@20402

九靈
游客

简单解释一下以上天文测量:

第一、立表测影:圭表由两部分组成,垂直立于平地上的标杆称为表,水平放置的测影尺称为圭,两者以直角相接。

室外立表,可得日影,日影的长度,可通过圭上的刻度读出。

在北回归线以北使用圭表,每日正午,太阳在正南,表影最短。通过表影最短时日影所在位置,可以快速确定南北子午线位置。一年中的冬至时,太阳照射地球位置最南,北回归线以北表影最长,一年中的夏至时,太阳照射地球位置最北,北回归线以北表影最短。

通过圭表来每日记录日影长度,通过多年累积的记录,便可确定冬至和夏至最可能出现的日期,进确定二十四节气的日期。

圭表的最早实物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏时代的遗存,至迟到到西汉时候,一种建置于露天的常设圭表开始出现。这类仪具以青铜制成,表高八尺,圭长一丈三尺。到了汉武帝时期,将 “二十四节气” 吸收入《太初历》作为指导农事的历法补充,采用圭表日影长度确定 “二十四节气”,用圭表测影法测出黄河流域的白昼最短、日影最长这天作为冬至日,以冬至日为 “二十四节气” 的起点,两个冬至日之间即为一回归年,把一年的时间再二十四等分,即得出了二十四节气。

通过每四年的冬至正午出现一次最长日影,中华古人已经推算出回归年长度是 365 又四分之一日。然而冬至点并非总发生在日中,它可能出现在一天之中的任何时刻,因此,为求得准确的冬至时刻,中华古人就必须对冬至日影进行连续不断的长期测算。

1279 年前后,元代杰出天文学家郭守敬在河南登封设计并建造了一座测景(影)台,它是中国现存最早的古代天文台。整个观星台相当于一个测量日影的圭表。

高耸的城楼式建筑相当于 “表”,台下有一个类似长堤的构造,相当于测量日影长度的 “圭”,也叫做 “量天尺”。

城楼式建筑上有一个高 9.46 米的平台,上有两间小屋,一间放漏壶计时,一间放浑仪验天象,两间屋子之间还有一根横梁,高 40 尺。以横梁的日影作为立表的日影。地上的量天尺长 31.19 米,位于平台正北。每天正午,太阳光照在横梁上的影子投射在 “量天尺” 上。通过测量一年当中影子长度的变化,可以确定 1 年的长度。郭守敬把立表高度从传统的 8 尺高度提高到 40 尺高度,日影长度测量的相对误差大幅减少。

日影的长度也随之增加 5 倍,日影边缘的模糊虚化也增加了,难于确定日影的真正边缘。郭守敬发明了景符,将方铜片放置在圭面上,调整角度,使其与太阳光直射方向垂直,然后沿圭面滑动,寻找横梁投在圭面上影子,直至景符下出现一个明亮的小圆斑,且圆斑正中央有一根明显的细线。

初中物理课本中的 “小孔成像” 原理已经告诉我们,这个亮斑就是太阳的实像,而亮斑中心的横线就是横梁的影子。

景符的应用,不仅解决了日影发虚的问题,同时还捕捉到太阳中心光照在表上的影长,而传统的立表只能测到太阳边缘光的影长,如此一来,测量结果的精确度自然成倍提升。

经过一年的观测,结合从全国收集来的数据,并参考以往的历法,郭守敬和他的同事们推理演算,最终将一年的时长定为 365.2425 日,也即 365 天 5 小时 49 分 12 秒。这个结果比今天计算的地球绕太阳公转一周的实际时间仅多 25.92 秒。而西方的《格里高利历》比郭守敬晚了 300 年才达到同样的精度。

注:

❶,事实上应该是在斯卡利杰的门徒佩塔维斯根据中国的相关资料编造出 ‘公元’(公元前)之后,即在 17 世纪中叶以后,《格里高利历》才出现(被冠名于先前的教皇 ‘格里高利’)。欧洲各国通用它是在 18 世纪中叶以后。(Brian Nugent: A Guide to the 18th Century Land Records in the Irish,Corstown,2013,p.31. 见诸玄识《虚构的西方文明史——古今西方 “复制中国” 考论》第 63 页,山西人民出版社 2017 年 10 月第 1 版。)具体对《格里高利历》的考证见 #18017 楼。