和表兩部份組成：圭是正南北方向上水準放置的尺，表是直立的標竿，置於圭的兩端且與圭垂直。當太陽照著表的時候，圭上出現了表的影子，根據影子和方向和長度，就能讀出時間。春秋時代已經使用圭表測量連續兩次日影最長和最短之間所經歷的時間，並計算出回歸年的長度。根據冬至日正午表影最長、夏至日正午表影最短，可以確定每年的冬至日和夏至日，並進而推算出1回歸年的長度。為提高精度，可將當時測定的某個冬至日的日期與歷史上盡可能早的某個冬至日期相比較，以這期間相隔的日數除以經歷的年數，由此可以得到相當精確的回歸年長度值。漢代以後的圭表，表高通常取為8尺。郭守敬建造的登封測景臺，採用了40尺的高臺和128尺長的量天尺，它實際上也是一個巨大的圭表。明代將表高恢復為8尺，圭長則為1丈多。清欽天監在明製表的頂端加上一截，使表高達10尺，這時在冬季表影會落到圭外。於是，清人在圭的另一端立了一個高3尺5寸的“小表”，相當於圭的延伸，稱立圭，冬季表影會落在立圭上。 圭表測時的精度是與表的長度成正比的。元代傑出的天文學家郭守敬在周公測時的地方設計並建造了一座測景臺。它由一座9.46米高的高臺和從臺體北壁凹槽裏向北平鋪的長長的建築組成，這個高臺相當於堅固的表，平鋪台北地面的是“量天尺”即石圭。這個碩大的“圭表”使測量精度大大提高。 使用圭表測時，一直延至明清，現在南京紫金山天文臺的一具圭表，是明代正統年間（1437－1442年）所造的。 |
資料來源 : http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%AD%E8%A1%A8
圭表是中國古代根據日影長度變化測定季節、劃分四季和推算曆法的工具。圭表由「圭」和「表」組成，表是一根垂直立於地面的桿或柱；圭是地面一根垂直於立桿或立柱的水平標尺，指向正北。正午，「表」的日影落在「圭」的刻度上，根據表影的長度可以測定節氣，推算曆法等。比如可以通過測量兩次正午時（12點整）表影長度最長時刻（冬至點）的時間間隔（兩個冬至點之間的時間間隔），確定一年的長度。通過測量正午表影長度確定冬至、夏至，進而推算回歸年長度。
目錄 |
郭守敬的改良
此前圭表使用起來會遇到幾個困難。首先，表影邊緣不清晰。陰影越靠近邊緣，顏色越淡，到底影子的盡頭在什麼位置，很難判斷。影子的邊界不清，影長就測量不准。其次，測量影長的技術欠精密。古代量長度的尺，一般只能量到分，往下可以估計到厘，即十分之一分。按照傳統方法，測量冬至影長，如果量錯一分，按此推算出來的冬至時刻就會有一個或半個時辰的誤差。中國古代將一日分成12個時辰，一個時辰合如今所說的兩小時。所以這在天文曆法上是很大的誤差。最後，圭表只能觀測日影，不能觀測月影和星影。
面對這些困難，唐宋以來，科學家們想過許多辦法，但始終沒有解決好。郭守敬在困難面前沒有退縮。他從分析產生困難的原因入手，然後針對各個原因，分別尋找對策，逐一解決困難。
前代圭表的「表」僅高八尺，表影很短，表影邊緣模糊，測量錯一點，實際誤差很大。郭守敬設計的圭表，稱為「高表」，就是把表竿增高至40尺，提高到五倍，因而觀測時的表影也加長到五倍。表影加長了，相對於表影長度而言，邊緣不清造成的誤差就相應縮減了占表影長度的比例，測量的數據便精確多了，按此例推算節氣的誤差也就明顯減少了。另外，高表頂部還架設了一根橫樑，這也有助於識別表影邊緣。
高表還不能徹底解決表影邊緣清晰度的問題。郭守敬於是創造了一個稱為「景符」的輔助儀器，用來提高測量的效果。景符，即影符。它是一片四寸長、二寸寬的銅葉，正中開一個針孔那樣的小洞。銅葉的一端用樞紐接在一個二寸見方的框子邊上；另一端用小棍支撐起來，就跟箱子蓋那樣可以自由啟閉，以便調節其傾斜度。將景符放置在圭面上，正對太陽，日光通過小孔，射到圭面上，就會形成一個極微小的太陽像，非常明亮。測量正午日影時，先將景符放在圭面上影端旁邊，使符面垂直於日光，然後前後移動景符，使太陽、高表頂部橫樑與符上小孔三者正好處在同一條直線上，那麼，圭面上所顯露出的太陽像跟米粒大小，亮晶晶的，中間有一條細如髮絲的橫樑影子，立刻記下它的位置，就可以測量日影的長度了。這是利用針孔成像的辦法，使高表橫樑在日光下所投虛影成為精確實像，測得的表影長度比以前圭表測影要精確得多。如圖一
