元代傑出的(de)科學家郭守敬,他具有多種學識和才能(néng):在儀器製(zhì)造、地形測(cè)量(liàng)、農田水(shuǐ)利、河道修建等領域都取得過卓越成就。他在(zài)天(tiān)文(wén)儀(yí)器製造方麵也有驚人的創造力,曾先(xiān)後製作了簡(jiǎn)儀、仰儀、高表、候極儀、渾天象(xiàng)、景符、方日晷等12種新儀器。對(duì)傳統立表(biǎo)測影技術的改進是他諸(zhū)多成就之一。用(yòng)圭表測影,表高八尺。夏至日陽城(今河南登(dēng)封告城鎮)正午日影長一尺五寸是西周以來的古(gǔ)製,至元代曆時已兩千多年幾乎無人敢輕易(yì)作變更。為(wéi)了提高測量日影的精確度,郭守敬大膽創新,勇於實踐。在古人測影的告城鎮建立了一座測影台,立(lì)高表40尺,是傳(chuán)統表高的五倍,這樣所測日影長度的相對誤差便可以減少到1/5。為了(le)取影方便,又在表的(de)頂部架了一根橫粱。按常理加(jiā)長表高就能使日影變(biàn)化更顯著,但是表增高後,照射在圭麵上的日影又會虛(xū)而淡。為了克服高表影虛的缺陷。郭守敬設計了一件附屬儀器——影符。影符是根據針孔成像原理製成(chéng),即在一個小框架上安一個可以轉動的銅片,中(zhōng)間開一個小孔(kǒng)。當太陽(yáng)過子午線時,把(bǎ)影(yǐng)符放直在水平的圭麵上,南北移動並轉動銅(tóng)片,使照射在圭表頂部(bù)橫粱上的日光。首先通過影符上的小(xiǎo)孔再照射到圭麵(miàn)上,形成一個米粒大(dà)小,中間含(hán)有銅橫梁的(de)太陽倒像。當橫梁影正好平分日像時就得到了日麵中心影長。利用影符基本解決了由於高表(biǎo)造成“影虛而淡”的(de)問題,大大地發揮了高表(biǎo)測影的優越性,從而達到提高測影準確度的目的。
郭守敬建造的測影台,台前有沿著地麵向北(běi)延伸的一條石圭,是用36塊方石拚接而成。圭麵上有兩條平行的水槽,起著水平作用,兩槽中間狹長的圭麵(miàn)即是量度日(rì)影(yǐng)的圭(guī)表尺,亦稱“量天尺”。尺全長3129,4厘米,按《元史》所記,圭長128尺,得元代量天尺為24.45厘米(mǐ)。可見郭守敬造天文儀器的專用尺,仍(réng)為隋唐以降的(de)“小尺”。
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