圭表

圭表直立於平地上測日影的標杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的測定表影長度的刻板，叫做圭。當太陽照着表的時候，圭上出現了表的影子，根據影子的方向和長度，就能讀出時間。

據《國語·楚語》，擷項“命南正重司天以屬神，命火正黎司地以屬民。”重和黎是傳説時代的天文官，南正，是指太陽到了南方中天，現在認為，南正即指冬至。古人在長期的生產和生活中，由於定方向和定季節的需要，經常觀測到樹木、房屋在太陽光照耀下投下的影子，漸漸地人們發現影子的變化是有規律的。人們就是在這種規律中產生了方向和時間的概念，“南正”即是這些規律發展的結果，這是一年當中正午日影最長的一天。經過長期觀測樹木等的影子之後，人們便會想到在平地上直立一根竿子或石柱。這根竿子或石柱便成了早期的“表”。 ^[2] 

“圭”是什麼？可以説人們還未解釋清楚。多數人都理解成是一件測量日影長的儀器。最初立杆測影肯定是在平整的土地上進行，在影端畫一記號，如“X”形，再量影長，所以叫土圭。土圭源於周代，但直到漢代，它只被解釋為在地面作記號，如上文，漢代“銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸”，從這裏的長和廣，可以看出土圭的存在和使用，但是，它是什麼材料製成尚不清楚。即然銅表可以被造，也可以造一石圭，兩者成為相稱的配套天文儀器。就其寬度（相當於現代七八寸）來説，用石或金屬造的更合理一些。當然用土造一較堅硬的台子也不是不可能。之後也有銅圭、玉圭。 ^[2] 

據記載，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封縣設置過一種以測定日影長度來確定時間的儀器，稱為圭表。據説這是世界上最早的計時器。最早出現的圭表當然都是表杆與土圭彼此分離的簡易形制。目前所見這種圭表的最早實物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏時代的遺存，一支殘長214釐米，木質髯紅色漆；另一支殘長171.8釐米，木質髹青、紅、黑三色漆與之配合使用的土圭有陰陽兩件，知原始的計暑方法當以陰陽二圭接續相重，從而體現揆度日影以效陰陽的傳統觀念。而古漢字“圭”字本做二圭相重的構型，其實正是對先民立表計晷方法的客觀寫實。這種簡易的圭表至西周晚期已發展出表座，經過進一步的改進到東周時期，形制已經相當完善。

至遲到到西漢時候，一種建置於露天的常設圭表開始出現。這類儀具以青銅製成，表高八尺，圭長一丈三尺。因其不能隨意拆裝，故而圭尺的長度可以延長到適合於在天地之中觀測到冬至正午的影長。顯然，在這樣的圭表上可以方便讀出一年中任何一天正午的影長數值。到了漢武帝時期，將“二十四節氣”吸收入《太初曆》作為指導農事的歷法補充，採用圭表日影長度確定“二十四節氣”，用圭表測影法測出黃河流域的日短至（白晝最短）這天作為冬至日，以冬至日為“二十四節氣”的起點，將冬至到下一個冬至之間的時間段分割為24段（每段15日），每兩個節氣之間的天數平均。由於我國主要位於北迴歸線以北，當正午時，太陽始終位於正南方，圭表中的圭尺朝南北方向放置，垂直的表因太陽照射形成的影子正好落在圭尺上。到了冬至日，正午太陽高度最低，影子最長；而到了夏至日，正午太陽高度最高，影子最短。經過長期的反覆觀測記錄正午日影，確定了一年中影子最長的位置，因此確立了冬至。而兩次冬至之間的時間間隔，就是一個迴歸年。在確定了迴歸年週期之後，人們把一年的時間再二十四等分，即得出了二十四節氣，古人把這種方法叫“平氣法”（平均時間法），於是“二十四節氣”誕生在黃河流域。圭表測影法先測出冬至日，是因為冬至時影子最長，其相鄰幾天的影長變化最為明顯，更利於觀測記錄。 ^{[1]  [3]  [2]} 

1279年前後，元代傑出天文學家郭守敬在河南登封的告成鎮設計並建造了一座測景台，即河南登封觀星台，它是中國現存最早的古代天文台。整個觀星台相當於一個測量日影的圭表。高聳的城樓式建築相當於一根豎在地面的杆子，稱為“表”，台下有一個類似長堤的構造，相當於測量長度的尺子，稱為“圭”，也叫做量天尺。城樓式建築上有一個高9.46米的平台，上有兩間小屋，一間放漏壺，一間放渾儀，兩間屋子之間還有一根橫樑。地上的量天尺長31.19米，位於正北方向。每天正午，太陽光照在橫樑上的影子投射在量天尺上。通過測量一年當中影子長度的變化，可以確定1年的長度。圭表測時的精度是與表的長度成正比的，這個碩大的“圭表”使測量精度大大提高。

