圭表，是中國古代度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成。平放的銅尺或石尺叫圭，垂放的銅柱或石柱叫表。圭表是中國最古老的一種傳統(tǒng)天文儀器，也是世界上最早的計(jì)時(shí)工具之一。三千年前，中國西周丞相周公在登封市縣就設(shè)置過一種以測定日影長度來確定時(shí)間的儀器，這是圭表最早的歷史記載。
圭表的測量方法有兩種，一種叫高表測影法，就是垂直于地面立一根桿，通過觀察記錄它正午時(shí)影子的長短變化來確定季節(jié)的變化。早在公元前20世紀(jì)，陶寺遺址時(shí)期，中國中原地區(qū)已使用圭表測影法。
第二種叫“平氣法”（又稱“平均時(shí)間法”）。漢時(shí)期，學(xué)者采用圭表日影長度確定“二十四節(jié)氣”，采用圭表測影法定出黃河流域的冬至（白晝最短）這天作為冬至日，以冬至日為“二十四節(jié)氣”的起點(diǎn)，將冬至到下一個(gè)冬至之間的時(shí)間段分割為24段（每段15日），每兩個(gè)節(jié)氣之間的天數(shù)平均。這樣，圭表不僅可以用來制定節(jié)令，還可以在歷書中排出未來的元旦以及二十四個(gè)節(jié)令的日期，作為指導(dǎo)漢族勞動人民從事農(nóng)事活動的重要依據(jù)。
圭表測時(shí)的精度是與表的長度成正比的，中國使用圭表測時(shí)，一直延續(xù)至明清時(shí)期。現(xiàn)在，中國發(fā)掘出土的圭表文物有汝陰侯圭表、儀征圭表等，保存至今的圭表遺址有登封市測景臺、北京古觀象臺圭表等。
構(gòu)造與功用
圭表由圭和表兩部份組成：圭是沿正南北方向水平放置的標(biāo)尺，表面刻有寸、尺、丈等刻度，主要功能為測量表影的長度，表是直立的標(biāo)竿，置于圭的兩端且與圭垂直。當(dāng)太陽照著表的時(shí)候，圭上出現(xiàn)了表的影子，根據(jù)影子的方向和長度，就能方便讀出一年中任何一天正午的影長數(shù)值。
圭表還可以用來定方位、推算二十四節(jié)氣，測定一個(gè)地方的子午線和當(dāng)?shù)氐牡乩斫?jīng)緯度。并能測出一個(gè)回歸年(地球上寒來暑往的周期)的長度，它用于編制歷法，確定一年的天數(shù)。
中國春秋時(shí)代已經(jīng)使用圭表測量連續(xù)兩次日影最長和最短之間所經(jīng)歷的時(shí)間，計(jì)算出回歸年的長度。根據(jù)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，并進(jìn)而推算出一個(gè)回歸年的長度。
為提高精度，還可將當(dāng)時(shí)測定的某個(gè)冬至日的日期與歷史上盡可能早的某個(gè)冬至日期相比較，以這期間相隔的日數(shù)除以經(jīng)歷的年數(shù)，由此可以得到相當(dāng)精確的回歸年長度值.。
歷史起源
圭表作為一種最古老且樸素的天文儀具，其起源年代可上溯到距今八千年前。古人學(xué)會立表測影的原因就在于人們對自己身影的了解，由于古人最早認(rèn)識的日影只能是自己的身影，因此最原始的測影工具應(yīng)該是人體自身。
立桿測影的方法約出現(xiàn)于新石器時(shí)代中期，即距今五六千年前，在這之前有一個(gè)相當(dāng)長的利用自然物看日影的歷史階段。在很長時(shí)間內(nèi)桿是利用代替物，并沒有專用的、特制的桿。測影所用的桿最初也無專名，大約到春秋時(shí)才開始用"表"，規(guī)定長度為八尺，可能來自人的身高。銅表出現(xiàn)于西漢。
