古人怎样确定冬至？测算影长误差竟仅在2毫米左右

　　今天是二十四节气中的冬至，也是我国农历的第22个节气。从汉代开始，无论官方还是民间，都有过冬至的习俗，民间会进行冬至祭祖，明清两代的帝王会到天坛举行祭天大典。

　　元代《月令七十二候集解》中说："冬至，十一月中。终藏之气，至此而极也。"在冬至这天，太阳光直射南回归线，北半球太阳影子的长度是一年中的最长值，也是北半球各地白昼时间最短、黑夜最长的一天。

　　早在先秦时期，古人就通过天文仪器圭表上日影的长短，推算冬至和夏至的准确时刻，进而确定二十四节气。那么，古人是如何做的呢？

　　河南登封的观星台，是座石砌的高台，由距今700多年前元代天文学家郭守敬主持建造。

　　在观星台背后，是距今1300多年前唐朝人在周公测影的旧址上所修建的周公测景台。相传，西周时期周公为新都城选址时，曾在此立下圭表测量日影，以此判断哪里是天下的正中。

　　这两个古建筑，都是世界文化遗产登封"天地之中"历史建筑群的一部分，它们同样都有着圭表结构，是古人用于测量日影的天文仪器。

　　什么是圭表测影？

　　简单来说，"表"是直立的柱子，而"圭"则是与表相连的石座。每天正午时刻，太阳照射表的影子落在圭上，夏至日影最短，冬至日影最长，古人以此观测日影的变化，先确定冬至和夏至，进而测算一年的长度，均分得到二十四节气。

　　为什么同样是圭表，观星台和周公测景台看起来差别这么大？

　　因为古人也是在前人设计和测量的基础上，不断地改进圭表的结构。专家告诉记者，到了元代，郭守敬将圭表加高到传统仪器的5倍，形成了约10米高的高台，并用一根横梁代替了原来的表头，这样可以获得更精确的影长，进而计算出更精准的一年的时长。

　　测影，听上去原理很简单，只需要看一下影子有多长就行了。但实际上由于横梁较细，离地面又太远，影子往往只有地面上模糊的一道，很难直接用肉眼看出它的准确位置。

　　为此，古人使用了一种带有小孔的铜板，称为"景符"。在薄度不到1毫米的铜板上钻出极细的小孔，利用光的小孔成像原理，太阳会在圭面上形成一个圆圆的光斑，而由于横梁的阻挡，这个圆形光斑正中间会被一条极细的阴影划开，此时的阴影就是横梁影子的准确中心位置了。

　　通过这种方法，测量出的影长有多精确呢？

　　今天，当地爱好者们在正午时刻的实验数据。今日影长实测值为15.6316米，这个数字和现代科学计算出的理论影长相差误差值约为2.1毫米，可以说精度已经非常高了。

　　凭借更加精准的数据，郭守敬于1281年测定一年的长度为365.2425天，而这个数字与现代所测定的年长仅有20多秒的误差，精度与西方1582年的"格里高利历"相当，但比西方早了300多年。

　　从上古时期到周公测景台，再到观星台，数千年来古人们不断改进测量方法和仪器，得出越来越科学的天文历法，用以更好地划分时节，指导生活生产。而如今，我们依然可以通过这种实验，感受古人的智慧与古代科学技术的进步和发展。

　　今天的现场也非常热闹，除了测影实验，当地也组织了民俗节目表演、千人饺子宴等冬至主题活动，让游客和当地居民们感受到传统文化的丰富魅力。