登封古观星台之谜-揭晓土圭测景之成果

嵩山之南的登封县告城镇，有一座古观星台，建于元代初年，是我国现存最古老的天文台。从西周开始，告城就被认为是天下的中心，科学家们就在这里测量节气的变化。元代天文学水利学家郭守敬对旧式圭表作了重大改进，使阴影边缘清楚，能精确地测量出日影的长短。告城镇的古观星台，就是郭守敬指挥建造的砖石结构的新式圭表。

河南登封观星台是中国古代的天文观测台，位于河南省登封县城东南15公里的告城镇周公庙内，建于元朝至元十三年（1276），距今已有730多年历史，是中国现存最早的古天文台建筑，也是世界上重要的天文古迹之一。

观星台由台身与石圭、表槽组成。台身上小下大，形似覆斗，两边有砖石所砌阶梯交抱台身，到达台顶。台面呈方形，用水磨砖铺面。台高9.46米，连台顶小屋通高12.62米。台下边宽16米多，上边约为下边之半。在台身北面，设有两个对称的出入口，筑有砖石踏道和梯栏，使整个建筑布局显得庄严巍峨。台顶各边有明显收缩，并砌有女儿墙，台顶两端小屋中间，由台底到台顶，有凹槽的“高表”。

元朝人为什么要建观星台？是谁建立的？观星台到底派什么用处？一连串的疑问使人难以释怀。

观星台的用途相当于测量日影的圭表。它那高高耸立的城楼式建筑相当于一根直立于地面上的竿子，台下正北方由36块青石平铺的“长堤”叫石圭，通长31.19米，是一把用来度量日影长度的“量天尺”。石圭上刻有两条平行水槽，测量时石圭上面的两条平行水渠之间装水取平，根据“针孔成像”的原理放置“影符”，在台以上40尺外架横梁一根，日中时梁影通过影符投射在石圭之上，这就是当天的日影长度。台上有两间小屋，一间放着漏壶，一间放着浑仪。每天正午，太阳光将台顶中间横梁的影子投在“量天尺”上。冬至这天正午的投影最长，夏至这天正午的投影最短；从一个冬至或夏至到下一个冬至或夏至，就是一个回归年的长度。中国古代就是采用这种方法测定一年的长度，从而为制定历法奠定了基础。元朝杰出的天文学家郭守敬曾经在这个地方主持过测量工作。

登封古观星台(www.xing528.com)

除了测量日影和计时的功能以外，当年的观星台上还有观测星象的设施，并有过在此地观测北极星的记录，即“昼测日影，夜观极星，以正朝夕”，中午测日影，夜间观察星象，以此来验证日时和四季。

传说西周初年，周公姬旦辅政后为营建东都洛阳而搞天文观测，在这里“以土圭之法，测土深，正日影，求得地中”。因此在一个地方进行观星、测影等天文活动，在中国乃至世界现存所有的天文建筑中，时间是最长的。告城地处中原，又是我国古代的政治、经济、文化中心，在这里测天象、测量日影，既有实用性，又有代表性，唐一行（张遂）、南宫说、姚玄等都在此测过日影，唐代和元代两次大规模的观测日影，在这里都留下了古老的天文建筑。由于有这座周公测影台，嵩山告城便被称为天地之中了。今观星台南20米处尚保留有唐开元十一年（723）由天文官南宫说刻立的“周公测景台”石表一座，其制度与《周礼》所记土圭测景之说相符。

元世祖忽必烈任用著名的科学家郭守敬和王恂，进行了一次规模巨大的历法改革。郭守敬认为“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”。因此，他十分注意天文仪器的改革和观测。在忽必烈的支持下，郭守敬、王恂等人搞了一次大规模的“四海观测”活动，在全国建立了27座观星台，最北至北海（贝加尔湖），最南至南沙群岛，最东至朝鲜，最西至云南。登封观星台是当时的中心观星台，也是目前中国现存最早的一座观星台。运用高表测量为郭守敬所独创，当时全国只有6处，但从实测记录和实物看，只有大都（今北京）和今登封告城观星台两处，保存至今的只有登封观星台一处。

郭守敬通过在观星台的实地观测，掌握了地球运转的规律，并准确地测出二十四节气，特别是冬至、夏至、春分和秋分的准确时间，于元至元十七年（1280）编制出了当时世界上最先进的历法《授时历》。该历法的一个回归年为365.2425天，合今天365日5时49分12秒，同现代科学测定现回归年长度365日5时48分46秒相比，一年仅长26秒，而与现今世界许多国家通用的格里高利历相比，则一秒不差。毫无疑问，告城古观星台是世界天文史上的一个奇迹，在中国乃至世界天文史上将被人们世代永记。