中国古代的天文与历法 作者:陈久金·杨怡


第三节 计时仪器

  太阳每天早晨升起,傍晚落下,表影随之由偏西移到偏东,表影所在的方位可以提示时间,这是不言而喻的。生产的进步,生活节奏的加快,人们要求知道比较准确的时间,于是表就演变成了日晷。 日晷包括一根晷针和以晷针为圆心的石质晷面,晷面刻有放射状方位线,根据针影与方位线的重合情况,就能知道时间。

  在表过渡到日晷的最初阶段,晷面一般呈水平放置,叫做地平日晷。太阳的地平经度变化是不均匀的,这意味着地平日晷上的方位刻度,若等时就不等分,若等分就不等时。从使用角度看,既不方便,也不准确。赤道日晷有明显优于地平日晷之处。由于日晷面与天赤道平行,等时刻度线必定均分圆周。晷的两面都有刻度,向南一面用于春分以后,向北一面用于秋分以后。

  漏刻是利用水量多少来计量时间的仪器。漏,指漏壶,刻,指刻箭。漏刻是全天候仪器,能弥补日晷的局限,是中国古代重要的计时器。

  丰富的史料告诉我们有关漏刻发展的主要过程。漏刻最早只是一把底部有小孔的壶,人们通过壶中剩水来粗估时间。后来,借助一支刻有刻度的箭,立于水中,以水面淹过箭杆的高度计算时间。由于水的表面张力,在箭杆周围,形成一个向上的附着面,给读数带来不便,所以不久以后淹箭漏就让位于沉箭漏。沉箭漏的箭尾要有可浮的物体,如竹片或木片,使箭浮在水面上,箭头穿出壶盖。当箭杆随着水的流失而下降时,其与壶盖平面比齐的刻度,就是当时的时间。很明显,沉箭和淹箭的刻度顺序应该相反。

  根据流体力学原理,水流速度与水面高度有关,单纯靠一把漏壶计时,势必影响计时的稳定性。如果不断添水,使漏壶水面不降低,再用一个容器收集漏壶均匀流出的水,将可浮箭放于该容器中,观察箭浮起的高度也可以知道时间,这就是浮箭漏。然而,人工添水总存在间隔,添水前后,水面高度仍不免有变化。古人意识到这一点,解决的办法也很绝:用另一把漏壶来补充水量,而且为了使这把壶能均匀补水,再加入第三把壶。于是东汉出现了二级漏壶,晋代出现了三级漏壶,唐代出现了四级漏壶。渴马,就是虹吸管。用渴马引水,适于任何容器。特制的漏壶不再是必需的,但有渴马的计时器亦沿用“漏壶”之名。

  保持漏壶的水面高度不变,多级漏壶不是唯一的办法。宋代的燕肃另辟蹊径,设计了有分水口的漏壶,叫做莲花漏。莲花漏只有两级漏壶,下漏壶侧面有一个分水管,只要上漏壶注入下漏壶的水量超过下漏壶排出的水量,高出分水口的水必然分流,就可以保持下漏壶的水面稳定。

  水运浑象既然受漏壶流水的操纵,当然也能够反映时间,水运仪象台就包括报时系统。其实,报时系统完全可以独立出来,不必与其他仪器联动,郭守敬就设计制造过一个称为大明殿灯漏的水力计时器。

  在民间,最常用的计时工具是更香。均匀的更香,其长度和燃烧时间成正比。 由于空气流动,湿度变化,更香的精度不会太高,但已能满足百姓的生活需要。

  在军队中常用一种叫做辊[gun滚]弹的计时工具。其原理大致为:重量相同的铜球,从相同的高度,沿竹管滚下,所需时间相同,若干个铜球交替滚下,以次数计时。辊弹体积不大,便于携带,又不受天气影响,尤其适用于行军打仗。

  现在已知,从西汉开始,就实行一天12个时辰的制度。每个时辰都有名称,即子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二地支。时辰的实质为时段而非时刻,比如,子时相当于现在的23:00到1:00之间的两个小时,丑时相当于1:00到3:00,寅时相当于3:00到5:00,依此类推。南北朝以后,每个时辰又细分为初、正两部分,比如,子初指23:00到0:00之间的一个小时,子正为0:00到1:00,便携式赤道日晷就是按初正分为24个时段,与现今时刻制度不谋而合,“小时”之称也由此而来。
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