登封古观象台在河南省登封县城东南十五公里的告成镇,古称阳城。北望中岳嵩山,南临箕山,北面是周公庙。建于元朝初年(公元1279年前后),是中国现存最古老的天文测量建筑,也是世界上重要的天文古迹之一。
元朝时,王恂、郭守敬主持在全国设立了二十七个观测站,分布在北纬15º到北纬63º之间的地区。此台为观测中心。当年,郭守敬曾在此测验过晷影。通过测量,推出一个回归年为365天5小时49分12秒。而他制定的《授时历》和现在通用的公历(格利高里历)一年的周期完全吻合,却比现行公历早了300多年。
登封古观象台由台身和石圭组成,台为砖石混合结构,平面呈方形,下大上小,高9.46米(约当时4丈),连同台顶小室通高12.62米(台顶小室高3.16米,是明朝嘉靖七年公元1528年修葺时所建)。台体两旁围有盘旋踏道,呈方形覆斗状,四壁用水磨砖砌成。台上有二间小屋,分别安装计时仪器漏壶和观测仪器简仪等。台北设有两个对称的踏道口,并设砖石踏道,对称盘旋在台顶,可以登台眺望。台顶边缘有阶栏及去水口。台的北壁正中有一个直通上下的凹槽,其下为石圭南端。台体收分为壁高的24.88%,与宋朝《营造法式》所在城壁收分为城高的25%基本吻合。古观象台台顶北部有一间瓦房。北壁中间砌成一个上下直通的凹形直槽,这是测日影“影表”表身。
石圭(量天尺)从凹槽下放从南向北由36块方青石连接而成,下部为砖砌基座。长31.196米(相当于12丈),宽0.53米,南端高0.56米,北端高0.62米。。石圭依南北方向摆放,其方位与现在测量子午线方向相符。圭面刻有双股水道,水道南端有注水池,北端有泄水池;泄水池东西两边有泄水孔。泄水池下部有受水石座一个。还刻有尺度,用以测量水准。
郭守敬为了能够更准确地量度日影,把传统的8尺高表,1丈3尺长圭,增大为4丈高表,12丈长圭表,是典型的“高表”,也是测景仪器的重大改革。高50尺(当中入地及座中14尺,即表身高36尺),宽2.4尺,厚1.2尺,植于石圭南端的石座中。表上端铸二龙,龙身半附表侧,半身凌空擎一根长6尺,粗3寸粗的“横梁”,由梁身至石圭面为40尺。
为了克服高表投影模糊的新问题,郭守敬发明了“景符”,提高了日影长度测量的精确度,景符下为方框,一端设有可旋机轴,轴上嵌入一个宽2寸,长4寸,中穿孔的铜叶,其势南低北高,可以依太阳高下调整角度。正午时,太阳光穿过景符上的小孔,在圭面上形成一很小的太阳倒像。南北移动这景符,寻找从表端横梁投下的梁影。当梁影平分日像时,即可度量日影长度。这相当于现代的针孔成象原理。
郭守敬在坚持观象台获得许多较为精确的天象数据,使他编修的方法《授时历》成为中国历史上最为精密的历法。
观星台的用途相当于测量日影的圭表。它那高高耸立的城楼式建筑相当于一根直立于地面上的竿子,台下正北方的“长堤”则是一把用来度量日影长度的“量天尺”。台上有两间小屋,一间放着漏壶,一间放着浑仪;两室之间有一横梁。每天正午,太阳光将台顶中间横梁的影子投在“量天尺”上。冬至这天正午的投影最长,夏至这天正午的投影最短;从一个冬至或夏至到下一个冬至或夏至,就是一个回归年的长度。中国古代就是采用这种方法测定一年的长度,从而为指定历法奠定了基础。
经考证,除了测量日影和记时的功能以外,当年的观星台上可能还有观测星象的设施,并有过在此地观测北极星的记录。
河南登封观星台现存的部分已被列为国家重点文物保护单位。
《元史•天文志》记载:“景符之制,以铜叶,博二寸,长加博之二,中穿一窍,若针芥然。以方闉为趺,一端设为机轴,令可开阖,榰其一端,使其势斜倚,北高南下,往来迁就于虚梁之中。窍达日光,仅如米许,隐然见横梁于其中。” |
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