注釋
- ^ 《元史·天文志》載：「景符之制，以銅葉，博二寸，加長博之二，中穿一竅，若針芥然，以潤方為趺，一端設為機軸，可令開闔，稽其一端，使其勢斜倚，北高南下，往來遷就於虛梁之中。竅達日光，僅如米許，隱然見橫樑於其中。」
相關條目
外部連結
元朝初年，沿用金朝的《重修大明歷》。由於這部曆法使用多年，誤差積累日益顯著，根據它預推天象，往往不准。
1276年，元軍攻佔南宋都城臨安（今浙江省杭州市），全國統一已成定局。就在這一年，元世祖忽必烈入住大都，決定編製新歷，特地成立專門機構──太史局。
那時候，敦守敬在水利部門任職，但他精通天文，元世祖就將他抽調出來，到太史局從事編製新歷工作。編製新歷工作一開始，郭守敬就提出：「制訂曆法的根本在於實際觀測，而觀測離不開儀表，所以準備精準的儀表是首先要考慮的問題。」
他所謂的「儀表」，是古代天文觀測的兩類主要工具。一類為渾儀，它是用來觀察、測定天體在空中運行位置的工具；另一類為圭表，它是用來測定二十四節氣，特別是冬至和夏至確切時刻的工具。
圭表的「表」，是一根垂直立在地面的標竿，它可以用竹木製作，也可以用金石製作；「圭」，是從表的跟腳沿水平向北方延伸的一條石板。每當太陽轉到正南方的時候，表影剛好落在圭面上。測量表影的長度，就可以推算出冬至、夏至等節氣的時刻。表影最短的時候就是夏至來臨。
圭表是古代中國人創製的一種天文儀器。這種儀器乍看起來極簡單，可使用起來卻會遇到幾個困難。首先是表影邊緣不清晰。陰影越靠近邊緣，顏色越淡，到底影子的盡頭在什麼位置，很難判斷。影子的邊界不清，影長就測量不准。其次是測量影長的技術欠精密。古代量長度的尺，一般只能量到分，往下可以估計到厘，即十分之一分。按照傳統方法，測量冬至影長，如果量錯一分，按此推算出來的冬至時刻就會有一個或半個時辰的誤差。古代將一日分成12個時辰，一個時辰合現今兩小時。這在天文曆法上是很大的誤差。最後是圭表只能觀測日影，不能觀測月影和星影。
面對這些困難，唐宋以來，科學家們想過許多辦法，但始終沒有解決好。郭守敬在困難面前沒有退縮。他從分析產生困難的原因入手，然後針對各個原因，分別尋找對策，解決困難。
前代的「表」僅高八尺，表影很短，表影邊緣模糊，測量錯一點，實際誤差很大。敦守敬設計的圭表，稱為「高表」，就是把表竿增高至40尺，提高到五倍，因而觀測時的表影也加長到五倍。表影加長了，表影邊緣的清晰度明顯提高，測量的數據精確多了，按此例推算節氣的誤差也就明顯減少了。另外，高表頂部還架設了一根橫樑。
高表還不能徹底解決表影邊緣清晰度的問題。郭守敬創造了一個稱為「景符」的輔助儀器，用來提高測量的效果。景符，即影符。它是一片四寸長、二寸寬的銅葉，正中開一個針孔那樣的小洞。銅葉的一端用樞紐接在一個二寸見方的框子邊上；另一端用小棍支撐起來，就跟箱子蓋那樣可以自由啟閉，以便調節其傾斜度。將景符放置在圭面上，正對太陽，日光通過小孔，射到圭面上，就會形成一個極微小的太陽像，非常明亮。測量正午日影時，先將景符放在圭面上影端旁邊，使符面垂直於日光，然後前後移動景符，使太陽、高表頂部橫樑與符上小孔三者正好處在同一條直線上，那麼，圭面上所顯露出的太陽像跟米粒大小，亮晶晶的，中間有一條細如髮絲的橫樑影子，立刻記下它的位置，就可以測量日影的長度了。這樣的表影長度，當然會比以前圭表測影要精確得多。
郭守敬還創造了一個叫做「窺幾」的輔助儀器，使圭表在星光和月光下，同樣可以測量影長。
郭守敬改革圭表的工作大約完成於1277年夏天。這對於編製新歷具有重大意義。元朝編製的《授時歷》於1281年頒布推行。《授時歷》以365.2425日為一回歸年，現代測定的一回歸年為365.2419日，兩者相關僅26秒。現在世界通用的公歷，即格裡高利歷，同樣採用365.2425日為一回歸年，但它的頒行，要比《授時歷》晚300年。
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