人類文明的發(fā)展是從先民有意識地規(guī)劃空間和時(shí)間開始的。對時(shí)空的規(guī)劃必須借助天文儀器才能實(shí)現(xiàn)，這使表的創(chuàng)制成為一切天文儀具中最古老的一種。事實(shí)上，表的發(fā)明不僅推動了中國古代天文學(xué)的進(jìn)步，而且由于時(shí)空制度乃是人文制度賴以建立的基礎(chǔ)，因此它對文明歷史的形成和發(fā)展也具有十分重要的意義。
度量表影需要使用一種平臥的度尺，古人名之曰"土圭",意思就是度圭。最初立桿測影是在平整的土地上進(jìn)行，在影端畫一記號，再量影長，所以叫土圭。土圭源于周代，但直到漢代，它只被解釋為在地面作記號。漢代開始使用“銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸”，從這里的長和廣，可以看出土圭的存在和使用，但是，制作材料尚不明確。寬度(相當(dāng)于現(xiàn)代七八寸)推測，用石或金屬造的更合理。但也不能排除土造的可能。之后也有銅圭、玉圭。?最早的土圭由玉制成，長度僅為周尺的一尺五寸，這顯然只適用于測量天地之中的夏至影長。由于夏至日正午的影長乃是一年中長度最短的影，因此在這樣?的土圭上已沒有必要標(biāo)示刻度，人們只需在夏至即將來臨的時(shí)候，將土圭放到表?xiàng)U底部的正北，并認(rèn)真找出表影與圭相合的日期，從而最終定準(zhǔn)夏至。《尚書·堯典》獨(dú)于夏至而言“敬致”，即反映了古人于夏至致日測影的古老傳統(tǒng)。
演進(jìn)歷程
圭表是中國最古老最簡單的一 種天文儀器，其在古代天文學(xué)史上占有非常重要的地位。從傳說的上古史推斷，中國古代立桿測影的起始年代早于公元前三、四千年的新石器時(shí)代中期，即距今五六千年前。在很長時(shí)間內(nèi)桿是利用代替物，測影所用的桿最初也無專名，大約到春秋時(shí)才開始用“表”，規(guī)定長度為八尺， 可能來自人的身高。銅表出現(xiàn)于西漢。至于“圭”字 的出現(xiàn)要比專用的桿可能晚得多，一開始是利用平地,就是“土圭”，這個(gè)“土”字不能釋為度，而“圭”為 卦之古文。用一個(gè)固定的器物（如石）為圭在漢代之后。漢代以后的圭表，表高通常取為8尺。
隨著時(shí)間的推移，中國各朝代人們不斷對圭表進(jìn)行改進(jìn)，從圭表的材料上，最早由竹子、木頭，到石圭表、銅圭表；圭表的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，由小到大，由簡單到復(fù)雜，測量手段越來越先進(jìn)，測量數(shù)據(jù)精度也大大提高，唐朝時(shí)期，用圭表在全國設(shè)立九個(gè)觀測點(diǎn)，進(jìn)行全國統(tǒng)一的天文地理觀測。
元代的天文學(xué)家郭守敬在建造登封觀星臺的時(shí)候， 把表高加高五倍， 表端放置一橫梁， 創(chuàng)造 了 “ 景符” ， 測得太陽中心的影長， 并解決了表高影端模糊的問題， 大大提高了觀測的精確度，其投影細(xì)如發(fā)絲，用此種方法測得的影長，可精確到士2毫米。 此外， 唐宋以前， 圭表只用于觀測太陽， 郭守敬創(chuàng)制的“ 窺幾” 還可觀測月球和星座， 增加了圭表的效用。
明代將表高恢復(fù)為8尺，圭長則為1丈多，清代欽天監(jiān)在明制表的頂端加上一截，使表高達(dá)10尺，這時(shí)在冬季表影會落到圭外，于是，清人在圭的另一端立了一個(gè)高3尺5寸的“小表”，相當(dāng)于圭的延伸，稱立圭，冬季表影會落在立圭上。
文物及遺址
登封測景臺
