圭表

        匠人建国。水地以悬。置��以悬,眡以景。为规识日出之景,与日入之景。昼参诸日中之景,夜考之极星,以正朝夕。
        

《周礼·冬官考工记·匠人》

        【评】这是关于立表定向之观测方法的最早记述,为战国时代作品。这一段记述中,已经提到许多精细、科学的方法,如:要求地面水平,要求��垂直于地面,等等。该段记载中所述的方法虽然简便,但由于日出、日入时表影较模糊,故与圆周相交的交点不易定准。
        中道者,黄道,一曰光道。……夏至至于东井,北近极,故晷短;立八尺之表,而晷景长尺五寸八分。冬至至于牵牛,远极,故晷长;立八尺之表,而晷景长丈三尺一寸四分。春秋分日至娄、角,去极中,而晷中;立八尺之表,而晷景长七尺三寸六分。此日去极远近之差,晷景长短之制也。去极远近难知,要以晷景。晷景者,所以知日之南北也。……
        

《汉书·天文志》

        【评】由于地球的自转,太阳每天在天球上不断改变着位置和方向。我国古代就以太阳的位置来作为一天内时刻的标志,并用立表测影之法来测定太阳的方位。这段史料记载了这种用途。
        梁天监中,祖暅造八尺铜表,其下与圭相连。圭上为沟,置水,以取平正。揆测日晷,求其盈缩。至大同十年,太史令虞��,又用九尺表,格江左之影。夏至一尺三寸二分,冬至一丈三尺七分,立夏、立秋二尺四寸五分,春分、秋分五尺三寸九分。……
        

《隋书·天文志》

        【评】由这段史料记载可知,梁大同十年(公元544年),太史令虞��曾用九尺表高,而祖暅则造八尺铜表。虽然到了元代,郭守敬制四丈高表,并加横梁及景符,大大改进了测景。但八尺表这一古老制度,仍代代相传,一直沿用到清初。
        景表议曰:
        步景之法,惟定南北为难。古法置��为规,识日出之景,与日入之景。昼参诸日中之景,夜考之极星。极星不当天中,而候景之法取晨夕景之最长者规之,两表相去中折以参验,最短之景为日中。然测景之地,百里之间,地之高下东西不能无偏;其间又有邑屋山林之蔽,倘在人目之外,则与浊氛相杂,莫能知其所蔽;而浊氛又系其目之明晦风雨,人间烟气尘坌变作不常。臣在本局候景,入浊出浊之节,日日不同,此又不足以考见出没之实,则晨夕景之短长未能得其极数。
        

《宋史·天文志》

        【评】这是沈括所著《景表议》之记载。随着时代的发展,测景方法也逐渐精密。
        景表议曰:
        ……
        参考旧闻,别立新术。候景之表三,其崇八尺,博三寸三分,杀一以为厚者。圭首剡其南使偏锐。其趺方厚各二尺,环趺刻渠受水以为准。以铜为之。表四方志墨以为中刻之,缀四绳,垂以铜丸,各当一方之墨。先约定四方,以三表南北相重,令趺相切,表别相去二尺,各使端直。四绳皆附墨,三表相去左右上下以度量之,令相重如一。自日初出,则量西景三表相去之度,又量三表之端景之所至,各别记之。至日欲入,候东景亦如之。长短同,相去之疏密又同,则以东西景端随表景规之,半折以求最短之景。五者皆合,则半折最短之景为北,表南墨之下为南,东西景端为东西。
        

《宋史·天文志》

        【评】用圭表测影关键是提高影长量度的精度。由于空气分子和尘埃杂质对日光的漫射,使影的端线变得模糊不清,这是提高测影精度的极大障碍。针对这一点,熙宁七年(公元1079年),沈括在他所著的《景表议》中提出了两项改进:(1)把圭表放在一个密室内,减少尘埃杂质和日光漫射的影响;(2)立一个副表,增加表影浓度,提高观测精度。这段史料即选自《景表议》。
        长安灵台有铜表,高八尺,长一丈三尺,广一尺二寸。题云:太初四年造。
        

宋·王应麟《玉海·天文·圭景》

        【评】对于古代中原地区,日中的表影总在表的正北方向,故人们用与表同样的材料(多为石料或铜料)制成一条平板,一头放在表基,沿伸向北,并在平板上刻凿尺寸。这种仪器已溶土圭和表为一整体,故称为圭表。该段史料是目前所找到的整体的圭表的最早记载。
        圭表以石为之,长一百二十八尺,广四尺五寸,厚一尺四寸。座高二尺六寸。南北两端为池,圆径一尺五寸,深二寸,自表北一尺,与表梁中心上下相直。外一百二十尺,中心广四寸,两旁各一寸,画为尺寸分,以达北端。两旁相去一寸为水渠,深广各一寸,与南北两池相灌通以取平。表长五十尺,广二尺四寸,厚减广之半,植于圭之南端圭石座中,入地及座中一丈四尺,上高三十六尺。其端两旁为二龙,半身附表上擎横梁,自梁心至表颠四尺,下属圭面,共为四十尺。梁长六尺,径三寸,上为水渠以取平。两端及中腰各为横窍,径二分,横贯以铁,长五寸,悬线合于中,悬锤取正,且防倾垫。
        按表短则分寸短促,尺寸之下所谓分秒太半少之数,未易分别;表长则分寸稍长,所不便者景虚而淡,难得实影。前人欲就虚景之中考求真实,或设望筒,或置小表,或以木为规,皆取端日光,下彻表面。今以铜为表,高三十六尺,端挟以二龙,举一横梁,下至圭面共四十尺,是为八尺之表五。圭表刻为尺寸,旧一寸,今申而为五,厘毫差易分别。
        

《元史·天文志》

        【评】这段史料记载了元代圭表的详细结构及观测情况。
        ……
        其议晷景也,曰:“何承天立表测景,始知自汉以来,冬至皆后天三日。然则推步晷景,乃治历之要也。授时历亦凭晷景为本,而历经不载推步晷景之术,是为缺略。今用北极出地度数,兼弧矢二术以求之,庶尽其原。又随地形高下,立差以尽变,前此所未有也。”……又曰:“夫冬至之景一丈有馀,表高晷长,则景虚而淡,或设望筒、副表、景符之类以求实景。……”
        

《明史·天文志》

        【评】这段史料表明,我国古代天文学家曾用圭表进行观测,并在此实践的基础上编制年历。