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立竿测影，是古代中国天文学观测天体位置，勘定地体方位，划分节气，定立时刻制度不可或缺的方法之一。立竿测影，不仅能相当容易地测知一天之中的早、中、晚，而且能测出一回归年中的二分、二至、四立这八个主要节气及二十四节气等，这些时段的划分与古代中国天文学赤道坐标系----浑天系所界定的整个天地东、西、南、北、中这五个方位是直接对应的。 立竿测影的“竿”，也称“表”。“表”的影子，古书作“景”，也专称为“晷”，即日影。用于立竿测影的“表”后来专门化为“日晷”。立竿测影的方法是：立一根垂直于平地的标杆（一般长八尺），每天早、中、晚三次测量日影长度的变化，还要与漏刻和夜间北极星的位置相参照。每天日影最短的时刻，就是太阳上中天[1]的时刻。测定太阳上中天的准确时刻有相当重要的意义。第一，可以较精确地测定南方，从而可以定出东西、北方。第二，可以定出午时，即一天时间的中点。到现在我们还是把一个白昼分为上午和下午两半。午时制度是时刻制度不可缺少的组成部分。第三，可以定出夏至和冬至。据郑文光先生讲“如果能连续六十年测定日影长度变化，回归年的长度可以定得相当准了。”[2]立竿测影的器具和方法发展到后世成为“日晷”。 立竿测影的作用是：①正日影，即考定日影的精确性；②测土深，是指测量地球的直径；③求地中，是指求证地球的正中心——极。 《周礼·地官·司徒》指出：“以土圭之法，测土深，正日影，以求地中。”土圭，不是土做的圭。而是古时用以测日影、正四时和测量土地的器具。“测土深”并不是指“测土的深度”，而是指“测地球的深度”。因为郑玄曾经注释说：测土深是指测量南北东西的深度[3]。即是测整个地球从南到北，从东到西直插而入的深度。也就是整个地球赤道的从南到北的直径和从东到西的直径。因为如果是测地平面的南北、东西直径，就不会被说成是测土深。据《周礼·冬官·考工记》郑注：“土犹度也。”因此土圭就是度圭，是量度日影长度的天文仪器，一般是石做的，平放在地上，南北方向，用以量度每天中午日影的长短以定四时。后世也有称为量天尺的[4]。《周礼·春官·典瑞》记载了：“土圭致四时日月，封国则以土地。”意为土圭可以精密地标识四时季节和时日月份，建筑城池则用以测定方位。 怎样定四个方位？《周礼·冬官·考工记》记载了：白天参考验证太阳上中天时的影子，夜间参考验证北极星的位置，用以测定东西方位[5]。《周礼·冬官·考工记》、《周髀算经》都记载了：以表为圆心画出一个圆圈，并将日出和日落时表影与四周相交的两点记录下来，便可以通过连接两点的直线得到正东西的方向；线的中点，跟表本身的连线，就是正南和正北[6]。求“地中”的具体方法简要地说就是： 先立仪表于水平地面，称为“南表”。漏刻上水，位居日之正中，再立一表于南表影长之末，称为“中表”，依据北极的方向而立“北表”，使三表成一条直线。三表成一条直线者，其立表之地，即在子午（南北）之正位，倘三表不在一条直线者，则地（中）的位置就会偏斜。只要观看中表，就能知道所偏的方向：中表在西，则立表之处在地（中）之西；中表在东，则立表处在地中之东。取三表为一条直线者，为地中之正位。又以春秋二分之日，早晨太阳始出东方半体，立一表于中表之正东，名曰“东表”，使东表与太阳及中表三者成一条直线。这一日之傍晚，太阳入西方半体，再立一表于中表之西，名曰“西表”。亦从中表向西望西表及太阳，三者成一条直线。于是观测三表比直者，即是地体从南到北之正中。进退南北，求三表比直正东西者，则其地处正中，居卯（东）酉（西）之正位[7]。以五表测影法的结果有两个功用：一是以观测点为中心，作为时间的起止点；二是以所测得的“地中、东、南、西、北”，对地球以“天极”为中心，将赤道大圆等分为四个方向。“地中”在这一功用上讲，与“天极”是一致的。这是表的第一个用途，也是最原始的用途。 表的第二个用途是观测表影角度的变化，从日出到日落，可以定出一天之内的时间；从日影最短到日影最长，可以定出一回归年的时间。