河南登封觀星臺（資料圖片）
盧鵬宇攝
"> 山西陶寺遺址出土圭尺（局部）
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人們常說“立竿見影”，用來比喻措施或行動收效迅速。其實，這個成語的本義與中國古人對日影的觀測有關——在陽光下豎起竹竿，即顯現影子。從這個簡單的現象出發，古人創造出一種精妙的天文儀器：圭表。它不僅見證了中國人對科學探索的孜孜以求，也體現了中華文明天人合一的宇宙觀。
度量時間
在沒有時鐘的遠古時代，中華先民將星空視為永恒的“天鐘”。在漫長的歲月中，他們發現，日月星辰的運轉，是有規律且周而復始的。其中，日影的長短與寒暑變化息息相關——夏季正午，日頭高懸，樹影短促；冬季正午，太陽低垂，影子拉得很長。這種對影長的直觀感受，促使人們開始系統地觀測日影，自然就產生了立竿測影的方法。
“日影的變化，反映的是太陽在天空中位置的變化。當先民們開始嘗試度量時間，天空中最明顯、且規律運行的天體——太陽，便成為參考對象。但是人們無法用雙眼直接觀察太陽，他們發現太陽影子隨時間變化的規律，于是最初的圭表便應運而生，這也是中國最古老的天文測量儀器之一。”北京天文館古天文研究中心副主任、副研究員楊帆說。
圭表一般由“圭”和“表”兩個部件組成。水平南北方向放置于地面，表面刻有刻度以測量影長的標尺叫“圭”，也稱“圭尺”；垂直于地面的標桿叫“表”，也稱“立表”。
據學者研究推測，山西陶寺遺址出土一件黑、綠、紅三色相間的漆木桿，是目前考古發現最早的圭表儀器實物，距今4300年至4000年。
制定歷法
隨著社會發展、交流頻繁，先民們逐漸意識到，須有統一時間規范來協調人類的各項活動。
《尚書·堯典》記載堯帝任命天文官員：“歷象日月星辰，敬授民時?！薄坝^象授時”是中國古代天文學最核心的概念，也是指導農耕的時間準則。中國古代合天文歷法為一事，歷法以天象為依據。通過圭表觀測日影變化，是制定歷法的重要基礎。
將圭表南北方向水平放置，表垂直立于圭的南端。正午時分，當太陽位于正南方，表影恰好投射在圭尺上，夏至日影最短，冬至日影最長。古人通過觀察不同日期表影端點的位置，繪制“日影曲線”，進而推算回歸年長度，為制定歷法提供最重要的數據支持。中國傳統歷法中，以兩次冬至之間的時間間隔為一回歸年。
二十四節氣系統是中國古人通過圭表測影觀察太陽周年運動而逐漸形成確定的。歷代律歷志中都會記載二十四節氣的日影長短數值。二十四節氣的完整名稱和順序，首次被系統記載見于西漢《淮南子》。由此可知，至遲在西漢，這套集天文、物候、民俗于一體的知識體系和社會實踐就已確定。
在中國古代，包括二十四節氣在內的歷法不僅指導農事，還規范社會生活、服務政治，深刻塑造了社會秩序，至今仍影響著人們的生活。
不懈探索
圭表在中國古代不僅是測時天文儀器，也是辨方正位、建都選址的重要工具?！吨芏Y》記載，建王都必在“地中”?！暗刂小庇^念源于古人樸素的宇宙觀，是“中道”“正統”等社會心理與政治意識的源頭。圭表測量的夏至日影長度，正是確定“地中”的重要標準。
由此可見圭表測影的重要性。為了精準掌握太陽運行規律，歷代天文學家對圭表的構造、觀測方法等進行了不懈探索。
中國天文學發展的高峰出現在元代。傳統圭表一般表高八尺，元代科學家郭守敬為了提高測量精度，將圭表放大為一種建筑式高表。位于河南登封的觀星臺，便是郭守敬主持建造的杰作。這座臺體本身就是一個巨大的“表”，臺身狀若覆斗，高9.46米，連小室通高12.62米；臺身北壁凹槽內向北平鋪的是石圭，長約31.19米，被稱為“量天尺”。
圭表放大后，極大地提高了圭表觀測精準度，但是表端投射到圭面的表影會產生虛影。為此，郭守敬又創制了名為景符的裝置——由薄銅片制成，中間開有小圓孔，通過斜撐裝置固定于圭面。景符利用小孔成像的原理，將圭表測影精度提升至2毫米以內。
包括登封觀星臺在內，郭守敬在元朝廣袤的疆域中設立20余處觀測點，以實測數據修訂歷法，史稱“四海測驗”。憑借精確的測量數據，郭守敬主導修訂完成了《授時歷》。該歷于1281年頒行，確定回歸年長度為365.2425日，與現行公歷僅差不到26秒，領先歐洲格里高利歷300余年。
古今回響
圭表早已超越了單純測量的范疇。中國科技館原館長王渝生認為，它不僅是古人“敬授民時”、維系農耕社會運轉的基礎，也是王朝“辨方正位”、確立統治合法性與神圣秩序的象征。其橫平豎直的形態，本身就是“規矩”“標準”的具象，深深烙印在中華文化基因之中。
從圭表衍生出的一系列詞匯可見一斑。比如“圭臬”，其本義正來自圭表——“圭”指水平量影的圭尺，“臬”指垂直立標的表桿，二者合稱即代表測日影定標準的儀器。因其核心功能是確立時空基準，故很自然地引申為一切準則與法度。成語“奉為圭臬”便表示將某些言論或事物信奉為必須遵循的根本準則。又如“為人師表”中的“表”，同樣由圭表中的“表”垂直不偏斜引申而來，具有標桿、表率之意。
今天，中國已經擁有FAST望遠鏡、“天宮”空間站，早已不再使用以圭表為代表的古代天文儀器。然而圭表所承載的古人智慧，依然閃爍著不朽光芒。
“我們常說大國重器，包括圭表在內的古代天文儀器，其實就是當時的大國重器，是中國古代科技發展與突破的實證?！睏罘f，這些古老儀器的存在，生動地講述著中國古人追日問天、對科技發展的執著追求，承載著中華文明天人合一的宇宙觀，也是今人理解先人智慧的重要密碼。
如今，在河南登封觀星臺、江蘇南京紫金山天文臺等地，我們依然能看到這些古老圭表。它們靜默矗立，仿佛訴說著千百年來，一群人仰望星空，探尋宇宙秩序的雄心。這樣的雄心，依然鼓蕩在今人心中，指引著人們踏上探索星辰大海的新征途。
策 劃：張意軒 鐘金葉
動畫設計制作：李 棟
學術支持：陳 樸 楊 帆
版式設計：石瑞禾