天地可量

“天地玄黃，宇宙洪荒”是中國古代最重要的啟蒙讀物《千字文》的開篇，這八個字是古人對天地宇宙的認識。《淮南子》里解釋“上下四方叫作宇，古往今來叫作宙”，“宇”指的是空間，而“宙”指的就是時間。

上古時代，先民們就開始了對時間的探索。日升月落，寒來暑往，先民在生存中觀察動物植物的生長規律，天氣的變化，逐漸總結出了季節時令的規律，并且在這個過程中發明工具，開始主動地測量時間，觀測天象天文。

在甲骨文和金文中，“時”是一個會意兼形聲字，是由“之”和“日”組成的，“日”指太陽，而“之”是行走之義，結合起來的含義就是“太陽運行”。古人最初開始記錄時間，就是靠觀察太陽在空中運行的位置和它在地上的投影，到了戰國時期，“時”字在“日”“之”之上又加了一個“又”的形狀，是“以手持桿立于土上之形”這個桿，指的就是測量日影的表。

圭表是我國古代最古老原始的天文儀器，原理是根據日影的變化來測量時間。最早的圭表只有“表”，表是直立于地面的桿子或者柱子，而圭是表下南北方向的水平尺，又被稱為量天尺，《周禮·地官·大司徒》記載：“以土圭之法，測土深，正日景，以求地中。”土圭指的就是圭。

《周禮》記載：“馮相氏掌十有二歲……辨其敘事，以會天位。冬、夏致日；春、秋致月。以辨四時之敘。”鄭玄對“冬、夏致日，春、秋致月，以辨四時之敘”注釋說：“冬至，日在牽牛，景丈三尺；夏至，日在東井，景尺五寸，此長短之極。極則氣至，冬無愆陽，夏無伏陰。春分，日在婁；秋分，日在角，而月弦于牽牛東井，亦以其景知氣至不。春秋冬夏氣皆至，則四時之敘正矣”。在周代，已經出現了專門掌管天文觀測的官員，其職責包括觀察計算太陽月亮的運動規律來分辨四季，制定歷法，推測這些官員的觀測工具中，就有圭表。

圭表這種天文儀器雖然看起來很簡陋，但功能卻非常豐富，可以用來確定方向、時刻、地域和節氣。

古代人對確定天地四方是極為重視的，《詩·大雅·公劉》曰：“既景乃岡，相其陰陽”，說的就是在山崗上立表觀影確定方向。《周

禮·考工記·匠人》云“匠人建國，水地，以懸置槷，眡以景。為規，識日出之景與日入之景。晝參諸日中之景，夜考之極星，以正朝夕”這段文字記載了古代營造都城確定方位的方法：用懸垂線的方法把表樹起，立得與地面垂直，以表為圓心做一個正圓，觀察日出日落時分柱影與圓周的交點，兩個交點的連線，就是東西方向；與其相垂直的方向，就是南北方向。同時再觀察北極星和日中影子的方向作為參考，共同確定四方的方位。同樣的裝置，還可以通過一天之中影子方向的變化來確定時刻，而后人們將表固定在有刻度的石盤上，就演變發展成了專門用來計時的日晷。

《周髀算經》《淮南子·天文訓》《靈憲》等文獻中記載，先民們發現同一時間不同地點太陽的角度不一致，因此認為使用八尺表，在夏至日不同地點來測量正午日影，影長相差一寸，兩地就相距一千里。直到唐代玄宗時期，僧人一行主持修訂新歷法，組織了一次大型天文測量，其涉及區域北到北緯51度左右的鐵勒回紇部（今蒙古國烏蘭巴托西南），南到約北緯18度的林邑（今越南國的中部）等十三處，由太史監南宮說及太史官大相元太等人分赴各地，“測候日影，回日奏聞”。而一行“則以南北日影較量，用勾股法算之”。特別是在滑州白馬（今河南滑縣）、汴州浚儀太岳臺（今開封西北）、許州扶溝（今河南扶溝）、豫州上蔡武津館（今河南上蔡）四處測量了一組北極高度和日影長度，計算出白馬至上蔡距離526里270步，北極高度相差1.5度，結論得出南北兩地相差351里80步，北極高度相差一度，也就是地球子午線1度的長度，雖然這個數值誤差依舊不小，但證實了前人影長相差一寸，兩地就相距一千里這個理論的錯誤，并且在實際上也推動了唐代的天文測量學的發展。

圭表最重要的功能，是確立節氣，當時先民已經對太陽的運動軌跡和節氣變化的關系有了一定的認識，觀察到四季表影的長短具有規律性，因此將表影最長的那天定為冬至，最短那天定為夏至。然后把兩個日中時刻日影長相等的日子，分別定為“春分”和“秋分”，再以此為標準，訂立二十四節氣，來指導農業生產。

從考古發掘出的實物和文獻記載來看，圭的材質主要以木質、石質、銅質為主。西漢夏侯灶墓曾經出土木質紅漆彩繪圭表，與同時出土的二十八宿盤是迄今所見年代最早、結構完整并具有明確年代的天文觀測儀器（見左圖）。這件圭表出土于陶編镈、編磬、編鐘、六壬栻盤和二十八宿盤附近，出土時已經嚴重腐爛，僅留存較為完整漆皮。考古學家最初記錄其為不知名漆器，并推測它可能是用于支撐栻盤的栻盤架，之后根據專家的進一步研究，認為這件漆器實際是可以折疊圭表。無獨有偶，1965年江蘇儀征石碑村東漢1號墓出土了一件帶有刻度的尺狀器物，經天文史學家考證，認為它也是一架折疊式圭表。這兩件圭表結構非常相似，都是整體打開組裝后，放在地面上，用來觀看投影位置的。

除了考古出土的遺物，河南還保存有一座古代大型圭表遺跡——登封觀星臺，觀星臺位于登封市東南10千米的告成鎮，主要建筑分為兩部分，其一是由天文學家郭守敬于元至元十三年至十七年（1276年—1280年）主持建造的觀星臺，其二是最早可追溯到西周時期的周公測景臺。

所謂周公測景是指在周朝建立之后，當時人認為天下之中是“天地之所合也，四時之所交也，風雨之所會也，陽陰之所合也，然則百物阜安，乃建王國焉”，也就是在“天下之中”建立國都，才能“百物阜安”，江山永固。因此，周公利用“日至之景，尺有五寸，謂之地中”的原理，測量出陽城，也就是現在的河南登封東南告成鎮是“天下之中”，但因為陽城不適于建都，因此選擇了陽城附近的周洛建立了都城，從此也確立了天下的正統。

據唐代杜佑《通典》記載：“儀鳳四年（679年），五月，太常博士、檢校太史姚玄辯奏，于陽城測景臺，依古法立八尺表，夏至日中測景，尺有五寸，正與古法同。調露元年（679年，儀鳳四年六月三日改元）十一月，于陽城立表，冬至日中測影，得丈二尺七寸。”因此推測在唐代時，此處圭表還在正常使用，而后為了彰顯此處天地之中的正統性，根據《新唐書·地理志》的記載，開元十一年（723年）太史監南宮說修建了現存的石質圭表，并一直留存到了現在。

還有一個耳熟能詳的成語叫作“奉為圭臬”，這個成語出自清代錢大昕《六書音韻表序》，比喻把某些言論或事當成自己的準則。它經常出現在大家的筆下口中，為人所熟知，雖然圭表這種天文儀器已經早已遠離了日常生活，被各種現代化的產品和裝置所取代，但圭表這個概念卻奇妙地依舊活躍在現在的文字與文化之中，被現代人所認識。