前几期的节目，我们介绍了中国古代天文历法，那么古代人是通过什么方式来记录时间，进而形成今天我们所看到的历法呢？其实，聪明的古代人发明了很多的天文仪器来实现时间的记录。
中国古代大一统的封建王朝出于对历法编制和宫廷星占的需要,要求天文观测必须日益提高精度，而封建王朝对计时工作的需要,也要求计时设施日益精密。这就有力地推动了我国古代天文仪器的发展。下面，我们将从圭表开始学习中国古代的天文仪器。
圭表是距今3000年前已问世的最古老的天文仪器。它由直立指向正上方的标竿和沿正南北方向水平放置的长尺构成,前者称为表,后者称为圭，合称圭表。在南京紫金山天文台,现还保存着一台明代正统四年(1439年)建造的圭表。表高8尺，上端有一供太阳光射入的圆孔，正午时它将会在圭面中央留下影子。
北京古观象台圭表
1965年,在江苏仪征出土了一个袖珍铜圭表,表身可折叠存放进圭面上专门刻制的槽内，它打开后可自行垂直于圭面，圭面长度和表的高度只有正常圭表的1/10。
东汉铜圭表
圭表可用于确定正午(真太阳时12时正)的时刻,这时表影正好投影在圭面东西两侧之间的中央位置。圭表安装时严格地在正南北方向上;表身严格沿铅垂线方向;圭面严格在水平面上,圭面上往往刻有围绕一圈的凹槽,若在凹槽中灌上水,便很容易检查出圭面是否水平。每年夏至日表影最短，冬至日表影最长，从当年的冬至到下一年的冬至为一回归年的长度。由于中国古代长期采用干支纪日和干支纪年，日期和年份始终没有错乱，因此古人在实际工作中往往将自己当时测定的冬至日期与上千年前的冬至日期相比较,然后以其间相隔的日数除以其间相隔的年数,这样可以获得十分精确的回归年长度值。
元代的郭守敬建成了一台巨型圭表，简称高表。“表”的高度从8尺延长到4丈，圭面也大大加长。由于表的高度提高到4丈，横梁的影子投在圭面上往往不清楚。郭守敬发明了一种叫景符的装置，它是一个宽2寸、长4寸且中间有一小孔的铜叶，北高南低地放在一个可在圭面上来回移动的架子上，利用小孔成像原理，在圭面上可清晰地看到太阳和4丈高表的横梁的像，当梁影正巧平分太阳像时，由此位置可以精确地测出日影长度。
高表
在该高表上，郭守敬还发明了一种叫“窥几”的附属设备，它是一张桌面上开有长缝的长方桌，桌子长6尺、宽2尺、高4尺，长缝长4尺、宽2寸。将窥几放在圭面上，人在窥几之下观测，几面的长缝中有两根被称为窥限的界尺，观测恒星等天体时,使两窥限分别与天体及横梁上下边缘成一直线，然后取两窥限的中值，由此可计算出天体在圭面上的“影长”，从而推算出天体的地平高度。
高表和窥几测量天体地平高度示意图
按照上述高表的原理,郭守敬建造了元观星台,即现存的登封测景台。南北方向伸展的上面有水槽的灰白色突出物是圭面,高4丈的高表已不存在,但若在上部中间亮框处左右两个面对面的窗口上放一横梁,它离圭面的高度正好4丈,利用它依然可以配合景符、窥几进行实验和观测。而该测景台中间部分的屋顶只盖了面向读者的北半侧，南半侧未盖，在登封这一纬度处它不会挡住中午的阳光照射横梁。
登封测景台
下一期的节目，我们将介绍另一个中国古代天文仪器。让我们下期再见！
文字摘自《图解天文学史》，图片来源于网络。