测算节气主要是用圭表。测算节气和时间主要用“日晷”和“漏刻”。
圭表的主要功能是测定冬至日所在,并进而确定回归年长度,此外,通过观测表影的变化可确定方向和节气。
圭表是中国古代重要的天文仪器之一,包括“圭”和“表”两部分,互相搭配,用来量度正午日影长度。“圭”平置于南北方向,表垂直立于圭的南端,根据正午表影投射在圭面上的影长,来判断冬至日、夏至日与二十四节气。
我国传统上以立春、立夏、立秋、立冬为起点来划分四季。在冬季,太阳光比夏季倾斜,因而表影比夏季长。换句话说,正午时的表影最长或最短的那一天,太阳恰好处于最南或最北的极限位置。这两天分别叫作冬至日和夏至日。经验告诉人们,当太阳离开最南端,开始向北方移动时,天气逐渐变暖,万物陆续复苏;当太阳离开最北端,开始向南方移动时,天气逐渐变冷,万物陆续凋零。中国绝大部分地区的纬度高于北回归线(即二十三点五度),正午时的表影总是在表的正北方向。把一块有刻度的平板,紧接表基处朝北水平放置,便可以直接读出正午时表影的长度。通过表影来测算冬至日和夏至日是中国古代天文学最基本内容之一。
圭表在我国始于何时,现尚无考。我国古代有一本古籍《三辅黄图》,记载了汉时长安(今西安)的古迹,书中说“长安灵台有铜表,高八尺,长一丈三尺,广一尺二寸;题云太初四年立”,太初四年为公元前一○一年,这是关于圭表最早的文字记载。
测算节气和时间主要用“日晷”和“漏刻”。
“日晷”又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,姓氲纳隙苏弥赶虮碧旒露苏弥赶蚰咸旒T陉忻娴恼戳矫婵袒?2个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
漏刻
是古代的一种计时工具,不仅古代中国用,而且古埃及、古巴比伦等文明古国都使用过。漏是指计时用的漏壶,刻是指划分一天的时间单位,它通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻。最初,人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来,于是专门制造出一种留有小孔的漏壶,把水注入漏壶内,水便从壶孔中流出来,另外再用一个容器收集漏下来的水,在这个容器内有一根刻有标记的箭杆,相当于现代钟表上显示时刻的钟面,用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上,容器盖的中心开一个小孔,箭杆从盖孔中穿出,这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多,木块托着箭杆也慢慢地往上浮,古人从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻。漏刻的计时方法可分为两类:泄水型和受水型。漏刻是一种独立的计时系统,只借助水的运动。后来古人发现漏壶内的水多时,流水较快,水少时流水就慢,显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶,水从下面漏壶流出去的同时,上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶,使下面漏壶内的水均匀地流人箭壶,从而取得比较精确的时刻。
现存于北京故宫博物院的铜壶漏刻是公元1745年制造的,最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出,依次流向下壶,箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆,箭杆上刻有96格,每格为15分钟,人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。