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古人如何掌握节气与纪年——从圭表说起
2018-06-2214:03:25 来源: 新华网
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  二十四节气是中国古代劳动人民的经验积累和智慧结晶,对指导古代劳动人民掌握农时,合理安排农事活动具有重要的意义。据史料记载,我国在秦汉时期已经总结出了完整的二十四节气,而二十四节气中的两分、两至日在更早的战国时代已有记载。

  二十四节气是根据地球绕日公转时在黄道(即公转轨道面)上的位置确定的。把地球绕日轨道平均分为二十四份,每隔15°为一个节气,始于立春,终于大寒,周而复始。

  在没有现代天文学知识及精密观测仪器的情况下,古人是如何做到准确确定二十四节气的日期呢?这就要从一种简单易行的观测方法和一种相应的观测仪器说起。这种观测方法称为高表测影法,相应的仪器就是圭表。所谓高表测影法,通俗的说,就是垂直于地面立一根杆,通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面的直杆叫表,水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫圭。

  太阳每天东升西落,正午时处于最高的位置。但季节不同,正午太阳的高度也不相同,夏季时太阳高一些,冬季时低一些。

  因此,我国古代劳动人民发现了太阳高度变化造成的物体影长变化与岁月周期变化的相关性,进而确立了最早的几个节气——夏至、冬至、春分、秋分。由于我国主要位于北回归线以北,当正午时,太阳始终位于正南方,圭表中的圭尺朝南北方向放置,垂直的表因太阳照射形成的影子正好落在圭尺上。到了冬至日,正午太阳高度最低,影子最长;而到了夏至日,正午太阳高度最高,影子最短。经过长期的反复观测记录正午日影,确定了一年中影子最长最短的位置,因此确立了夏至与冬至。

  而两次冬至或夏至之间的时间间隔,就是一个回归年。在确定了回归年周期之后,人们把一年的时间再二十四等分,即得出了二十四节气,古人把这种方法叫“平气法”。因为冬至时影子最长,其相邻几天的影长变化最为明显,更利于观测记录。

  我国古人利用冬至日间隔来计算回归年,所测量计算的结果十分精确。而且在很长的历史时期内,我国所测定的回归年时间精度一直位居世界第一。由于圭表中表的高度与测量精度呈正比,所以,在我国有一部分的圭表设计的非常高大,比如河南的登封观星台。(本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创)

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