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登封觀星臺原理詳解

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登封觀星臺原理詳解

周文王的第四個兒子,武王的弟弟周公姬旦,透過觀測太陽的執行軌跡,認爲陽城是天地和宇宙的中心,並且在這裏測量日影和驗證四時。從此以後,當地就有了這樣的民謠:“天有心,地有膽,天心地膽在告縣”。

走進觀星臺景區的大門,經過照壁、山門和垂花門之後,迎面出現一座石柱,表面赫然寫着“周公測景臺”五個綠色的大字,後方的小廟中供奉着周公的塑像。相傳,西周初年,周公營建洛陽時,曾經在這裏測影。原本的測景臺爲土堆和木杆,直到唐代的開元十一年(723年),太史監南宮悅在此地建造起石制的測景臺。

這座測景臺通高3.95米,由上、下兩部分組成:下部梯形的基座被稱爲“圭”,上部的石柱被稱爲“表”,“表”的北面距“圭”上面的北邊沿約37釐米。夏至日的時候,“表”的影長約37釐米,正好與“圭”北邊的上沿長度吻合,所以測景臺四周看不到影子,故俗稱此臺爲“無影臺”。

在測景臺兩側,豎立着很多石碑,大多都是後人參觀此地寫下的感言。其中,垂花門內側的一塊石碑,上方刻着明代書法家鄭大原寫下的《春日謁周公祠觀測景臺》:“元聖當年曾測景,巍峨廟貌石淙潯。階前臺榭餘芳草,門外山川映古林。觀象已知超遠略,量天更見識玄心。我來肅戒明禋典,漫向碑前績賞音。”

旁邊有一口古井,雖然僅存兩件石柱,但是依然被鄭重地陳列在臺基之上。相傳,元代天文學家郭守敬,在這裏修建觀星臺前,先期挖鑿了這口井水。後來,測量儀器所使用的水,以及日常生活用水都取自此井。

觀星臺的正中有一條石槽,連接着下方長31.196米的石樑,它們相當於測量日影的圭表。高高聳立的臺子,相當於一根直立在地面上的竿子,也就是所謂的“表”臺下長長的石樑,相當於一把測量日影的“尺子”,也就是所謂的“圭”。每天的正午,陽光會將臺頂橫樑的影子,照射在下方的“尺子”上。古人就是採用這種方法,測定出太陽影子的長度,爲制定準確的歷法奠定了基礎。

在觀星臺的頂上,還可以看到一件日晷,原本由銅製的指針和石制的圓盤組成,可惜指針已經丟失。指針垂直穿過圓盤中心,圓盤南高北低,平行於赤道面,與“圭表”的原理基本相同。日晷兩面都有刻度,分別爲子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰,每個時辰又等分爲“時初”和“時正”,正好是一天的24個小時。

除此之外,在觀星臺下方,還可以看到郭守敬創制的高表、正方案和仰儀等物的複製品,它們都是天文學中不同的測量儀器。在觀星臺的對面,有一座螽斯殿,原本是帝堯殿。1944年,侵華日軍炮擊觀星臺,殿宇被毀。2005年,登封文物管理局籌資,在原址上進行了復建。

舊周王城位處西都鎬京,在新周天下格局之下,顯然已不再適合成爲首都。短短几年之間,武王去世,管叔、蔡叔與殷商舊民聯結叛亂東方淮夷動亂不息,這都客觀上表明瞭遷都的必要。君主唯有執中方可統御四方,以至八方,探求地中成爲當務之急。

《周禮·大司徒》記載:“日至之景,尺有五寸,謂之地中。天地之所合也,四時之所交也,風雨之所會也,陰陽之所和也,然則百物阜安,乃建王國焉。”夏至日,直立一根杆子,若影長一尺五寸,該處即爲地中。按《周髀算經》的八尺圭表的記錄,杆子長當爲八尺。經過多處勘察和反覆測影,周公求得地中爲告成。

天地之中,這是就周代的疆域而言。以現代地理經緯看,周朝疆域北端是三公之一召公奭及其子的封地燕薊,處於北京、大同一帶,緯度約40南端是熊繹封地楚,位處長江流域的長沙,緯度約30,南北之中緯度爲35。東端是太公姜尚封地,瀕臨大海,東經約118度西端是舊周故地,鎬京西經約108度,則東西之中約113度。今告成,古陽城北緯34.4度,東經113度,恰恰是周代疆域東西南北的中點。

“中”,首先且必須是地理意義上的中,舍此無從談立中與執中,遑論問鼎與逐鹿。以告成爲中心而確立起的京畿,上應紫微宮,下臨河洛地,得天時、地利與人和,方有八百年周朝江山延續。

立杆測影定九州,居中臨御天下治。思及此,越千百年之後,身處當下的我們追跡三代,除了文獻紙堆中尋影,更應王城故都裏訪貌。

元代時,郭守敬駐留告成數年,重建了觀星臺和復原了許多觀星儀器,今天基本保持了當年的格局,已被列爲世界十二個古天文臺之一。