紫禁城里的 “太阳能”计时器和“水力”计时器

鲁鑫

常常有人用白居易的詩句“春宵苦短日高起，从此君王不早朝”来嘲讽君王的荒唐生活。难道皇帝的生活常常是这样黑白颠倒的吗？在前面一篇文章中看过了乾隆皇帝的一日作息时间表，你一定会回答：不是这样的。

乾隆皇帝每天的工作和生活都安排得满满当当的，而且每个阶段的事情都是以小时为单位。这让我们不免好奇，在没有手机、电视、石英钟的年代，皇帝怎样精准地确定并安排自己的时间呢？谁来提醒他什么时候该上早朝，什么时候又该用膳呢？

我估计就是靠看太阳的位置来确定时间的！

紫禁城里真是通过看太阳来确定时间吗？

事实上，在西方的机械钟表传入之前，紫禁城里可以用日晷和漏刻来确定时间。日晷主要用于白天。

日晷是一种通过观察日影移动来计算时间的工具。中国古人很早就懂得利用日影的长短和角度变化来估算时间，比如用来表示黄昏的“昃”字在甲骨文里写作 ，正像太阳偏西时，人影斜长的样子。日晷的发明，使人们可以对整个白天的时间进行等分处理，从而提高了计时的精度。

在故宫很多建筑前，我们都能发现日晷的身影。不过，太和殿前的日晷太高了，坤宁宫前的日晷表盘又有些模糊，如果你想要仔细观察，可以去看看养心殿前的日晷，它的高度合适，表盘上的文字与刻度线也清晰可辨。

日晷的结构其实非常简单，不像钟表有齿轮、发条这些让人眼花缭乱的零件，日晷只包括一个两面都有刻度的石质圆盘，和一枚贯穿圆盘正中心的晷针。圆盘仰面朝北，俯面冲南，呈一定角度被固定在石质基座上。

这个角度可不是随随便便就能确定的，它的数值是90°-Φ，Φ代表日晷所在地的纬度。已知北京地区的纬度是39.9°，那么晷盘与基座平面之间的夹角就是90°-39.9°=50.1°。

清代 养心殿前的日晷

晷盘两面被均匀划分成12大格，每格又进一步区分为8个小格。这12大格，每格代表一个时辰（现在的两个小时），96个小格，每格代表1刻（现在的15分钟）。12个时辰的名称取自12地支，养心殿前日晷的晷盘上用满、汉两种文字刻写了从“子”到“亥”12个时辰的名称。一天当中，晷针的投影会落在不同的刻度上，指示不同的时间。

古代的12个时辰与我们今天使用的24小时制之间的对应关系是这样的。

具体观测时，每年的春分到秋分（约3月—9月），晷针的投影落在朝北的上盘面，此时要按照顺时针的顺序来读取投影所在位置的刻度。而秋分到次年春分（约10月—次年2月），晷针的投影在冲南的下盘面，那么就要按照逆时针的顺序来读取刻度了。

【做一做】

日晷的结构这么简单，让我们来学着做一个吧！

第一步，用一块圆形硬纸板当作日晷的晷盘，利用量角器，将晷盘上下两面各等分为12个以圆心为顶点的扇形。

第二步，在日晷上盘面，按照顺时针方向，分别在12格内填入从“子”至“亥”这12个地支名，另一面则按逆时针方向填入。

上盘面

下盘面

第三步，将晷盘按照一定角度，粘接在一个水平的基座上，粘接角度就是90°-Φ，Φ代表观测地区的纬度。

最后，用一根笔直的金属丝作为晷针，贯穿晷盘中心。摆放时，晷针上端朝北，下端朝南，置于阳光下。

这样你就可以通过观察晷针的投影来读取时间了。需要注意的是，这样测出的时间是观测地的地方时间，不是国内通行的北京时间哟！

阴天的时候，皇帝还能准时上早朝吗？

大家肯定想到了，利用日晷来读取时间，有两个无法克服的障碍。

第一个障碍，自然就是晚上没有太阳时日晷没有用。从太阳落山后到日出前这六个时辰，人们是无法通过日晷记时的，所以日晷上这六个时辰的刻度纯粹就是摆设。

第二个障碍，是白天阴天没有太阳时，日晷也会失去效力。

那么清代的皇帝们是不是只知道白天的时间，不知道晚上的时间，只清楚晴天的时间，不清楚阴天的时间呢？

当然不是，因为在没有太阳时，还有一种名叫“漏刻”的计时器可以利用。

漏刻一般由铜质的漏壶、箭（带有刻度的标杆）、箭舟（承托箭的浮子）等组成。使用时，水流匀速进入箭舟所在的漏壶，从而推动箭舟连同插在上面的箭匀速向上浮动，通过观察箭上刻度的变化就能记录时间了。

故宫博物院藏有两套漏刻，一套是乾隆九年（1744）制造的，保存在交泰殿，另一套是嘉庆四年（1799）制造的，保存在皇极殿。

乾隆时期的那套漏刻有四个漏壶。箭舟上有96个刻度，每个刻度代表15分钟，全部96个刻度代表24小时，也就是12个时辰。

乾隆九年漏刻结构示意图

其实，故宫中随处可见的日晷也是作为建筑装饰或者皇权的象征而出现的，看似代表时间的日晷也被赋予了特殊的政治意义。