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| 中外科学家发明家丛书：郭守敬 （十三） | 发布于:2014/11/23 | |
| 自古以来，人们就注意到冬至那天，太阳在南天的位置最低，正午时投 射在地面上的影子也最长。人们根据冬至前后影子的长短来定出冬至的日子 和时刻，而测太阳影长的仪器就是圭表。它是我国最古老也是最简单的天文 仪器之一。“表”并不是我们现在用的钟表，而是一根直立的铜制标竿。早 先曾用过木竿，更原始的还有采用石柱的。“圭”是从表跟向北方延伸的一 条石板，上面有着读数用的刻度，实际上是一条正南北方向的长尺。它是以 古代早期量地以及夏至日正午日影用的尺演变而来的，古代称之为土圭。每 天正午，当太阳走到天空正南方时，表的影子刚好落在圭面上。一年中，日 影最长的那天是冬至，日影最短的那天是夏至。多少年来，我们的历算家就 是从仔细测量冬至与夏至前后若干天的日影长短变化，推算出每年冬至与夏 至的准确时刻。接连测量若干年的冬至时刻，就可算出一年的回归长度。回 归年就是太阳从天上的冬至点（或春分点）运行到下一年冬至点（或春分点） 所需的时间。用圭表测量的日影长度，说起来简单，做起来却不那么容易。 要得到比较精确的数据，也不那么简单。 首先是表影边缘不那么清晰。阴影越靠近边缘越淡，到底什么地方才是 影子的尽头，这条界线很难分清楚。影子的边界不清楚，影子就量不准确。 使用圭表时的第二个难题就是测量影长的技术不够精密。古代量长度的 尺只能量到分，往下可以估计到厘，即1/10分。按照千年来的测量方法，测 定冬至时刻表影的长，如果量错一分，就足以使按比例推算出来的冬至时刻 有一个或半个时辰的出入。这个误差是很大的。 还有，旧圭表只能观测日影。星、月光弱，旧圭表就不能观测星影和月 影。 郭守敬凭着他深厚的数学基础与渊博的科学知识，仔细探讨了前人的成果，深入思考了这些问题。他一边使用传统的圭表进行观测，一边在实践中 摸索改进其不足之处。他终于取得了成功。 为了解决误差大这个问题，他首先想办法把圭表的表竿加高到五倍于原 来的高度，因而观测的表影也加高到五倍于原来的高度，因而观测的表影也 加长到五倍。表影加长了，按比例推算各个节气的误差就大大减少了。 |
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