我国古人是怎样计时的？聊一聊古代计时工具（中）

我国古人是怎样计时的？聊一聊古代计时工具（中）

中国古代的计时工具不仅体现了古人的智慧，也是中华文化的重要组成部分。本文将详细介绍两种主要的古代计时工具——圭表和日晷，探讨它们的结构、使用方法以及历史演变。

圭表

圭表由“圭”和“表”两部分构成。圭是水平放置的带有刻度的标尺，用以测定日影的长度；表是垂直的标杆，用于产生日影。原始圭表就是立竿见影。通过观察和记录一天中影子的长短变化，就可以确定正午时刻。通过观察和记录一年中每天影子的长短变化，就可以判定节气和制定历法。

每当太阳转到正南方的时候，阳光照射在表上，表影就落在圭面上。根据影子的方向和长度，就能确定时间。表影最长的时候，就是冬至；表影最短的时候，就是夏至；影子长度适中为春分或秋分。

将表影的长度以一年为周期标在一个圆上，圆心为表的投影点，形成的图形就是中心不为零的太极图，进行消除零半径的中心点，形成的太极图就是常见的二十四节气太极图。

一提到圭表，我们很容易把它和日晷搞混，虽然它们都是测量太阳影子的，但二者无论是样式，还是功能都有很大不同，需要大家注意。

其实，准确地来讲，圭表主要是用来定方位，判节气，测回归年长度的，真正被用于观测日常生活中每天时刻的，还得是它的亲兄弟—日晷（guǐ）。

日晷

本义是太阳的影子，所以它指的是古人利用太阳投射的影子来测定时刻的一种计时工具。

如今出土最早的日晷来自秦汉时期，不过那时人们称之为“晷仪”。可是看起来和我们印象中的日晷很不一样啊，中间圆孔插根游表也挺像的，但外面一圈刻的不是十二个时辰，而是69个用来插游表的小孔，每个孔都有一条直线连接圆心，边上还顺时针排列了69个数字编码。按照小孔分布来看，圆周一共被分成了一百等分，对应的应该就是一昼夜分成的一百刻。

晷仪，汉，中国国家博物馆藏

至于它的用法，学术界莫衷一是。

有人说这是用来测方位的，和圭表一样；也有人认为可以通过太阳位置得出具体的时刻，69个小孔应该对应的就是白天的时刻，剩下没有刻度的部分就是晚上的时刻；最后又有人提出这不是用来测时刻的，而是用来校准漏壶用的。

不论哪种说法更有理，但可以肯定的是那时的晷仪一定具备测时的功能。虽然古人日常生活更爱用漏刻来测时，因为它不受日照影响，而且更精细，但没有天象作依据，每个漏刻是什么时候开始计时的？是快了还是慢了，不清楚。这就需要有一个统一的参照物。

实际上，古人历来都是把日晷和漏刻放在一起配合着使用的，比如《后汉书･律历制》记载：“孝章皇帝历度审正，图仪晷漏，与天相应，不可复尚。”《隋书･天文志》记载：“鄜（fū）州司马袁充上晷漏刻影。”《晋书･天文志》也说：“谓其行急疾，与晷漏竟驰也。”

具体做法大概是这样的，首先用日晷对准正午的时间。把日晷斜着放，跟赤道面平行，让定表对着北天极，十字线对准东南西北方位，这样日影就能均匀走动了。春夏两季刻度盘朝下，看表影指向就能直接读出时刻。

秋冬时分刻度盘旋转180°朝上，因为从秋分开始，太阳直射点开始南移，晷面上就看不到太阳了。这样在中间小孔里插上游表，让定表和游表与太阳位置重合，就可以读出时刻了。

找到日中时分后，然后启动漏刻开始计时，过几天换水的时候，就再选择一个晴天来重新开始，这样就能校准漏刻了。

我们现在常见的日晷样式是到南宋时才出现的，南宋史学家曾敏行在其《独醒杂志》卷二里详细记载了它的画法和用法。

这时的日晷由铜制的指针和石制的圆盘组成，铜制的指针叫作“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立杆的作用，因此晷针又叫“表”；石制的圆盘叫作“晷面”，倾斜安放在石台上，晷面平行于天赤道面，这样，指针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。

清朝赤道式日晷

后世的日晷背面也刻上了度数，这样在使用时就不需要游表也不需要旋转，只要在春分到秋分时段看晷面的上方，秋分到次年春分时间看晷面的下方就行了。因为春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北面运行，晷针的影子始终投向晷面的上方；从秋分到次年的春分，太阳总是在天赤道的南面运行，晷针的影子始终投向晷面的下方。遗憾的是，春秋二分这两天没办法用了，因为日光正好照射在侧面，这算是赤道式日晷的缺陷吧。

赤道式日晷是所有日晷中最重要和最常见的，也是中国古代最经典和传统的天文观测仪器。

隋代袁充曾发明过一个刻着十二时辰的短影平仪，这就是后来的地平式日晷。地平式日晷的晷面必须严格水平，晷面与晷针之间的夹角就是当地的地理纬度。晷面刻度需要利用三角函数计算来确定。

地平式日晷

但晷面水平放置，测出的太阳地平经度变化就不均匀了，因为太阳每天在天球上的运动是由地球自转引起的，而地球的自转轴是和赤道面垂直的，所以要测太阳位置的变化只有沿着赤道计算才是均匀的，平放着沿地平圈计算是不均匀的。这样一来，刻度就不均匀了。袁充把地平式日晷和漏刻的数据相比较，发现两者相差悬殊，于是他把这个问题上报朝廷，但他没有继续研究该怎么解决问题，反而建议把原来均匀的漏刻也改成不均匀的，这显然是科技的倒退！

这种不合理的改革必然遭到人们的反对和抵制，但同时，大家又没把他的发现当回事儿，这个问题最终被淹没在历史的长河里。直到明末，西方传教士把欧洲的地平式日晷传入中国，这个问题才被解决。是的，日晷不光我们用，西方人也一样使用，大家都同处一个地球，共有一个太阳嘛。

据英国科学家李约瑟论证，日晷在亚洲的发展与西方是并行的，只不过西方的日晷通常是地平式或垂直式（晷面垂直于地平面）的，而中国则多是赤道式的。地平式或垂直式日晷的制作需要许多关于画法几何学的知识，并且需要复杂的计算，所以相对而言赤道式日晷刻度均匀，看起来更加清晰，是所有日晷中最准确的一种。

西方垂直式日晷

人类使用日晷的时间非常久远。日晷不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的，笨重而且看不到阳光的时候不能用，如：阴天和晚上。

好啦，关于圭表与日晷的测时知识就介绍到这里，以后在讲天文仪器的时候我们还会再详细说明的。Bye，see you next time！