紫禁城里的 “太阳能”计时器和“水力”计时器

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  常常有人用白居易的詩句“春宵苦短日高起,从此君王不早朝”来嘲讽君王的荒唐生活。难道皇帝的生活常常是这样黑白颠倒的吗?在前面一篇文章中看过了乾隆皇帝的一日作息时间表,你一定会回答:不是这样的。
  乾隆皇帝每天的工作和生活都安排得满满当当的,而且每个阶段的事情都是以小时为单位。这让我们不免好奇,在没有手机、电视、石英钟的年代,皇帝怎样精准地确定并安排自己的时间呢?谁来提醒他什么时候该上早朝,什么时候又该用膳呢?
  我估计就是靠看太阳的位置来确定时间的!

紫禁城里真是通过看太阳来确定时间吗?


  事实上,在西方的机械钟表传入之前,紫禁城里可以用日晷和漏刻来确定时间。日晷主要用于白天。
  日晷是一种通过观察日影移动来计算时间的工具。中国古人很早就懂得利用日影的长短和角度变化来估算时间,比如用来表示黄昏的“昃”字在甲骨文里写作 ,正像太阳偏西时,人影斜长的样子。日晷的发明,使人们可以对整个白天的时间进行等分处理,从而提高了计时的精度。
  在故宫很多建筑前,我们都能发现日晷的身影。不过,太和殿前的日晷太高了,坤宁宫前的日晷表盘又有些模糊,如果你想要仔细观察,可以去看看养心殿前的日晷,它的高度合适,表盘上的文字与刻度线也清晰可辨。
  日晷的结构其实非常简单,不像钟表有齿轮、发条这些让人眼花缭乱的零件,日晷只包括一个两面都有刻度的石质圆盘,和一枚贯穿圆盘正中心的晷针。圆盘仰面朝北,俯面冲南,呈一定角度被固定在石质基座上。
  这个角度可不是随随便便就能确定的,它的数值是90°-Φ,Φ代表日晷所在地的纬度。已知北京地区的纬度是39.9°,那么晷盘与基座平面之间的夹角就是90°-39.9°=50.1°。
清代 养心殿前的日晷

  晷盘两面被均匀划分成12大格,每格又进一步区分为8个小格。这12大格,每格代表一个时辰(现在的两个小时),96个小格,每格代表1刻(现在的15分钟)。12个时辰的名称取自12地支,养心殿前日晷的晷盘上用满、汉两种文字刻写了从“子”到“亥”12个时辰的名称。一天当中,晷针的投影会落在不同的刻度上,指示不同的时间。
古代的12个时辰与我们今天使用的24小时制之间的对应关系是这样的。

  具体观测时,每年的春分到秋分(约3月—9月),晷针的投影落在朝北的上盘面,此时要按照顺时针的顺序来读取投影所在位置的刻度。而秋分到次年春分(约10月—次年2月),晷针的投影在冲南的下盘面,那么就要按照逆时针的顺序来读取刻度了。

【做一做】


  日晷的结构这么简单,让我们来学着做一个吧!
  第一步,用一块圆形硬纸板当作日晷的晷盘,利用量角器,将晷盘上下两面各等分为12个以圆心为顶点的扇形。
  第二步,在日晷上盘面,按照顺时针方向,分别在12格内填入从“子”至“亥”这12个地支名,另一面则按逆时针方向填入。
上盘面
下盘面

  第三步,将晷盘按照一定角度,粘接在一个水平的基座上,粘接角度就是90°-Φ,Φ代表观测地区的纬度。
  最后,用一根笔直的金属丝作为晷针,贯穿晷盘中心。摆放时,晷针上端朝北,下端朝南,置于阳光下。
  这样你就可以通过观察晷针的投影来读取时间了。需要注意的是,这样测出的时间是观测地的地方时间,不是国内通行的北京时间哟!

阴天的时候,皇帝还能准时上早朝吗?


  大家肯定想到了,利用日晷来读取时间,有两个无法克服的障碍。
  第一个障碍,自然就是晚上没有太阳时日晷没有用。从太阳落山后到日出前这六个时辰,人们是无法通过日晷记时的,所以日晷上这六个时辰的刻度纯粹就是摆设。
  第二个障碍,是白天阴天没有太阳时,日晷也会失去效力。
  那么清代的皇帝们是不是只知道白天的时间,不知道晚上的时间,只清楚晴天的时间,不清楚阴天的时间呢?
  当然不是,因为在没有太阳时,还有一种名叫“漏刻”的计时器可以利用。
  漏刻一般由铜质的漏壶、箭(带有刻度的标杆)、箭舟(承托箭的浮子)等组成。使用时,水流匀速进入箭舟所在的漏壶,从而推动箭舟连同插在上面的箭匀速向上浮动,通过观察箭上刻度的变化就能记录时间了。
  故宫博物院藏有两套漏刻,一套是乾隆九年(1744)制造的,保存在交泰殿,另一套是嘉庆四年(1799)制造的,保存在皇极殿。
  乾隆时期的那套漏刻有四个漏壶。箭舟上有96个刻度,每个刻度代表15分钟,全部96个刻度代表24小时,也就是12个时辰。
乾隆九年漏刻结构示意图

  其实,故宫中随处可见的日晷也是作为建筑装饰或者皇权的象征而出现的,看似代表时间的日晷也被赋予了特殊的政治意义。
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