《后汉书·律历志》云：“日发其端，周而为岁，然其景不变。四周，千四百六十一日而景复初。是则日行之终。以（四）周除（1461）日，得三百六十五又四分之一日，为岁之日数。”从表影的角度还可以定出月份、季节、二十四节气。太阳上中天的时刻，就是午时，此时日影直指正北，太阳在正南。一年中午时日影最短的一天，即夏至；日影最长的一天，即冬至。从冬至到明年的冬至，就是一回归年。从夏至到冬至间的平分点，就是秋分；从冬至到夏至的平分点，就是春分。也就是说，依据立竿测影测得的“地中”来划分的东、南、西、北”，与“岁、月、日、时、季节”的划分是直接对应的。 以上可见，立竿测影求出来的“地中”，第一个用途是“天中”，古人称之为“天轴”，亦即天极。因为古人所界定的天地是以地球为天地的中心，天是缘地球表面向太空延伸的天，“天”与“地”，“圆则俱圆，方则俱方”。即《开元占经》所说的：“南极北极天轴所在，转运所由，譬车之有轮，所以自行也。众星皆无常，惟北极守中不易，是以知其为天中也，天倾，故极在中北。……天圆地方，极枢中央，动以历静，时乘十二。”[8]由“地中”划分出来的东南西北是地球整圈赤道360度的四等分，也是整个天地的四等分；立竿测影测出来的十二支是赤道360度的十二等分。而赤道大圆是以“极”为中心，古人就是用晷表、浑仪来测定天体位置，建立起以北天极为上，以南天极为下，以二十八宿为圆形天道的赤道坐标系的。西汉中期，汉武帝时，为制订《太初历》，司马迁等人所用的观测方法就是“定东西，立晷仪，下漏刻，以追二十八宿相距于四方。”[9] “地中”的第二个用途是以观测者为中心定时间的起止点， 《周髀算经》记载了这一内容：“冬至昼极短，日出辰而入申；夏至昼极长，日出寅而入戌”，都是指表影方位的。冬至日出东南而没于西南，即日出辰位而入于申位；夏至日出东北而没于西北，即出寅位而没于戌位；只有春、秋分日出正东而没于正西，即出卯位而没于酉位[10]。如果以某一特定地域如以北京地区（为基本点）的太阳上中天为午时，那么北京人脚下的阿根廷则为太阳下中天的子时。反之亦然。如通常我们也把“子夜”称为“午夜”。以此为子午经线（不是指现代天文学的本初子午线，但是与本初子午线为本地时刻的起点之原理是一致的），那么北京所经历的以上这十二时，则是以北京为基本点来确定子午线的起止，进而测定地球赤道一周十二条经线轮流直面太阳的时间。汉代王充在《论衡．谈天》中也指出：“极为天中，方今天下在天极之南。”即“极”为天的正中心，现今中华大地所在的天下在天极之南。 古人认为，天地的本原是“气”，“气”的“阴阳构精，四时孕育万物”，“气”，“在天成象，在地成形。”然后才有天的九个方位，地的九个区域（以极为中心，将赤道等分为八）；才有两极、赤道；“才有象可以显现，有形体可以度量。”天地的经纬正是在此基础上划分出来的。而且“自地至天，是八极的一半，地的深度也一样。”[11]立竿测影就是古代中国天文学的“定东西”，“下漏刻，以追二十八宿相距于四方”。子、午、卯、酉就是依据赤道二十八宿等分为四。而且这四方与一岁的四季直接对应。《黄帝内经·灵枢·卫气行》也记载了：“岁有十二月，日有十二辰，子午为经，卯酉为纬。天周二十八宿，而一面七星，四七二十八星。房昂为纬，虚张为经。” 所谓“子午为经，卯酉为纬”，就是依据赤道坐标系“上北下南”的原则，从“天极”处俯视“子北午南为经，卯东酉西为纬”的。立竿测影测出来的“地中”、四方与浑天坐标系中的天极、二十八宿所划分的天地正中、四象（东方苍龙主春；南方朱雀主夏；西方白虎主秋；北方神龟主冬）直接对应。以“极”为中心，将地球的赤径圈用十二支等分，在立竿测影与 “日晷”的性能中体现得十分清楚。《晋书·志第一·天文上》用桓君山的话将这一问题释义得尤为明白：“春分日出卯入酉，此乃人之卯酉。天之卯酉，常值斗极为天中。今视之乃在北，不在人之上。而春秋分时，日出入乃在斗极之南。”其中可见古人早已将确定子午线的起止点----地中，与以极为中心划分赤道十二条经线的“天中”（地中）区别开来了。 