了解一下古代的计时工具：圭表

中国古代最早使用的计时工具称为圭表。它由两部分组成，垂直立于平地上的标杆称为表，南北方向平放的测影尺称为圭，两者以直角相接。周朝时期，周公在河南登封（34°N）“垒土为圭，立木为表，测日影，定四时”，通过观测一年中每天正午投在地上的影子长度变化来测量二十四节气。

1279年，元代杰出天文学家郭守敬在河南登封的告成镇设计并建造了一座测影台——河南登封观星台，它是中国现存最早的古代天文台。

我们知道，在平气法的原则下，回归年是太阳在天球上连续两次通过分至点中任意一点的时间，
古人名之为“岁实”。郭守敬、王恂等人编制的《授时历》的岁实为365.2425日，与我们今天使用的《格里历》数值相同。在很长的历史时期内，我国所测定的回归年时间精度一直位居世界第一。

那为什么人们利用圭表可以确定节气？由于地球公转时，太阳直射点的南北移动，同一地点正午的表影长度在一年之内做周期性的变化，因此根据表影长度变化规律，就可以确定二十四节气。但是圭表只适合北回归线及其以北的地区，而且受圭表的精确度及天气状况等影响较大。

一年中，冬至日正午太阳高度最低，杆影最长，夏至日太阳高度最高，杆影最短。圭表测影法先测出冬至日，是因为冬至时影子最长，其相邻几天的影长变化最为明显，更利于观测记录。这说明太阳高度变化幅度相同时，杆影的变化幅度不同，正午太阳高度小的时段，影长变化幅度大。

知识扩展：

1、日晷

再后来，聪明的古人发现如果把竹竿或者石柱倾斜，倾斜到一定的角度，无论什么时候，影子都能投射到一个圆形的平面上。于是日晷就诞生了!日晷是由指针和圆盘组成，铜制的指针叫“晷针”，垂直穿过石制的圆盘中心，起着圭表中立杆的作用，因此晷针又叫“表”。石制的圆盘叫“晷面”，根据晷面所放置的角度不同可分为水平式、赤道式、垂直式等多种不同的日晷。移动着的晷针就像现代钟表的指针，圆盘则像钟表的表面。

2、十二时辰

为了更精确地计算时间，古人把一天分为子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二个时辰，并刻在了日晷上。这也是我们现代钟表的雏形了。

3、陶寺古观象台

陶寺古观象台是2003年中国考古人员在山西尧都陶寺遗址考古发掘中发现的，它由13根夯土柱组成，呈半圆形，半径10.5米，弧长19.5米。从观测点通过土柱狭缝观测塔尔山日出方位，确定季节、节气，安排农耕。考古队在原址复制模型进行模拟实测，从第二个狭缝看到日出为冬至日，第12个狭缝看到日出为夏至日，第7个狭缝看到日出为春、秋分。古观象台遗址在今山西省襄汾县陶寺镇境内。

陶寺古观象台位于山西省襄汾县陶寺城遗址，距今约4700年，是该遗址考古中重大的发现，“观象台”遗迹的发现，证实了《尚书·尧典》上所说的“历象日月星辰，敬授人时”的真实历史背景与社会现实。是对中国远古时期天文历法研究重要的实物例证。该考古成果被中国国家文物部门定为国家级重大考古发现。