日晷和漏刻：那些古老时光的计时器体现古代工匠智慧

2019-09-27 17:25:33 来源：科技日报

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时间是人类生活的重要参考依据。现代人往往通过钟表来计时并安排工作和生活，但我国在清代以前是没有钟表的，要想计时的话很不容易。当然，这并不代表古代没有计时工具。古代人们在长期的生活和生产实践中，通过对一些自然现象的不断观察，逐渐掌握了日升日落、星辰出没、月亮圆缺等周期性的变化规律，并以此为契机便发明了各式各样的计时工具。“日晷”就是其中之一。所谓日晷，就是人类根据日影位置的变化来测量时间的一种工具。作为明清皇宫的紫禁城，太和殿、乾清宫、坤宁宫、养心殿、慈宁宫等建筑前都有日晷。

日晷由底座、晷面、指针组成。底座与地面平行，晷面与赤道平行，指针与地轴(指向南北极)平行。指针与地平面的夹角必需与当地的地理纬度相同。北京的纬度为北纬39.9度，所以太和殿日晷的指针与地面的夹角也为39.9度。指针一般为铜质，垂直穿过晷面，其最重要的作用是确定南北方向。由于晷面平行于赤道面，这样，指针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。所以，太和殿日晷的指针是南北向设置，指针朝向北极固定。指针的第二个作用才是用来确定时间。其时间的确定，主要通过太阳照射指针在晷面的投影来实现。晷面呈圆盘形，石质，正反两面都刻有12个时辰。当太阳光照在日晷上时，指针的影子投向晷面。太阳由东向西移动，指针影子也慢慢地由西向东移动。晷面的刻度是均匀的，移动着的指针影子犹如是现代钟表的指针。随着太阳位置的变化，晷针影子在盘上移动一寸所花的时间称为“一寸光阴”，而“一寸光阴一寸金”的成语就是由此而来。

日晷利用太阳射影的方向来测量时间，但是，在阴雨天和夜间就会失去效用，且在春分、秋分时期无法使用。所以，我国古代工匠又发明了漏刻。作为计时器，漏刻的使用比日晷更为普遍，时间也更为久远。紫禁城交泰殿内，就有一座铜壶漏刻。漏，是指盛水漏壶，用于泄水或盛水;刻，是指划分一天的时间单位，它通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻。交泰殿内铜壶漏刻初造于清乾隆十年(1745)，由清宫造办处制作。乾隆六十二年(1797)十月二十一日，乾清宫大火，不仅乾清宫被毁，还殃及交泰殿及其中的铜壶漏刻。现存于交泰殿内的铜壶漏刻，为清嘉庆三年(1798)仿原件制成并安装于此的。漏刻使用时，把水注入漏壶内，水便从壶孔中流出，流到水壶下放置的容器中，容器内有一根刻有时刻的标竿，称为箭。箭下以一只船相托，浮于水面。当水流出或流入壶中时，箭杆相应下沉或上升，古人从盖孔处看箭杆上的标记，就能知道具体的时刻。

我国西周时期就出现了漏刻。早期漏刻大多使用单只漏壶，滴水速度受到壶中液位高度的影响，液位高，滴水速度较快，液位低，滴水速度较慢。为解决这一问题，古人进一步创制出多级漏刻装置。所谓多级漏刻，即使用多只漏壶，上下依次串联成为一组，每只漏壶都依次向其下一只漏壶中滴水。这样一来，对最下端的受水壶来说，其上方的一只泄水壶因为有同样速率的来水补充，壶内液位基本保持恒定，其自身的滴水速度也就能保持均匀。

紫禁城的铜壶漏刻与日晷一样，在相当长的一段时间内，成为紫禁城内的主要计时工具。到了清代后期，自鸣钟开始流行，日晷和漏刻渐渐退出历史舞台，成为皇家礼制文化的组成部分。但是，它们构造简单，设计科学，实用性强，在很长的一段时间内为古人的生活提供了时间判断保障，因而是古代工匠智慧的体现。

(作者系故宫博物院研究馆员周乾)

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