十四、观星量天

自从周公在阳城定下“大地之中”的位置后，这个观念便在华夏民族的文化心理上刻下了深深的印痕，在以后的中国天文学史上发挥了重要的作用。从西周以后一直到封建社会末期，阳城一直是古人开展历法改制、天文观测的重要基地。在历代天文律历志中，大多都记载有在阳城进行天文测量的史实和相关数据。

中国是最早出现农耕文明的国家，中华民族在漫长的农业社会里，创造了无与伦比的农耕文明的辉煌成就。农业的发展，促进了科学技术，尤其是与农业生产有着密切联系的天文学的大发展。天文观测技术日渐进步，天文知识的积累也越来越多，从而在历法推算和制定方面都有了突出的成就。

2009年，是国际天文年，世界上最大的科普周刊之一英国《新科学家》杂志，盘点并公布了世界九大神秘古观象台，登封市告成观星台赫然在目，名列第二。

英国《新科学家》杂志公布的告成观星台，就是今天仍然矗立在登封告成的元代修建的观星台。

观星台现存建筑有：照壁、大门、戟门、周公测景台、周公祠、观星台、帝尧殿等中轴线建筑。除观星台外，大多都是后世修建的纪念周公的建筑。

观星台是一座高大的青砖石结构建筑，由台身和量天尺组成。台身形状是覆斗状，高9.46米，连小室通高12.62米。北壁下方两侧设有对称的两个踏道口，由此盘旋登临台顶。踏道及顶部边沿筑有1.05米高的短栏和短墙，可凭栏遥望长空。台身北壁凹槽内向北平铺的是石圭，被人称为“量天尺”。直壁与石圭间留有36厘米的间隙，是横梁下垂悬球的地方，用以经常校验横梁和石圭间的垂直关系及高差。直壁上方相对两小室的窗口的下沿即置横梁的位置，由此到石圭的高度等于40尺。

如此庞大的台身，其实其主要作用有两个：“昼参日影，夜观极星，以正朝夕”。也就是说，一是要把上面的那根铜质“横梁”固定在距地面“量天尺”40尺的高度上，“昼参日影”；另外就是观测的人员可以在上面的平台之上，“夜观极星”，可能主要是站在高台之上，可以避免树木及周围其它建筑物的遮挡吧。

如果与“八尺表”来对照的话，台身之上的铜质横梁，其它就是石圭上面的那根“八尺表”的表。

看起来复杂、神秘，其实就这么简单。

但简单的构造，却又可以通过观测出来的数据，计算并制定出历法来，这却又是极其科学而复杂的事情了。

石圭与直壁、横梁是一组观测太阳中天高度位置的仪器。梁影投在圭上，圭就像一把长尺，可以量出表影长度，故又称“量天尺”。据《说嵩》卷五称：“背有量天尺，其制：砌石筑台，高二尺许，……凡三十六方，接连平铺”。

《元史·天文志》中有在阳城观测北极星出地高的具体记录，而且关于新创天文仪器“高表”的记述也与现存观星台直壁、石圭（又称“量天尺”）的尺度基本相符。

登封告成观星台始建于元朝初年，大约公元1279年前后。

当时，元世祖忽必烈从巩固封建统治出发，也为了适应农牧业生产发展的需要，采纳了刘秉忠提出的改革历法的建议，任用著名科学家郭守敬和王恂等进行历法改革。

郭守敬等首先集中精力研制新的天文观测仪器，坚持简要实用的原则，创造了简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、景符等十八种仪器，这些仪器，对于以后进行的天文观测起到了极为重要的作用。今天的登封观星台院内，还有根据有关文字记载仿制的这些仪器。

由于元朝的疆域广大，这次观测的规模之大，在世界天文学史上也十分罕见。郭守敬在东起朝鲜半岛，西抵河西走廊，南及南中国海，北至西伯利亚的广袤土地上，设立了27个观测所，其中元大都与阳城观测所等６个观测所为中心观测所，这就是历史上有名的“四海测验”。

