中國科學技術館之古老的天文儀器

圭表是中國古老而簡單的一種天文儀器，它包括兩個組成部分：一為正南正北平放的尺，叫做圭；一為垂直立于圭南端的標桿或石柱，漢以后改為銅制，叫做表。根據(jù)正午表影投射在圭面上的影長，可以推定冬至日、夏至日與二十四節(jié)氣；從表影長短的周期性變化，可以確定一年的天數(shù)。表影正北的瞬間（即一天中表影最短的時刻），就是當?shù)氐恼鐣r間，古代用來校正漏壺等計時工具。

中國科技館“華夏之光”展廳就有一件清代圭表的縮小復制展品。與較為常見的圭表不同，除了南端的表，在圭的北端還有一個比較低的小表，這是為什么呢？

原來，古代的表高一般為8尺，圭長一般為1丈3尺。而清朝的清欽天監(jiān)制作圭表時在表頂上加了一截，使表高達到了10尺。如此一來，表影在冬季會落到圭外無法測量了。為此，清人在圭的另一端立了一個小表，相當于圭的延伸，叫立圭，冬季影長時表影會落在立圭上。這樣，通過測量這段影的高度就可以推算出10尺表的表影長度了。

到中國科技館看過這件圭表展品的小朋友可能會發(fā)現(xiàn)：圭表的頂端開有一個小孔。那這個小孔又是做什么用的呢？

日常生活中，如果仔細觀察物體的影子，就會發(fā)現(xiàn)物體越高，影子的邊緣就會變得越模糊，精確測量影子的長度就會越困難。而影長如果測不準，就影響到了圭表的使用。為解決這一問題，清朝人借鑒元代天文學家郭守敬發(fā)明的景符原理，在表上端設置銅葉，中間開個圓孔，利用小孔成像原理將正午太陽的像投射到圭面，從而獲得日影清晰的邊緣，提高圭表測量精度。