王洪鹏
如今,人们可以利用手机或钟表等查看时间,根据时间规划学习和生活。然而,在没有钟表等记录时间工具的古代,古人如何确定时间?
古人通过对自然现象的观察,逐渐发现太阳每天东升西落,物体影子的长度随着光线的变化而变化,这一发现使人们意识到日影与时间之间有着某种联系。于是,古人利用日光照射物体时投射的影子的长短来测量白天的长度,并发明了计时工具——日晷。
英国著名科技史专家李约瑟曾表示,在所有天文仪器中,最古老的是一种构造简单、直立在地上的竿子,至少在中国可以说是如此。在地上插一根竿子,当太阳东升西落时,竿子投射的影子也随之改变方向和长短,竿子投射在地面的影子就被称为日晷。
早在春秋时代,我国就有关于日晷的文献记载。在埃及、希腊和罗马等文明古国,也都有使用日晷计时的记录。公元前15世纪,在埃及卡纳克的太阳神神庙前,人们建造了一座高达29米的高塔,根据塔影的长短变化分辨时间。
当然,由于自然环境及文化传统的差异,不同国家的日晷类型也各不相同。日晷可分为赤道式日晷、水平式日晷、等高仪日晷、地球仪式日晷、反射日晷等。中国古代采用特有的赤道式日晷,欧洲则采用地平式日晷,并于明朝末年由传教士利玛窦传入中国。
赤道式日晷由晷针和晷面组成,只要适当调整晷针的倾斜角度,使其与地球的自转轴平行,便可在不同的纬度使用。赤道式日晷的铜制指针垂直穿过圆盘中心,称“晷针”。圆盘被称为“晷面”,呈南高北低,平行于赤道面。这样,晷针的上端指向北天极,下端指向南天极。在晷面的正反面刻有“子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥”12个大格,每大格代表兩个小时。
当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面。当太阳由东向西移动时,晷针的影子由西向东移动。每年春分以后,阳光照射在日晷的正面,指针的影子位于表盘正面。每年秋分以后,阳光照射在日晷的背面,晷针的影子则出现在表盘背面。
此外,我们还可以利用日晷确定南、北方向。我国地处北半球,早晨日在东、影在西,傍晚日在西、影在东,只要找出早晨和傍晚影长相等的两个端点,它们的连线就是东西方向,连线的中点与表盘底的连线就是南北方向。人们利用日晷确定南北方向,修建出冬暖夏凉的房屋。我国传统房屋坐北朝南,冬季背风朝阳,夏季迎风纳凉,“向阳门第春光好”得以真正实现。
遗憾的是,日晷计时只能在有阳光的时候进行,而且只能精确到时辰。如果遇上多云、阴雨天或是在晚上就不能使用了。日晷是固定的,笨重难以移动,使用不方便。随着科技的发展,古人又研制了可以记录时、刻、分的水运仪象台。
科学竞答
唐代诗人王贞白在《白鹿洞》这首诗中写下“读书不觉已春深,一寸光阴一寸金”的诗句,这是“一寸光阴”最早的出处。你们知道“一寸光阴”究竟代表多长时间吗?
解析:
汉唐以后,诗词歌赋中开始出现“寸阴”“寸晷”“光阴”等词语,“寸晷”本来指一寸长的影子,后来借指时间。“一寸光阴”就是晷盘上晷针影子移动一寸距离需要的时间。
(作者系中国科技馆副研究员)