十二支是对赤道360度的十二等分，不是对地平方位（以与观测者向上向下垂直的天顶、天底为中心的大圆）的划分，而且古代天文学中的十二支也确实是被用来标识地球十二条经线，并被用来纪年、月、日、时的。古人用十二支所纪的岁、月、日、时与依据二十八宿所划分的四季直接对应，可知立竿测影测得的岁、月、日、时、季节都是依据“天极”、“赤道”划分的。 根据以上所谈我们完全可以相信，古典形式的中国日晷几个世纪内一直保持着赤道式。其根据有三： ①很多史籍都记载了：“昔者圣人之作历也，观璇玑之运，三光之行，道之发敛，景之长短，斗纲（之）（所）建，青龙之所躔，参伍以变，错综其数，而制数焉。 天之动也，一昼一夜而运过周，星从天而西，日违天而东。日之所行与运周，在天成度，在历成日。”[12] 即古人所制订的历法，是综合观测璇玑之运转，日月星三光之运行，轨道之起止，日影之长短，斗纲之所建，太岁之所在，或三或五，以相互参考并结合严密、周全的科学实验活动而归纳出来的数。天的运动，一昼一夜而运行一周，星顺从天而向西，日与天相反而向东。日之所行与天运行一周，在天成度数，在历成日数。可知古代中国天文学的各项科研活动都是以地球为中心，以赤道为圭臬的。根据1987年河南濮阳西水坡仰韶文化遗址发现的M45号墓，墓中由蚌壳堆塑而成的一组包括北斗和龙、虎星象的天文图，其中还特意配置了两根人胫骨而证明，古代中国天文学赤道坐标系的“观测天极、北斗、二十八宿”与“立竿测影”这两种方法是同时应用并相辅相成的。因为早期圭表的高度都规定为八尺，这恰好等于人的身长。……人们可以确信这样一个事实，人类最初认识的影其实就是人影，他们正是通过对自己影子的认识而最终学会了测度日影。龙虎墓中的北斗形象完美地体现了观测北斗、观测日影这两种计时方法的精蕴。也体现出立竿测影是用于赤道坐标系的观测活动之中。在六、七千年以前就已经认知了地球以极为中心的运动方式，并建立起以天极、赤道（二十八宿）为天地框架的天文观测体系。因为对北斗的观测是与赤道坐标式生而俱来的，所以与之并处于同一时代、同一体系的立竿测影不可能是地平坐标式的。 ②《周礼·地官·司徒》指出：“以土圭之法，测土深，正日影，以求地中。”正日影所测定的地的中心，演示的是地球的轴心——极，以这个轴心向四围展开的圆，是赤道。不仅一日之中的十二时辰是依此划分，一岁之中的十二月也是依此划分。与二十四节气相一致的十二支所纪十二月历法，就是依据斗柄徊转的指向，对天穹二十八宿所标识的360度的十二等分。这十二个月是以天地之气的运行规律为依据，不是以月亮的圆缺规律为依据（有关这一点笔者有另文分析）。它由四季分为十二个月：春季寅卯辰三个月，夏季巳午未三个月，秋季申酉戌三个月，冬季亥子丑三个月[13]。也就是说，用圭表所测的“岁”、“节气”、“季节”、“时日”和“月份”，都是依据赤道来划分的。 ③正如冯时先生所指出：“利用日影对时间的测量与对方位的测量是密切相关的，人们并不难理解，当日出表影指向东西的时候，或者正午表影指向南北的时候，我们可以自然而然地同时获得时间和空间两个概念，这使得早期辨方正位与时间计量的方法实际源于同一种测影活动。”[14]也就是说，由立竿测影活动所获得的时间和空间这两个概念，是依据赤道坐标系所测定的周日——地球自转一周；周年——地球公转一周。只是地球自转、公转的时间、空间取向，都是依据测日影和对北斗的观测相一致来确定的。由赤道式晷表来测定并由十二支来标识的角度，是以“天极”为中心，对地球赤道、天球赤道的十二等分。由十二支所标识的这些角度所确定，并由十二支所分别予以标纪的时、日和岁、月的历法，也是出自赤道坐标系。立竿测影、晷表的方法、作用、结果与日晷的性能，证实了这一科学实验方法是对地球全方位直面太阳运动的演示。它与浑天坐标系一样，将古代中国天文学“赤道、时间、平均、周日”、“是天极、赤道的，而不是行星、黄道的”之特性展示得清清楚楚，从而进一步证实了古代中国天文学赤道坐标系的独特性。 |
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