河南登封观星台（资料图片）
山西陶寺遗址出土圭尺（局部） 卢鹏宇摄
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人们常说“立竿见影”，用来比喻措施或行动收效迅速。其实，这个成语的本义与中国古人对日影的观测有关——在阳光下竖起竹竿，即显现影子。从这个简单的现象出发，古人创造出一种精妙的天文仪器：圭表。它不仅见证了中国人对科学探索的孜孜以求，也体现了中华文明天人合一的宇宙观。
度量时间
在没有时钟的远古时代，中华先民将星空视为永恒的“天钟”。在漫长的岁月中，他们发现，日月星辰的运转，是有规律且周而复始的。其中，日影的长短与寒暑变化息息相关——夏季正午，日头高悬，树影短促；冬季正午，太阳低垂，影子拉得很长。这种对影长的直观感受，促使人们开始系统地观测日影，自然就产生了立竿测影的方法。
“日影的变化，反映的是太阳在天空中位置的变化。当先民们开始尝试度量时间，天空中最明显、且规律运行的天体——太阳，便成为参考对象。但是人们无法用双眼直接观察太阳，他们发现太阳影子随时间变化的规律，于是最初的圭表便应运而生，这也是中国最古老的天文测量仪器之一。”北京天文馆古天文研究中心副主任、副研究员杨帆说。
圭表一般由“圭”和“表”两个部件组成。水平南北方向放置于地面，表面刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”，也称“圭尺”；垂直于地面的标杆叫“表”，也称“立表”。
据学者研究推测，山西陶寺遗址出土一件黑、绿、红三色相间的漆木杆，是目前考古发现最早的圭表仪器实物，距今4300年至4000年。
制定历法
随着社会发展、交流频繁，先民们逐渐意识到，须有统一时间规范来协调人类的各项活动。
《尚书·尧典》记载尧帝任命天文官员：“历象日月星辰，敬授民时。”“观象授时”是中国古代天文学最核心的概念，也是指导农耕的时间准则。中国古代合天文历法为一事，历法以天象为依据。通过圭表观测日影变化，是制定历法的重要基础。
将圭表南北方向水平放置，表垂直立于圭的南端。正午时分，当太阳位于正南方，表影恰好投射在圭尺上，夏至日影最短，冬至日影最长。古人通过观察不同日期表影端点的位置，绘制“日影曲线”，进而推算回归年长度，为制定历法提供最重要的数据支持。中国传统历法中，以两次冬至之间的时间间隔为一回归年。
二十四节气系统是中国古人通过圭表测影观察太阳周年运动而逐渐形成确定的。历代律历志中都会记载二十四节气的日影长短数值。二十四节气的完整名称和顺序，首次被系统记载见于西汉《淮南子》。由此可知，至迟在西汉，这套集天文、物候、民俗于一体的知识体系和社会实践就已确定。
在中国古代，包括二十四节气在内的历法不仅指导农事，还规范社会生活、服务政治，深刻塑造了社会秩序，至今仍影响着人们的生活。
不懈探索
圭表在中国古代不仅是测时天文仪器，也是辨方正位、建都选址的重要工具。《周礼》记载，建王都必在“地中”。“地中”观念源于古人朴素的宇宙观，是“中道”“正统”等社会心理与政治意识的源头。圭表测量的夏至日影长度，正是确定“地中”的重要标准。
由此可见圭表测影的重要性。为了精准掌握太阳运行规律，历代天文学家对圭表的构造、观测方法等进行了不懈探索。
中国天文学发展的高峰出现在元代。传统圭表一般表高八尺，元代科学家郭守敬为了提高测量精度，将圭表放大为一种建筑式高表。位于河南登封的观星台，便是郭守敬主持建造的杰作。这座台体本身就是一个巨大的“表”，台身状若覆斗，高9.46米，连小室通高12.62米；台身北壁凹槽内向北平铺的是石圭，长约31.19米，被称为“量天尺”。
圭表放大后，极大地提高了圭表观测精准度，但是表端投射到圭面的表影会产生虚影。为此，郭守敬又创制了名为景符的装置——由薄铜片制成，中间开有小圆孔，通过斜撑装置固定于圭面。景符利用小孔成像的原理，将圭表测影精度提升至2毫米以内。
包括登封观星台在内，郭守敬在元朝广袤的疆域中设立20余处观测点，以实测数据修订历法，史称“四海测验”。凭借精确的测量数据，郭守敬主导修订完成了《授时历》。该历于1281年颁行，确定回归年长度为365.2425日，与现行公历仅差不到26秒，领先欧洲格里高利历300余年。
古今回响
圭表早已超越了单纯测量的范畴。中国科技馆原馆长王渝生认为，它不仅是古人“敬授民时”、维系农耕社会运转的基础，也是王朝“辨方正位”、确立统治合法性与神圣秩序的象征。其横平竖直的形态，本身就是“规矩”“标准”的具象，深深烙印在中华文化基因之中。
从圭表衍生出的一系列词汇可见一斑。比如“圭臬”，其本义正来自圭表——“圭”指水平量影的圭尺，“臬”指垂直立标的表杆，二者合称即代表测日影定标准的仪器。因其核心功能是确立时空基准，故很自然地引申为一切准则与法度。成语“奉为圭臬”便表示将某些言论或事物信奉为必须遵循的根本准则。又如“为人师表”中的“表”，同样由圭表中的“表”垂直不偏斜引申而来，具有标杆、表率之意。
今天，中国已经拥有FAST望远镜、“天宫”空间站，早已不再使用以圭表为代表的古代天文仪器。然而圭表所承载的古人智慧，依然闪烁着不朽光芒。
“我们常说大国重器，包括圭表在内的古代天文仪器，其实就是当时的大国重器，是中国古代科技发展与突破的实证。”杨帆说，这些古老仪器的存在，生动地讲述着中国古人追日问天、对科技发展的执着追求，承载着中华文明天人合一的宇宙观，也是今人理解先人智慧的重要密码。
如今，在河南登封观星台、江苏南京紫金山天文台等地，我们依然能看到这些古老圭表。它们静默矗立，仿佛诉说着千百年来，一群人仰望星空，探寻宇宙秩序的雄心。这样的雄心，依然鼓荡在今人心中，指引着人们踏上探索星辰大海的新征途。
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