登封測景臺又叫登封觀星臺，位于中國河南省登封市東南十五公里的告成鎮(zhèn)，建造于1279年，是元代杰出的天文學(xué)家郭守敬在周公測時(shí)的地方設(shè)計(jì)并建造的一座圭表。測景臺由一座9.46米的高臺和從臺體北壁凹槽里向北平鋪的長長的建筑組成，這個(gè)高臺相當(dāng)于堅(jiān)固的表，平鋪臺北市地面的是“量天尺”即石圭.這個(gè)碩大的“圭表”使測量精度大大提高。郭守敬創(chuàng)新性地把表高加高五倍， 表端放置一橫梁， 據(jù)小孔成像原理， 創(chuàng)造 了 “ 景符” ， 測得太陽中心的影長， 并解決了表高影端模糊的問題， 大大提高了觀測的精確度。 此外， 唐宋以前， 圭表 只用于觀測太陽， 郭守敬創(chuàng)制的“ 窺幾” 還可觀測 月球和星座， 增加了圭表的效用。
汝陰侯圭表
1977年，考古學(xué)家發(fā)掘了中國阜陽市羅莊雙古堆西漢夏侯嬰夏侯灶(?～公元前165) 墓，在墓室中找到幾件漆器。這幾件漆器出土?xí)r木質(zhì)雖然已經(jīng)嚴(yán)重腐爛，但它們較耐腐的漆皮卻保留了有關(guān)它們結(jié)構(gòu)和尺寸的基本信息，并被 考古學(xué)家細(xì)心地測量和保存下來，繪制了1：1大小的圖紙。經(jīng)過對這些保留材料和數(shù)據(jù) 的科學(xué)分析可以發(fā)現(xiàn)，所謂“不知名漆器”實(shí)際帶有測定春秋分和冬夏至正午影長的功能，是迄今所見的我國歷史上最早的一件圭表實(shí)物。
儀征市圭表
1965年，中國江蘇儀征石碑村東漢1號墓(屬東漢中期以 后)出土了一件帶有刻度的尺狀器物，最初被當(dāng)成尺子 ，但經(jīng)天文史家考證，確定它為一架折疊式圭表。
北京市古觀象臺的圭表
北京古觀象臺是中國明清兩代的皇家天文臺。圭表是古觀象臺最早的天文儀器之一。明正統(tǒng)二年(1437年)春天，明政府派人去南京用木料，仿制了宋代渾儀、元代簡儀和圭表，然后運(yùn)回北京，校驗(yàn)后澆鑄成銅儀，安放在古觀象臺臺頂，供觀測使用。圭表的底座為明仿元代郭守敬所制，其上銅圭表為1983年復(fù)制，原件現(xiàn)存南京紫金山天文臺。
文化價(jià)值
圭表測影是中國古代最基本的天文測量方法之一，它可以用來定方向、定節(jié)氣、定時(shí)刻和定地域。考古學(xué)的證據(jù)表明，觀測日出方位的方法比圭表測影更簡單，不過對地域的依賴性很高。因此，圭表測影方法的出現(xiàn)，在天文上促進(jìn)了“地方性”文明向“世界性”文明的轉(zhuǎn)變，對于國家形態(tài)的產(chǎn)生也具有重要意義。
定位建都
利用圭表測影的方法確定方向和建都的位置，是《周禮》中對于“惟王建國”的基本要 求。中國天文學(xué)史上的“地中”概念即是利用圭表測影來確定。它也代表著國家政治中心的所在。
確權(quán)分封
由于對冬夏至的影長測量在中國古代具有重要的政治文化意義，即在“地中”觀測到的冬夏至影長，被認(rèn)為是編制歷法及列土封疆的基本依據(jù)。中國古代諸侯疆域的分封，也是由測影的長度來確定的，并逐漸演化為代表權(quán)力的象征性符號。
制歷興農(nóng)
為了農(nóng)業(yè)的需要，人們必須掌握最主要的天象，特別是掌握四時(shí)變化的基本規(guī)律和農(nóng)作物生長周期的關(guān)系。中國漢代以來的史書記載顯示，圭表測影是官修歷法的重要組成部分，亦是早期天文歷法體系（如《太初歷》）的基礎(chǔ)內(nèi)容。由于制定歷法是中國古代重要的國家職能之一，因此圭表測影活動也在政府的支持下 得以進(jìn)入精致化發(fā)展的過程，測影技術(shù)不斷得以改進(jìn)，從而使歷法的精度得到了很大提高。
參考資料 >