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测日影长短的工具

土圭土圭

土圭(tǔ guī),是一种古老的测量日影长短的工具。土圭构造简单,就是垂直于地面立一根杆,通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。出处是《周礼·地官·大司徒》。

基本信息

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中文名:土圭

类型:测量日影长短的工具

拼音:tǔ guī

出处:《周礼·地官·大司徒》

工具简介

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土圭土圭

土圭(tǔ guī)是一种古老的测量日影长短的工具。这种测日影长短的工具构造简单,就是垂直于地面立一根杆,通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。《尚书·尧典》中说土圭始于尧帝时期,即公元前2357—公元前2258年,史学界认为“尧典”不是尧时写的,是后世史官根据传闻编写,后经儒家陆续补订而成。早在公元前20世纪,陶寺遗址时期,我国中原地区已使用圭表测影法,通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。到了汉时期,学者还采用圭表日影长度确定“二十四节气”,采用圭表测影法在黄河流域测定日影最长这天作为冬至日,以冬至日为“二十四节气”的起点,将冬至到下一个冬至之间的时间段分割为24段(每段15日),每两个节气之间的天数平均。古人把这种方法叫“平气法”(又称“平均时间法”)。测定冬至日因为冬至时影子最长,其相邻几天的影长变化最为明显,更利于观测记录。

土圭测影

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土圭土圭

冬至日,正午太阳高度最低,影子最长;在天文上,因冬至这天太阳光直射地面的位置到达一年的最南端,太阳光直射南回归线,太阳光对北半球最为倾斜,所以影子最长。而夏至日,正午太阳高度最高,影子最短;因夏至这天太阳直射地面的位置到达一年的最北端,太阳光直射北回归线;我国位于北半球,北回归线穿过我国境内,夏至日在北回归线上“立竿无影”。经过长期的反复观测记录正午日影,确定一年中影子最长与最短的位置,因此可确立冬至与夏至。

土圭土圭

早在公元前20世纪,我国中原地区就开始使用“圭表”测影了。土圭是一种测日影长短的工具。使用“圭表”测影,通过测量土圭显示的日影长短,求得冬至日。因为冬至时影子最长,其相邻几天的影长变化最为明显,更利于观测记录。“圭表”的构造很简单,主要包含了“表”和“圭”两部分。据说周人所用的尺子一尺约为23.1cm。所立的圭表,表高八尺(185cm),在太阳光照射下,表的影子会落在圭上,而且不同的时间点,影子的长度也会不同。表的“影子”最长(一丈三尺五寸)的一天定为“冬至”。而“影子”最短为一尺五寸(35cm),这一天被命名为“夏至”。

历史文献

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九畿。《周礼》以土圭测日影,在地中建王城,既是哲学寓意的需要,也是“体国经野”的需要。《周礼》中展示了一个完善的国家典制,国中的一切都井然有序,富于哲理。三读之后,令人顿生“治天下如指之掌中”的感觉。例如,国家的行政规划有以下表述:国都。《周礼》国都地点的选择,是通过“土圭”来确定的。

《周礼·地官·大司徒》:“以土圭之法测土深,正日景(影),以求地中。”又《春官·典瑞》:“土圭以致四时日月,封国则以土地。”《周礼·大宗伯》云:以土圭之法测土深,正日景(影),以求地中。……日至之景(影)尺有五寸,谓之地中:天地之所合也,四时之所交也,风雨之所会也,阴阳之所和也。然则百物阜安,乃建王国焉,制其畿方千里而封树之。

《周礼》中说的所谓“测土深”,是指通过测量土圭显示的日影长短,求得不东、不西、不南、不北之地,也就是“地中”。夏至之日,此地土圭的影长为一尺五寸。之所以作如此选择,是因为“地中”是天地、四时、风雨、阴阳的交会之处,也就是宇宙间阴阳冲和之中心。

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