1977年，考古學家在安徽阜陽西漢汝陰侯夏侯灶墓（下葬年代為文帝十五年，公元前165年）中發掘出大量珍貴文物，其中一件漆器因功能不詳而被稱為“不知名漆器”。經過多年的研究，石雲裏發現這件物品是古代用於測量正午日影長度的天文儀器“圭表”，是世界上現存的年代最早、且具有確定年代的圭表，比儀徵出土的圭表還要早。與其他圭表不同，這件圭表適用的地理緯度是固定的，而我們的計算則表明，汝陰侯墓圭表的適用緯度恰恰就在漢代長安到汝陰侯國（今安徽阜陽）一帶。石雲裏説，這架圭表的精妙之處還在於，四個節氣日影所在的位置不是用刻度表示，而是暗含在木塊和漆器上的一些特殊圖案和位置中。 ^[4] 

1965年在江蘇儀徵石碑村1號東漢墓出土了一件袖珍銅圭表。圭長34.5釐米，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位；表高19.2釐米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使之合為一體。使用時將表豎立與圭垂直；平時可將表折入圭體中留出的空檔內，便於攜帶。是設計家和鑄造師密切配合的傑作。根據傳統的説法，表高為8尺；這一數值曾被長期沿用。該表的表高恰為8尺的1/10，説明它是一件便攜式的測影儀器，可證明當時常設的天文台用8尺的表進行觀測的説法是可信的。

以圭表測時，一直延至明清，南京紫金山天文台的一具圭表，是明代正統年間（1437－1442年）所造的。

圭表是中國古代觀測天象的儀器。在不同季節，太陽的出沒方位和正午高度不同，並有週期變化的規律。於露天將圭平置於表北面，根據圭上表影，測量、比較和標定日影的週日、週年變化，可以定方向、測時間、求出週年常數、劃分季節和制定曆法。所以圭表測影是中國古代天文學的主要觀測手段之一。

大約在新石器時代，古人便掌握了利用表來確定方位的方法。辨方正位的簡易方法見於戰國時代的《考工記》和《周髀算經》，其具體做法是：先將地面修治水平，爾後將表豎直填埋，並自表頂引懸八繩，分置表的四方與四維，用它來校正表的垂直，當八繩全部依附於表體可知這時表已經處於垂直的狀態，於是可以開始測影。測影時需以表為圓心畫一個圓周，然後觀測同一天日出日落影子與圓周的交點，這樣連接兩個交點的直線就是正東西的方向。當然為了方向儘量標準，還要參考白天正午時刻的表影方向和夜間北極星的方向。 ^[3] 

表最重要的當然是測定節氣。由於地球的公轉，太陽在一年中的視高度變化顯著，夏至日行極北，日中時刻表影最短，冬至日行極南，日中時刻表影最長；春分和秋分太陽出沒於正東西，日中時刻表影適中。這四個時點不僅在觀測上具有特別重要的意義，同時更是建構迴歸年的四個時間標記點。由於一年中只有夏至日正午的表影最短，驗測相對方便，因此在早期先民的測影活動中，挨度夏至日正午影長的工作格外重要。然而隨着曆法歲首的後移，以冬至作為一個天文年度起算點的傳統逐漸形成，這使利用圭表測定太陽到達冬至點的時刻成為求測迴歸年長度的關健工作。然而冬至點並非總髮生在日中，它可能出現在一天之中的任何時刻，因此，為求得準確的冬至時刻，古人就必須對冬至日影進行連續不斷的長期測算。 ^[3] 

古人之所以學會立表測影，很大程度是由於對於人自己在太陽下影子的觀察。原始的表為模仿人體測影而出現，所以支撐人體直立而完成測影的股骨便自然地移用作為表的名稱。《周髀算經》説：“周髀長八尺，髀者，股也。髀者，表也。”傳統表的高度被規定為八尺，剛好相當於人的身長，這同樣顯示了人體測影的遺俗。而古人立表必先校正表的垂直，這使得他們認識到了直角三角形三邊的關係，並且以直立的表取於人的髀股而名“股”，晷影之長為“勾”，完成了對勾股定理的證明。體現了天文學對算學的促進。

古人認為“至信為時”，所以用來測度時間的圭表也被賦予了誠信的意義。東周時期，為臣為妻各自奉行着所謂的“男子之櫱”和“女子之櫱”，這種人們必須尊重的圭臬法則，其核心價值就是忠信。古代盟誓將盟辭書於石圭也是借圭所具有的信實內涵體現盟誓見信的宗旨。很明顯，這種人文觀念與圭表致日充分反映了圭表對於中國傳統文化的深刻影響。

表還有一個更富有政治和哲學意義的名稱——“中”。中為立表測影與建旗取中的會意字。這些活動則可引申出“中”所具有的中正和中央的雙重內涵。中正的基本內涵，對中國哲學產生了深遠的影響。陰陽哲學由此發展出中和的觀念，儒家哲學據此完善了中庸的思想，而道家則以此作為中道無為的表述形式。中央的內涵，則發展出古代政治居中而治的政治傳統，這要求統治者找到天地的中央，也就是九州的中心建立國都。 ^[3]