中国科学技术馆之古老的天文仪器

圭表是中国古老而简单的一种天文仪器，它包括两个组成部分：一为正南正北平放的尺，叫做圭；一为垂直立于圭南端的标杆或石柱，汉以后改为铜制，叫做表。根据正午表影投射在圭面上的影长，可以推定冬至日、夏至日与二十四节气；从表影长短的周期性变化，可以确定一年的天数。表影正北的瞬间（即一天中表影最短的时刻），就是当地的正午时间，古代用来校正漏壶等计时工具。

中国科技馆“华夏之光”展厅就有一件清代圭表的缩小复制展品。与较为常见的圭表不同，除了南端的表，在圭的北端还有一个比较低的小表，这是为什么呢？

原来，古代的表高一般为8尺，圭长一般为1丈3尺。而清朝的清钦天监制作圭表时在表顶上加了一截，使表高达到了10尺。如此一来，表影在冬季会落到圭外无法测量了。为此，清人在圭的另一端立了一个小表，相当于圭的延伸，叫立圭，冬季影长时表影会落在立圭上。这样，通过测量这段影的高度就可以推算出10尺表的表影长度了。

到中国科技馆看过这件圭表展品的小朋友可能会发现：圭表的顶端开有一个小孔。那这个小孔又是做什么用的呢？

日常生活中，如果仔细观察物体的影子，就会发现物体越高，影子的边缘就会变得越模糊，精确测量影子的长度就会越困难。而影长如果测不准，就影响到了圭表的使用。为解决这一问题，清朝人借鉴元代天文学家郭守敬发明的景符原理，在表上端设置铜叶，中间开个圆孔，利用小孔成像原理将正午太阳的像投射到圭面，从而获得日影清晰的边缘，提高圭表测量精度。