日晷計時器與鐘錶（那些古老時光的計時器）

2023-08-03 10:52:28 1

時間是人類生活的重要參考依據。現代人往往通過鐘錶來計時並安排工作和生活，但我國在清代以前是沒有鐘錶的，要想計時的話很不容易。當然，這並不代表古代沒有計時工具。古代人們在長期的生活和生產實踐中，通過對一些自然現象的不斷觀察，逐漸掌握了日升日落、星辰出沒、月亮圓缺等周期性的變化規律，並以此為契機便發明了各式各樣的計時工具。「日晷」就是其中之一。所謂日晷，就是人類根據日影位置的變化來測量時間的一種工具。作為明清皇宮的紫禁城，太和殿、乾清宮、坤寧宮、養心殿、慈寧宮等建築前都有日晷。

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須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，垂直穿過晷面，其最重要的作用是確定南北方向。由於晷面平行於赤道面，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。指針的第二個作用才是用來確定時間。其時間的確定，主要通過太陽照射指針在晷面的投影來實現。晷面呈圓盤型，石質，正反兩面都刻有12個時辰。當太陽光照在日晷上時，指針的影子投向晷面。太陽由東向西移動，指針影子也慢慢地由西向東移動。晷面的刻度是均勻的，移動著的指針影子猶如是現代鐘錶的指針。隨著太陽位置的變化，晷針影子在盤上移動一寸所花的時間稱為「一寸光陰」，而「一寸光陰一寸金」的成語就是由此而來。

日晷利用太陽射影的方向來測量時間，但是，在陰雨天和夜間就會失去效用，且在春分、秋分時期無法使用。所以，我國古代工匠又發明了漏刻。作為計時器，漏刻的使用比日晷更為普遍，時間也更為久遠。紫禁城交泰殿內，就有一座銅壺漏刻。漏，是指盛水漏壺，用於洩水或盛水；刻，是指劃分一天的時間單位，它通過漏壺的浮箭來計量一晝夜的時刻。交泰殿內銅壺漏刻初造於清乾隆十年（1745），由清宮造辦處製作。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。現存於交泰殿內的銅壺漏刻，為清嘉慶三年（1798）仿原件製成並安裝於此的。漏刻使用時，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刻的標竿，稱為箭。箭下以一隻船相託，浮於水面。當水流出或流入壺中時，箭杆相應下沉或上升，古人從蓋孔處看箭杆上的標記，就能知道具體的時刻。

我國西周時期就出現了漏刻。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。為解決這一問題，古人進一步創製出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻，即使用多隻漏壺，上下依次串聯成為一組，每隻漏壺都依次向其下一隻漏壺中滴水。這樣一來，對最下端的受水壺來說，其上方的一隻洩水壺因為有同樣速率的來水補充，壺內液位基本保持恆定，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，在相當長的一段時間內，成為紫禁城內的主要計時工具。到了清代後期，自鳴鐘開始流行，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，它們構造簡單，設計科學，實用性強，在很長的一段時間內為古人的生活提供了時間判斷保障，因而是古代工匠智慧的體現。

◎本文原載於《科技日報》（作者周乾），圖源網絡，圖文版權歸原作者所有。