这年三月，郭守敬由上都、大都开始，历经河南，转抵南海，行程数千里，亲自掌握一路的实际测验。阳城正是这次“四海测验”活动中的一个观测所。这一南北数千里的实测资料，不仅为元代当时改革天文历法提供了重要资料，而且也为此后的天文研究工作提供了宝贵史料。

古代人用“圭表”来观测日影，“表”就是直立于圭上的杆子，“圭”就是放在地面上的土堆，实际上就是在一个土堆上竖起一根木杆来测量日影，只是土堆和木杆都有一定高度规定。用圭表测影，也叫立杆测影，这也是中国古代天文历法研究发展过程中的奠基工具之一。

到了周代，使用圭表开始有了规范，杆子（表）规定为八尺长，据《周礼》中载有“日至之景，尺有五寸”的记载，意思就是在天地的中心——登封告成夏至那天的中午，八尺表的影长，刚好是一尺五寸。

如今保存在观星台院内的“周公测景台”，就是典型的“八尺表”。以往的圭表为土圭木表。唐时，僧一行与南宫说重新修定历法，南宫说在告成周公测景台旧址，修建了石圭石表来纪念周公的“周公测景台”。

自周至宋，测影表高大致为八尺。郭守敬为求精密数据，改八尺表的长度为四十尺，因此，郭守敬的此项改革，被人称为“高表”。

《元史·天文志》规定：“圭表以石为之，长一百二十八尺，广四尺五寸，厚一尺四寸，座高二尺六寸，南北两端为池。”中有水渠“与南北池相灌通，以取平。”观星台石圭，基本是这种布局，南端有方形注水池，北端有横长泄水池，中间是双股平行的水渠，渠底南高北低，水可自行灌通与泄出。

郭守敬之所以改“八尺表”为“高表”，是因为“高表”比“八尺表”更为精确。据《元史·天文志》说：“表短，则分寸短促，尺寸之下，所谓分、秒、太、半、少之数，未易分别。”而把表扩大五倍以后，“表长则分寸稍长”，“旧一寸。今申而为五，厘毫差，易分别”。 “景符”的制作，克服了因为增加表的高度而带来影虚的困难。所谓“景虚而淡，难得实影”，过去人们也在寻找克服这一困难的途径，有的增设望筲，有的加置小表，但是所取得的影长，仍是太阳的下缘，而不能求得日心之景。郭守敬根据针孔成像的原理，制成景符，又改表端为横梁，使日光可从梁之上下通过，用以分像取中，且梁影细如发丝，所存误差可达毫米以下，实为一项重大的革新。

郭守敬在掌握了大量实测资料后，参考了一千多年的天文资料和70多种历法，互相印正对比，并按照日月五星在太空运行的自然规律，经过精密计算，于在至元十七年（1280年）编制颁布了一部进步的新历——《授时历》。

《授时历》定一回归年即今年冬至到明年冬至的时间为365日24刻25分。古时候一天分为一百刻，亦即一年为365.2425日。按现代的测定，一回归年的时间为365.24219日，与《授时历》相比，一年仅差0.00031日。如以小时计，即今测一回归年为365日5时48分46秒；授时历为365日5时49分1 2秒，相差26秒。今天世界通用的阳历即格里高利历，推算的平均一年时间变为365日5小时49分12秒，与《授时历》分秒不差，而格里高利历的制定要比《授时历》晚三百年左右，由此可以看出《授时历》是多么精确。

《授时历》是我国古代最先进的历法，代表了元代天文学的高度发展。自颁行后，沿用364年，是我国流行最长的一部历法。

为了纪念郭守敬这位著名的科学家，1962年，我国邮电部发行了绘有郭守敬半身像与简仪两枚纪念邮票。1981年，国际天文学会在北京召开会议，隆重纪念郭守敬诞辰750周年，并将美国在月球上发现的一座环形山命名为“郭守敬山”。