“二十四節氣”是中華民族農耕文明的產物，也是我國寶貴的非物質文化遺產，千百年來在指導中國人的生產生活實踐方面發揮了巨大作用。即日起，科普中國聯合中國氣象學會推出“節氣科普”系列原創內容，帶您盡攬華夏智慧之美。

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夏至，于對北半球特定地點而言，是正午太陽高度最高、全年白晝最長而黑夜最短的一天，宛如盛夏奏響的激昂序曲，宣告著一年中最熱烈時節的到來。其實，太陽直射點的移動及其對地球產生的深遠影響，早在遠古時期就已進入古人的視野。今天，我們就一起聊一聊古人觀測太陽的古老話題。

陶寺觀象臺：縫隙中觀測太陽光影

早在4000多年前的陶寺，先民們就用獨特的方式嘗試與時空進行對話。位于山西省襄汾縣的陶寺遺址上，坐落著一排13根直立的夯土柱，構成半徑10.5米的半圓形觀測臺基，柱間形成12道寬0.2至0.5米的觀測縫，這是中國迄今最早的“問天”和探索宇宙的天文設施，也是我國傳統二十四節氣的主要源頭。

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陶寺遺址原址處復原重構的“古觀象臺”。

圖片來源：央視一套《開講啦》

站在觀測點上，當時的天文官可以通過縫隙觀測到塔兒山山脊，通過日出在不同柱子縫隙中出現的位置，便能大致判斷出節令。例如今天，便可以觀測到日出出現在東12號縫上。

周公測景臺：立竿無影的“地中”之證

相傳，周公旦輔佐周成王時，為了“辨方正位”“天下之中”，于西周初年（約公元前1037年）在河南登封建筑土圭，通過測量日影來確定時間和節氣。測景臺由石圭（帶刻度的水平尺）、石表（柱體）、石頂（冠球）三部分組成。

夏至正午，陽光如金色的絲線灑下，石表投影縮至最短。周公使用圭表法進行天文測量，確定地中位置。這在《周禮·地官·大司徒》中有明確記載：“以土圭之法，測土深，正日景，以求地中。”這段話的意思是，在夏至日的正午時分，用八尺圭表測量影長，當影長恰好為一尺五寸時，便是地中的位置。此時表頂石球的投影邊緣恰好與石圭底座上的特定位置重合，營造出石表“無影”的奇妙視覺效果，古人將其視為“地中”確證。這就是被廣為流傳的“立竿無影”。

東漢銅圭表：折疊間的科學精妙

1965年，考古人員們在江蘇儀征的一座東漢墓中發現了一件“便攜式”折疊銅圭表（現藏南京博物院）。

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銅圭表 南京博物院藏

圖片來源：南京博物院官方微信公眾號

“晝參日影，夜觀極星，以正朝夕。”圭表是中國度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個部件組成。垂直于地面的直桿叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以測量影長的標尺叫“圭”。正午陽光照射之下，“表”的影子投射在“圭”上，根據影子的方向和長短，就能讀出季節和時間。早在公元前20世紀，我國中原地區就已經熟練應用圭表測影法。而這件銅圭表大小約為天文觀測圭表的十分之一，表與圭通過樞軸巧妙連接，可以隨時啟合，利用日影長短變化判斷方向、距離、時間等，可能用于道教煉丹計時。這種設計使得圭表成為便攜式的測影儀器，展現了古人的精湛技藝。

登封郭守敬觀星臺：中國元代天文觀測中心

在河南省登封縣城東南約15公里的告成鎮，聳立著一座高大宏偉的建筑物，為元代天文學家郭守敬創建，不僅是中國現存最古老的天文臺，還是世界上現存最早用于觀測天象的建筑之一。
值得一提的是，上文提到的周公觀景臺，也坐落于此地，位于其南側。

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圖片來源：新華社（李安 攝）

郭守敬的觀星臺與周公測景臺原理相通，不僅可以地觀日影，也可登高憑欄，追日月星辰。40尺高表，打破傳統8尺表高限制，將日影變化放大5倍，顯著提升精度。石圭（俗稱“量天尺”），沿子午線鋪設，圭面刻雙股水道校驗水平。明并使用帶孔銅片（景符）利用小孔成像原理銳化表影邊緣，使影長測量精度達±2毫米（此前誤差超1厘米）。通過夏至影長等數據，他測定的回歸年長度值（365.2425日）與約300年后歐洲格里高利歷所采用的數值相同。以影長極值定冬至、夏至，等分點定春分、秋分，最終劃分二十四節氣。

此臺將磚石結構與光學、幾何學熔鑄為“凝固的觀測儀”，以毫米級精度改寫人類天文史。

結語

現代科學認為，太陽能是驅動地球氣候系統和絕大多數生命過程的主要能量來源，而太陽直射點移動導致的正午太陽高度和晝夜長短變化，意味著季節和氣候的更替，這一切又與各類生物的生長繁衍密切相關。如今看來，許多古代觀測技術的精妙細節和極高精度的實現方式，至今仍令現代人驚嘆，部分細節仍待深入研究。

作者：王元紅 天氣氣候高級工程師、中國作家協會會員、中國氣象學會會員

審核：

陳云峰 中國氣象學會科普工作委員會副主任委員、正研級高工

吳宇 中國氣象學會科普部 項目主管

策劃：翟國慶 閻冬 史文慧

聯合出品：科普中國×中國氣象學會

來源: 科普中國

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