歷史科普:日晷和漏刻,哪些古老時光的計時器
來源:科普中國
發(fā)布時間:2020-04-02
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時間是人類生活的重要參考依據(jù)?,F(xiàn)代人往往通過鐘表來計時并安排工作和生活,但我國在清代以前是沒有鐘表的,要想計時的話很不容易。

當(dāng)然,這并不代表古代沒有計時工具。古代人們在長期的生活和生產(chǎn)實踐中,通過對一些自然現(xiàn)象的不斷觀察,逐漸掌握了日升日落、星辰出沒、月亮圓缺等周期性的變化規(guī)律,并以此為契機(jī)便發(fā)明了各式各樣的計時工具。“日晷”就是其中之一。所謂日晷,就是人類根據(jù)日影位置的變化來測量時間的一種工具。作為明清皇宮的紫禁城,太和殿、乾清宮、坤寧宮、養(yǎng)心殿、慈寧宮等建筑前都有日晷。

  日晷由底座、晷面、指針組成。底座與地面平行,晷面與赤道平行,指針與地軸(指向南北極)平行。指針與地平面的夾角必需與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥认嗤?。北京的緯度為北?9.9度,所以太和殿日晷的指針與地面的夾角也為39.9度。指針一般為銅質(zhì),垂直穿過晷面,其最重要的作用是確定南北方向。由于晷面平行于赤道面,這樣,指針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。所以,太和殿日晷的指針是南北向設(shè)置,指針朝向北極固定。指針的第二個作用才是用來確定時間。其時間的確定,主要通過太陽照射指針在晷面的投影來實現(xiàn)。晷面呈圓盤形,石質(zhì),正反兩面都刻有12個時辰。當(dāng)太陽光照在日晷上時,指針的影子投向晷面。太陽由東向西移動,指針影子也慢慢地由西向東移動。晷面的刻度是均勻的,移動著的指針影子猶如是現(xiàn)代鐘表的指針。隨著太陽位置的變化,晷針影子在盤上移動一寸所花的時間稱為“一寸光陰”,而“一寸光陰一寸金”的成語就是由此而來。

  日晷利用太陽射影的方向來測量時間,但是,在陰雨天和夜間就會失去效用,且在春分、秋分時期無法使用。所以,我國古代工匠又發(fā)明了漏刻。作為計時器,漏刻的使用比日晷更為普遍,時間也更為久遠(yuǎn)。紫禁城交泰殿內(nèi),就有一座銅壺漏刻。漏,是指盛水漏壺,用于泄水或盛水;刻,是指劃分一天的時間單位,它通過漏壺的浮箭來計量一晝夜的時刻。交泰殿內(nèi)銅壺漏刻初造于清乾隆十年(1745),由清宮造辦處制作。乾隆六十二年(1797)十月二十一日,乾清宮大火,不僅乾清宮被毀,還殃及交泰殿及其中的銅壺漏刻?,F(xiàn)存于交泰殿內(nèi)的銅壺漏刻,為清嘉慶三年(1798)仿原件制成并安裝于此的。漏刻使用時,把水注入漏壺內(nèi),水便從壺孔中流出,流到水壺下放置的容器中,容器內(nèi)有一根刻有時刻的標(biāo)竿,稱為箭。箭下以一只船相托,浮于水面。當(dāng)水流出或流入壺中時,箭桿相應(yīng)下沉或上升,古人從蓋孔處看箭桿上的標(biāo)記,就能知道具體的時刻。

  我國西周時期就出現(xiàn)了漏刻。早期漏刻大多使用單只漏壺,滴水速度受到壺中液位高度的影響,液位高,滴水速度較快,液位低,滴水速度較慢。為解決這一問題,古人進(jìn)一步創(chuàng)制出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻,即使用多只漏壺,上下依次串聯(lián)成為一組,每只漏壺都依次向其下一只漏壺中滴水。這樣一來,對最下端的受水壺來說,其上方的一只泄水壺因為有同樣速率的來水補(bǔ)充,壺內(nèi)液位基本保持恒定,其自身的滴水速度也就能保持均勻。

  紫禁城的銅壺漏刻與日晷一樣,在相當(dāng)長的一段時間內(nèi),成為紫禁城內(nèi)的主要計時工具。到了清代后期,自鳴鐘開始流行,日晷和漏刻漸漸退出歷史舞臺,成為皇家禮制文化的組成部分。但是,它們構(gòu)造簡單,設(shè)計科學(xué),實用性強(qiáng),在很長的一段時間內(nèi)為古人的生活提供了時間判斷保障,因而是古代工匠智慧的體現(xiàn)。

 ?。ㄗ髡呦倒蕦m博物院研究館員)



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