立杆测影在我国也有悠久的历史 。我国古代称直立的杆子为“表”,测量表影的尺子平放在地面,叫做“圭”或“晷”,合起来称做“圭表” 。根据史料,我国的日晷在殷周时代就已有了,至今至少已有三四千年的历史 。
日晷计时的原理是这样:在一天中,被太阳照射到的物体投下的影子在不断地改变着,第一是影子的长短在改变,早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,一过中午它又重新变长;第二是影子的方向在改变,因为我们在北半球 , 早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在东方 。从原理上来说,根据影子的长度或方向都可以计时 , 但根据影子的方向来计时更方便一些 。故通常都是以影子的方位计时 。
我国日晷主要有“地平式”和“赤道式”两种 。地平式日晷底盘上的均匀刻度不能精确反映一天中的时刻,因为太阳周日视运动轨道与赤道面平行,同地平面有一交角,在赤道两边,早晨和傍晚日影移动较快,中午移动较慢 。为了克服这一缺陷,人们把底盘放在观测者的赤道平面里,标杆方向与地轴平行,做成了赤道式日晷 。赤道式日晷底盘的均匀刻度能够代表一天中的精确时刻 。如果你到北京故宫博物院参观,就会看到太和殿前面汉白玉底座上立着一个日晷,它就是赤道式日晷 。精彩文章:灵异照片 车祸现场惊现鬼魂 ufo外星人尸体 蜥蜴人
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西汉中阳漏壶
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多级漏壶
“滴漏”计时摆脱日光依赖
日晷不仅能测量一天中的时刻,还能测定四季,在古代应用很广 。但它有一个明显的缺陷,就是只能在出太阳的白天使用 。可是,夜间和阴雨天怎么办呢?
利用滴漏或刻漏计量时间,是古代人类想出的共同办法 。我国远在春秋以前就创造了刻漏,古书记载:“漏刻之作,肇于黄帝之日,宣乎夏商之代 。”在古巴比伦和古埃及,大约两千多年以前也出现单式漏壶 。他们是在每天日落时把水注入容器,水流完了,看守者就向附近居民报告时辰,然后重新灌水 。
沉箭漏十分古老,也较为简单 。它只有单壶,壶的下部有流管,壶中有一直立的浮在水面的箭杆,上有刻度,此即刻箭,又称箭尺 。使用时 , 壶中水通过流管不断泄到壶外,箭尺便逐渐下沉,以指示时间 。由于是单壶,壶中水位在滴泄过程中会逐渐下降,从而导致流速不均,故应不等距地划分箭尺的刻度:越接近下端,刻度越疏;越接近上端,刻度越密,这样才能够表示相等的时间间隔 。
浮箭漏的出现晚于沉箭漏,而性能优于前者 。它由供水的漏壶、受水并放置箭尺的箭壶两部分组成 。使用时,漏壶的水通过流管不断泄入箭壶,箭尺便随箭壶水位的升高而逐渐上浮 。由于箭尺不放在漏壶中,故可以采取措施来保持漏壶水位的稳定,从而导致流量的稳定 。而箭尺的刻度也因此可以均匀划分,并实现无间断的长时段计时 。
多级补偿式浮箭漏的出现更迟,结构也略复杂 。它的漏壶有上下两级,当下级漏壶向箭壶供水时,上级漏壶则为下级漏壶补水,从而提高了漏壶水位的稳定度和计时的准确度 。较高级的浮箭漏可以有数个补偿壶,多级供水,进一步保证流量的稳定 。
漏刻计时必须经常与天文测时比对,以确定计时的起点和时间单位 。漏刻计时,同天文日晷测影和恒星位置观测相结合组成我国古代一套完整的计时系统 。漏刻在中国使用了很长时期,一直到清乾隆时期西方钟表传入中国 。
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