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上期我們說到,圭表被南宋王應麟列為瞭古代“四大名表”之一,其實這點我是不服氣的。雖然圭表也能測時間,但準確來講,圭表隻能測一個方向的日影,所以隻能用來定時節、測回歸年。要說真正被用於日常生活觀測每天時刻的,還得是它的親兄弟——日晷。
如今出土的最早日晷是秦漢時期的,那時人們稱其“晷儀”。不過這玩意看起來跟我們印象中的日晷很不一樣啊,雖然在中間深孔插根表後也挺像的,但外圍圓周刻的不是十二時辰,而是69個用來插遊表的小孔,每個孔都有一條直線連接圓心的方向,邊上還順時針排列瞭69個數字編碼。按照小孔分佈來看,圓周一共被分成瞭一百等分,對應的應該是一天分為一百刻的制度。
至於它的用法,學術界有各種推測。有人說這是用來測方位的,就類似我們上期講到的那種表;也有說可以由太陽位置得出具體時刻,69個小孔對應的就是白天的時刻,另外沒有刻度的部分就是晚上的時刻。
但問題是,太陽每天在天球上的運動是由地球自轉引起的,而地球自轉軸是和赤道垂直的,所以要測太陽位置的變化隻有沿赤道計算才是均勻的,平放著沿地平圈計算是不均勻的,然而我們看到,上面刻著的小孔又是均勻分佈的,這怎麼對上呢?於是有人就說這不是測時刻的,隻是用來校準漏壺的。
馮時先生認為,既然沿著地平圈計算不行,那就把它斜著放,跟赤道面平行,讓定表對著北天極,十字線對準東南西北,這樣日影就能均勻走動瞭。
春夏兩季就讓刻度朝下,看表影指向就能直接讀出時刻;從秋分開始,太陽會運行到赤道以南,表盤上就照不到太陽瞭,這時就把表盤轉180度讓刻度朝上,在小孔裡插根遊表,讓定表和遊表與太陽位置重合,就能讀表瞭。
無論這種方法對不對,那時的晷儀一定有個測時的功能。雖然古人更愛用漏刻來測時,因為它不受日照影響,還能更細致,但沒有瞭天象作依據,每個漏刻都是個獨立的個體,該什麼時候開始計時?是快瞭還是慢瞭呢?這就需要有個統一的參照。
實際上,古人歷來都是把日晷和漏刻配合著使用的,古籍裡也有許多把晷和漏放在一起的例子。具體做法可能是這樣,首先用日晷對準正午的時間,然後啟動漏刻開始計時,過幾天需要換水時,就再選擇一個晴天來重新開啟,這樣就能校準漏刻瞭。
用於此法的日晷其實並不需要多先進,隻要能找準日中時分就行瞭。我們現在常見的日晷是到南宋才明確有的,曾敏行在《獨醒雜志》裡詳細記載瞭它的用法。
此時上面的刻度已經變成瞭十二時辰,你別看它刻滿瞭一圈,其實真正有用的隻有白天這段時間,晚上的時刻都隻是裝飾。至於表盤嘛,這回就真是按赤道斜著放瞭,這叫赤道式日晷。
近幾百年來又出現瞭下面這種小型的赤道式羅盤日晷,可以按照當地緯度調整角度,始終保持晷面與赤道面平行,方便小巧,帶到哪都能用。
對比我們剛設想的秦漢日晷,後世的日晷有個很大的進步,就是把中間的表穿過瞭表盤,在背面也刻上瞭度數,這樣就不需要遊表也不需要反轉,隻要在春分到秋分時段看表盤上,秋分到次年春分看表盤下就行瞭。那春分和秋分這兩天呢?沒辦法,日光正好照射在側面,隻能算是赤道式日晷的Bug瞭。
不過還有種平著放的地平式日晷,晷針指向北天極,一年四季都能受陽光直射。其實按理來講,這種地平式日晷應該比赤道式的出現的要早,隋代袁充曾發明過一個刻著十二時辰的短影平儀,就是一種地平日晷。
但就像剛才講的,如果表盤平著放瞭,測出的太陽地平經度變化就不均勻瞭,那刻度也就不均勻瞭。袁充把地平日晷和漏壺的數據相比較,就發現瞭兩者數據相差懸殊,於是他就把這個發現上報朝廷,但他沒有向著正確的方向前進,反而建議把原來均勻的漏刻也改成不均勻的,這不是一種倒退嘛!
這種不合理的改革當然會遭到人們的抵制,但同時,大傢又把他的科學發現也擱置瞭,所以明末以前,中國一直都沒有深入地探討過地平日晷的問題,也很少用到。
直到17世紀,耶穌會傳教士才把歐洲的地平式日晷傳入中國。對,你沒聽錯,很多人總以為日晷隻在中國有,其實西方也有。地球人都擁有同一個太陽,他們當然也會想到用日影計時。
按照英國科學傢李約瑟的論證,日晷在亞洲的發展是和西方並行的。隻是西方的日晷通常是地平式的或者垂直式的,而中國則多是平行於赤道的。地平或垂直日晷的制作需要有許多關於投影幾何學的知識,這正是古代中國的弱項。
但對於需要復雜計算的地平或垂直日晷來說,赤道式日晷刻度均勻,看起來更加清晰直觀,李約瑟也特別強調,赤道式日晷是所有日晷中最準確的一種。可以看到,在中國的宮殿、園林、廟宇中,永久性的日晷始終都是赤道式日晷的古老式樣,而且這種式樣在17世紀被帶出國門後,甚至連歐洲都風行起來。所以還是那句話,大道至簡,誰說簡單的就不是最好的呢?
除瞭常見的日晷外,還有種性質類似的、造型奇特的儀器,看起來就像一口仰放著的鍋,叫做仰儀。鍋內壁上刻著赤道坐標網,鍋口有一圈水槽用以校正水平,南端有兩根十字相交的竿子,頂端托著一個位於半球中心的璇璣板,可以朝東西和南北轉動。
仰儀最精妙的就是這個璇璣板,中心有個小孔可以把太陽光投射到赤道坐標網上,而赤道邊上又標出瞭時刻,所以就能直接讀出時間瞭。
看到這個小孔成像你是不是覺得很熟悉,是的,就跟我們上期說的景符一樣(上期在這→《神奇的圭表!》),仰儀也是我們的大發明傢郭守敬創制的。其實仰儀本來是用來測量天體球面座標的,最神奇的是,我們還能通過小孔非常清晰地看到日食過程,避免瞭肉眼對強烈太陽光的直接觀測,是個很大的優點。
可後來仰儀傳到朝鮮和日本,那裡的人們更突出瞭它的日晷性質,把中心的璇璣板直接取消,改成瞭尖頂的晷針,這樣它就隻能成為一個純粹的日晷瞭,稱為仰釜日晷。
不過除此之外,其它部分還是跟仰儀一樣,比如按照日影角度刻上的時辰刻度,比如按照日影長度刻上的二十四節氣,還有外面這一圈寫瞭天幹地支的二十四個格子。誒,你可別以為這是二十四小時,這是我國傳統的二十四方位,在很多天文儀器上都有,比如有些日晷裡就會在裡面再加一圈方位。
但是我們算一算,十天幹加十二地支總共也就二十二個數,二十四又是怎麼來的呢?下期我們就來聊聊這其中的奧妙。
好瞭,最後再回顧下“表”的三大用途以及日晷的發展,我們下期再見。我是國風學子沐子欣,記得關註,一起為中華之崛起而讀書!
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