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1. “立杆見影”
物體在光線的照射下， 就會投下或深或淺的影子。這大概是最尋常不過的自然現象了。
由於太陽提供人類需要的光明， 人們的生活基本上是循著“日出而作， 日入而息”的規律。“日出”和“日入”的時刻已將一天明確分為晝和夜了。此外， 還可以根據太陽在空中的不同位置來估計時刻或時間， 這為精確的測量提供了基礎。然而， 由於太陽的光芒太耀眼了， 直接觀測太陽的位置的確是有困難的。
古時候， 人們還發現， 隨著太陽的位置不同， 它投射在地麵的影子( 如樹影、房影、人影) 會隨之緩慢移動， 而且將太陽在空中的位置同地麵物體的影子聯係起來並不困難。如果我們實際測量一下， 就可以發現， 影子的方向和長短變化是有規律的， 借此完全可以確定出一天的時刻。
據《史記》記載， 戰國時期， 齊國為了抵禦晉國和燕國的侵擾， 派一位戰將率軍前往， 同時有一位“監軍”隨同前往督戰。將軍同這位“監軍”商定了出發的日期， 決定於次日中午時刻出發。
第二天， 將軍集合好隊伍後， 就在地麵上插了一根木杆( 稱作“表”) 來測定時刻。到了中午時刻， “監軍”竟未到。“監軍”的遲到為軍紀所不容， 為此斬了“監軍”。這個故事的結果並不重要， 但是， 他們測定時刻的“表杆”卻引起了科學家的重視。這可以說明， 至少在戰國時期， 我國已出現了地平式日晷。
日晷的結構極其簡單。它是立一根叫做“表”的木杆。
在陽光的照射下， 木杆投在地麵上的影子具有一定的長短和方向。借此可知當時的時刻。可見這個影子就相當於鍾表的指針， 而太陽位置的變化就相當於在“撥動”指針了。
日晷的結構簡單， 因此易於普及。根據出土的日晷來看， 它是古代很普遍的測時裝置。象清代皇家的太和殿前就安放著日晷作為測時和裝飾之用。
為了提高測時的精度， 一些科學工作者對此進行了研究， 其中最早的研究是先秦墨家學派做出的。
墨家在實驗中發現， 影子的大小與光源的遠近和物體( 如表杆) 的斜正有關。具體地講， 木杆斜立時， 影子就短；正立時， 影子就長。而光源小於木杆時， 影子就大於木杆；反之亦然。此外， 光源距木杆遠近也有類似的影響。
墨家關於日晷成影的變化情況的研究是很有意義的， 它保證了日晷的測量精度， 這也是為什麽長期難於被別的測時裝置完全取而代之的原因。
為了測定日影， 古人還發明了一種裝置――圭表。所謂“表”就是一根長為8 尺的標準木杆。根據當時的度量標準， 8 尺長的表與人的( 平均) 身長等高； 而“圭”就是水平放置在南北方向上的標尺。圭表主要測定影長。中午時刻測定影長最短， 借此可以準確地確定節氣的變化。
在西漢時期， 當時的人就製造出銅製圭表。這種圭表將圭和表兩部分固定起來， 以保證測量的精確度。祖衝之對銅製圭表很是讚賞， 他說： “銅表堅剛， 暴潤不動， 光晷明潔， 纖毫盡然。”
表杆高為8 尺並不能作為定製， 原因是， 地球是一個球體， 在同一經度上緯度的不同使表影長度有變化。這種變化並不是成正比的。為了不使差別太大， 就要加大表杆的高度。最有名的圭表位於河南登封縣告成鎮的古觀象台， 它是元代著名天文學家郭守敬和王恂領導建立的。
告成鎮的圭表高36 尺， 高出表上端4 尺還有一根橫梁， 實際表高40 尺。這是傳統表高8 尺的5 倍。這可以大大縮小測量的誤差。
然而， 考慮到發光的太陽為一個麵( 不是一個點)， 加上空氣擾動的影響， 表端投射到圭麵的影像就變得較為模糊。這為測量帶來了很大的困難。
如何解決這個問題呢？ 他對此進行了研究。郭守敬首創了一種稱為“景符”的觀測器具。它有一個小部件， 是一塊帶孔的銅片， 並且可以調節銅片的傾斜程度。陽光透過小孔可以在圭麵上形成清晰的像。這樣， 就可以精確地測量表影的長度了。
此外， 對於圭麵的製作， 郭守敬也采取了很好的措施。這個石製的圭麵長為128 尺。為了保持圭麵的水平和表端橫梁的水平， 郭守敬分別鑿有水槽， 以檢驗它們的水平情況。
由於郭守敬采取的各種措施， 使它們的測量誤差隻有萬分之五尺， 折成今天的長度單位， 約為0. 1 毫米。正是郭守敬如此準確的測量精度， 使他領導編製的《授時曆》的回歸年長度為365. 2425 天， 與今天的計算相比隻差20 餘秒。西方的曆書， 在300 年後才達到如此的精度。可見天文觀測中光學儀器的重要性。
