三千年前,周公旦在河南登封采用圭表測影法測量日影長度,這一測量方法依然沿用至今。
12月21日,冬至,河南省科技館新館的圭表塔迎來首次日影測量,頂端新聞?dòng)浾吒S河南省科技館新館工作人員的測量進(jìn)行了獨(dú)家直播和采訪。據(jù)介紹,目前,河南科技館新館和圭表塔正在緊張有序施工中,預(yù)計(jì)明年六一前后向公眾試開放。
高科技建筑秉承古法測量
圭表塔位于象湖湖畔、主建筑東塔延伸線上,塔高100米,與河南省科技館新館主體建筑遙相呼應(yīng)。
河南省科技館展覽教育部負(fù)責(zé)人翟夢(mèng)汐介紹,圭表是度量日影長度的一種天文儀器,由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成,垂直于地面的直桿叫“表”,水平放置于地面上刻有刻度以測量影長的標(biāo)尺叫“圭”。
圭表測量法的歷史悠久,三千年前,周公旦在河南登封采用圭表測影法,現(xiàn)代考古表明,最晚在春秋時(shí)期,人們就懂得了使用圭表來確定二至日的方法,即將正午表影最長的那一天定為“冬至”,正午表影最短的那一天定為“夏至”,古人通過圭表測量正午時(shí)日影的長度,先確定冬至和夏至,繼而確定回歸年即人們常說的“一年”長度和歷法起算點(diǎn)。
元代科學(xué)家郭守敬繼續(xù)改進(jìn)圭表,將表的高度增加到四十尺,即標(biāo)準(zhǔn)表高的五倍,因此也被稱為“高表”。因?yàn)楸砀咴黾?,表影長度也隨之增加,邊緣模糊所造成的誤差也就相對(duì)變小了。此外,郭守敬還利用小孔成像的原理,制作了景符。當(dāng)太陽、高表頂端的橫梁、景符正中的小孔處于同一直線時(shí),圭面上就會(huì)出現(xiàn)橫梁的清晰實(shí)像。如此雙管齊下,終于使圭表測影的精確度有了很大提高。
河南省科技館新館圭表塔高度為100米,這也是河南省內(nèi)有記錄的規(guī)模最大的圭表測量設(shè)備。
天文愛好者也可自行測日影
在日影測量過程中,河南省科技館展覽教育部工作人員杜璽向頂端新聞?dòng)浾呓榻B,圭表塔測量是使用等比的方法,“通過一根一米高的木棍,測量影子,再通過等比的方法進(jìn)行換算,就能測量出100米塔高的影長”。
“其實(shí)有興趣的市民也可以自行測量。”杜璽說,“用一根筆直的木棍,先測量木棍的高度,通過木棍高度測量木棍影長,再通過勾股定理進(jìn)行等比測算,就能算出等比的影長。”
在直播過程中,相關(guān)工作人員測算出三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)——11點(diǎn)55分,影長為144.124米、12點(diǎn)15分,影長為138.359米、12點(diǎn)25分,影長為137.361米。
這里還有一個(gè)“冷知識(shí)”,鄭州的正午時(shí)間并不是中午12點(diǎn),根據(jù)“鄭州市日出日落時(shí)刻表”提供的數(shù)據(jù)來看,12月21日冬至當(dāng)天,鄭州的正午時(shí)間為12點(diǎn)23分,日影長度在這一刻為全年最長。
圭表塔還是一把觀星“量天尺”
河南省科技館副館長李莉介紹:“圭表塔的設(shè)計(jì)靈感來源于元代天文學(xué)家郭守敬在河南登封告城鎮(zhèn)主持修建的古觀星臺(tái),我們?cè)诖嗽O(shè)立的圭表塔是對(duì)中國古代天文學(xué)的致敬。”
值得一提的是,圭表塔和河南省科技館新館雖然是兩個(gè)不同的建筑,卻在軸線空間上是一體的,河南省科技館新館建筑工程高度約43米,設(shè)計(jì)方案采用“一軸三向四園”的規(guī)劃空間結(jié)構(gòu)。“一軸”為跨越楊橋干渠通過主入口廣場——科技館——室外廣場,最終收于圭表塔的空間軸線。
“新館的樓頂是一個(gè)天文臺(tái),現(xiàn)在正在建設(shè)中,從那里向東看,可以看到整個(gè)東邊天空的星星。”李莉說,“100米高的圭表塔就像量天尺一樣立在這里,它就是一把觀星的標(biāo)尺。”
另據(jù)介紹,圭表塔還將開設(shè)展覽、天文觀測、科技知識(shí)科普等場所,等2022年向公眾開放時(shí),這里將會(huì)成為一個(gè)寓教于樂的科普?qǐng)鏊?/p>
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