來(lái)源：科技日報

時(shí)間是人類(lèi)生活的重要參考依據?，F代人往往通過(guò)鐘表來(lái)計時(shí)并安排工作和生活,但我國在清代以前是沒(méi)有鐘表的,要想計時(shí)的話(huà)很不容易。當然,這并不代表古代沒(méi)有計時(shí)工具。古代人們在長(cháng)期的生活和生產(chǎn)實(shí)踐中,通過(guò)對一些自然現象的不斷觀(guān)察,逐漸掌握了日升日落、星辰出沒(méi)、月亮圓缺等周期性的變化規律,并以此為契機便發(fā)明了各式各樣的計時(shí)工具。日晷就是其中之一。所謂日晷,就是人類(lèi)根據日影位置的變化來(lái)測量時(shí)間的一種工具。作為明清皇宮的紫禁城,太和殿、乾清宮、坤寧宮、養心殿、慈寧宮等建筑前都有日晷。

日晷由底座、晷面、指針組成。底座與地面平行,晷面與赤道平行,指針與地軸(指向南北極)平行。指針與地平面的夾角必需與當地的地理緯度相同。北京的緯度為北緯39.9度,所以太和殿日晷的指針與地面的夾角也為39.9度。指針一般為銅質(zhì),垂直穿過(guò)晷面,其最重要的作用是確定南北方向。由于晷面平行于赤道面,這樣,指針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。所以,太和殿日晷的指針是南北向設置,指針朝向北極固定。指針的第二個(gè)作用才是用來(lái)確定時(shí)間。其時(shí)間的確定,主要通過(guò)太陽(yáng)照射指針在晷面的投影來(lái)實(shí)現。晷面呈圓盤(pán)形,石質(zhì),正反兩面都刻有12個(gè)時(shí)辰。當太陽(yáng)光照在日晷上時(shí),指針的影子投向晷面。太陽(yáng)由東向西移動(dòng),指針影子也慢慢地由西向東移動(dòng)。晷面的刻度是均勻的,移動(dòng)著(zhù)的指針影子猶如是現代鐘表的指針。隨著(zhù)太陽(yáng)位置的變化,晷針影子在盤(pán)上移動(dòng)一寸所花的時(shí)間稱(chēng)為一寸光陰,而一寸光陰一寸金的成語(yǔ)就是由此而來(lái)。

日晷利用太陽(yáng)射影的方向來(lái)測量時(shí)間,但是,在陰雨天和夜間就會(huì )失去效用,且在春分、秋分時(shí)期無(wú)法使用。所以,我國古代工匠又發(fā)明了漏刻。作為計時(shí)器,漏刻的使用比日晷更為普遍,時(shí)間也更為久遠。紫禁城交泰殿內,就有一座銅壺漏刻。漏,是指盛水漏壺,用于泄水或盛水;刻,是指劃分一天的時(shí)間單位,它通過(guò)漏壺的浮箭來(lái)計量一晝夜的時(shí)刻。交泰殿內銅壺漏刻初造于清乾隆十年(1745),由清宮造辦處制作。乾隆六十二年(1797)十月二十一日,乾清宮大火,不僅乾清宮被毀,還殃及交泰殿及其中的銅壺漏刻?，F存于交泰殿內的銅壺漏刻,為清嘉慶三年(1798)仿原件制成并安裝于此的。漏刻使用時(shí),把水注入漏壺內,水便從壺孔中流出,流到水壺下放置的容器中,容器內有一根刻有時(shí)刻的標竿,稱(chēng)為箭。箭下以一只船相托,浮于水面。當水流出或流入壺中時(shí),箭桿相應下沉或上升,古人從蓋孔處看箭桿上的標記,就能知道具體的時(shí)刻。

我國西周時(shí)期就出現了漏刻。早期漏刻大多使用單只漏壺,滴水速度受到壺中液位高度的影響,液位高,滴水速度較快,液位低,滴水速度較慢。為解決這一問(wèn)題,古人進(jìn)一步創(chuàng )制出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻,即使用多只漏壺,上下依次串聯(lián)成為一組,每只漏壺都依次向其下一只漏壺中滴水。這樣一來(lái),對最下端的受水壺來(lái)說(shuō),其上方的一只泄水壺因為有同樣速率的來(lái)水補充,壺內液位基本保持恒定,其自身的滴水速度也就能保持均勻。

紫禁城的銅壺漏刻與日晷一樣,在相當長(cháng)的一段時(shí)間內,成為紫禁城內的主要計時(shí)工具。到了清代后期,自鳴鐘開(kāi)始流行,日晷和漏刻漸漸退出歷史舞臺,成為皇家禮制文化的組成部分。但是,它們構造簡(jiǎn)單,設計科學(xué),實(shí)用性強,在很長(cháng)的一段時(shí)間內為古人的生活提供了時(shí)間判斷保障,因而是古代工匠智慧的體現。(作者系故宮博物院研究館員 周乾)