由於太陽提供人類需要的光明， 人們的生活基本上是循著“日出而作， 日入而息”的規律。“日出”和“日入”的時刻已將一天明確分為晝和夜了。此外， 還可以根據太陽在空中的不同位置來估計時刻或時間， 這為精確的測量提供了基礎。然而， 由於太陽的光芒太耀眼了， 直接觀測太陽的位置的確是有困難的。
古時候， 人們還發現， 隨著太陽的位置不同， 它投射在地麵的影子( 如樹影、房影、人影) 會隨之緩慢移動， 而且將太陽在空中的位置同地麵物體的影子聯係起來並不困難。如果我們實際測量一下， 就可以發現， 影子的方向和長短變化是有規律的， 借此完全可以確定出一天的時刻。
據《史記》記載， 戰國時期， 齊國為了抵禦晉國和燕國的侵擾， 派一位戰將率軍前往， 同時有一位“監軍”隨同前往督戰。將軍同這位“監軍”商定了出發的日期， 決定於次日中午時刻出發。
第二天， 將軍集合好隊伍後， 就在地麵上插了一根木杆( 稱作“表”) 來測定時刻。到了中午時刻， “監軍”竟未到。“監軍”的遲到為軍紀所不容， 為此斬了“監軍”。這個故事的結果並不重要， 但是， 他們測定時刻的“表杆”卻引起了科學家的重視。這可以說明， 至少在戰國時期， 我國已出現了地平式日晷。
日晷的結構極其簡單。它是立一根叫做“表”的木杆。
在陽光的照射下， 木杆投在地麵上的影子具有一定的長短和方向。借此可知當時的時刻。可見這個影子就相當於鍾表的指針， 而太陽位置的變化就相當於在“撥動”指針了。
日晷的結構簡單， 因此易於普及。根據出土的日晷來看， 它是古代很普遍的測時裝置。象清代皇家的太和殿前就安放著日晷作為測時和裝飾之用。
為了提高測時的精度， 一些科學工作者對此進行了研究， 其中最早的研究是先秦墨家學派做出的。
墨家在實驗中發現， 影子的大小與光源的遠近和物體( 如表杆) 的斜正有關。具體地講， 木杆斜立時， 影子就短；正立時， 影子就長。而光源小於木杆時， 影子就大於木杆；反之亦然。此外， 光源距木杆遠近也有類似的影響。
墨家關於日晷成影的變化情況的研究是很有意義的， 它保證了日晷的測量精度， 這也是為什麽長期難於被別的測時裝置完全取而代之的原因。
為了測定日影， 古人還發明了一種裝置――圭表。所謂“表”就是一根長為8 尺的標準木杆。根據當時的度量標準， 8 尺長的表與人的( 平均) 身長等高； 而“圭”就是水平放置在南北方向上的標尺。圭表主要測定影長。中午時刻測定影長最短， 借此可以準確地確定節氣的變化。
在西漢時期， 當時的人就製造出銅製圭表。這種圭表將圭和表兩部分固定起來， 以保證測量的精確度。祖衝之對銅製圭表很是讚賞， 他說： “銅表堅剛， 暴潤不動， 光晷明潔， 纖毫盡然。”
表杆高為8 尺並不能作為定製， 原因是， 地球是一個球體， 在同一經度上緯度的不同使表影長度有變化。這種變化並不是成正比的。為了不使差別太大， 就要加大表杆的高度。最有名的圭表位於河南登封縣告成鎮的古觀象台， 它是元代著名天文學家郭守敬和王恂領導建立的。
告成鎮的圭表高36 尺， 高出表上端4 尺還有一根橫梁， 實際表高40 尺。這是傳統表高8 尺的5 倍。這可以大大縮小測量的誤差。
然而， 考慮到發光的太陽為一個麵( 不是一個點)， 加上空氣擾動的影響， 表端投射到圭麵的影像就變得較為模糊。這為測量帶來了很大的困難。
如何解決這個問題呢？ 他對此進行了研究。郭守敬首創了一種稱為“景符”的觀測器具。它有一個小部件， 是一塊帶孔的銅片， 並且可以調節銅片的傾斜程度。陽光透過小孔可以在圭麵上形成清晰的像。這樣， 就可以精確地測量表影的長度了。
此外， 對於圭麵的製作， 郭守敬也采取了很好的措施。這個石製的圭麵長為128 尺。為了保持圭麵的水平和表端橫梁的水平， 郭守敬分別鑿有水槽， 以檢驗它們的水平情況。
由於郭守敬采取的各種措施， 使它們的測量誤差隻有萬分之五尺， 折成今天的長度單位， 約為0. 1 毫米。正是郭守敬如此準確的測量精度， 使他領導編製的《授時曆》的回歸年長度為365. 2425 天， 與今天的計算相比隻差20 餘秒。西方的曆書， 在300 年後才達到如此的精度。可見天文觀測中光學儀器的重要性。
