6月20日夏至：古人如何用日晷測(cè)定這個(gè)特殊節(jié)氣？

古人主要依靠圭表（日晷的一種特殊形式）來(lái)測(cè)定夏至這個(gè)節(jié)氣。夏至是正午太陽(yáng)高度最高、日影最短的一天，這是其最核心的天文特征。測(cè)定方法如下：

核心原理：觀(guān)測(cè)正午影長(zhǎng)

• 圭表由一個(gè)直立的表（通常是高桿或石柱）和一個(gè)水平放置的圭（帶有長(zhǎng)度刻度的尺子）組成。
• 每天正午時(shí)分（太陽(yáng)位于正南方最高點(diǎn)時(shí)），測(cè)量表的影子投射在圭尺上的長(zhǎng)度。
• 由于地球公轉(zhuǎn)軌道和黃赤交角的存在，太陽(yáng)直射點(diǎn)在一年中會(huì)在南北回歸線(xiàn)之間移動(dòng)，導(dǎo)致同一地點(diǎn)正午太陽(yáng)高度角和表影長(zhǎng)度發(fā)生周期性變化。

識(shí)別夏至的關(guān)鍵：尋找最短日影

• 冬至：太陽(yáng)直射南回歸線(xiàn)，北半球正午太陽(yáng)高度最低，表影最長(zhǎng)。
• 夏至：太陽(yáng)直射北回歸線(xiàn)，北半球正午太陽(yáng)高度最高，表影最短。
• 古人通過(guò)長(zhǎng)期、連續(xù)地觀(guān)測(cè)和記錄每天正午的表影長(zhǎng)度，就可以發(fā)現(xiàn)影長(zhǎng)變化的規(guī)律。
• 當(dāng)觀(guān)察到某一日的正午影長(zhǎng)比前一天更短，但隨后的日子里影長(zhǎng)又開(kāi)始變長(zhǎng)時(shí)，那么影長(zhǎng)最短的那一天就被認(rèn)定為夏至日。

實(shí)際操作與挑戰(zhàn)：

• 精確確定正午： 需要準(zhǔn)確判斷太陽(yáng)到達(dá)正南方的時(shí)刻。古人會(huì)借助簡(jiǎn)單的天文觀(guān)測(cè)方法（如立竿見(jiàn)影法）或使用漏刻（水鐘）等計(jì)時(shí)工具來(lái)輔助確定正午。
• 精確測(cè)量影長(zhǎng)： 需要精細(xì)的圭尺刻度。早期可能使用繩結(jié)、刻度尺等方式標(biāo)記。隨著技術(shù)進(jìn)步，刻度越來(lái)越精細(xì)。
• 微小變化： 在夏至日前后幾天，影長(zhǎng)的變化非常微小（每天可能只變化幾毫米甚至更少），肉眼難以分辨。這需要：
  • 長(zhǎng)期積累經(jīng)驗(yàn)： 通過(guò)多年觀(guān)測(cè)，了解影長(zhǎng)變化的規(guī)律和范圍。
  • 高精度圭表： 表越高，影子越長(zhǎng)，微小的角度變化會(huì)導(dǎo)致更明顯的長(zhǎng)度變化，更容易觀(guān)測(cè)。例如元代郭守敬在登封建造的觀(guān)星臺(tái)，其圭表高度超過(guò)12米，大大提高了測(cè)量精度。
  • 多次觀(guān)測(cè)與記錄： 連續(xù)多天甚至多周進(jìn)行觀(guān)測(cè)記錄，繪制影長(zhǎng)變化曲線(xiàn)，找出最小值點(diǎn)（夏至）。
  • 輔助方法： 有時(shí)會(huì)結(jié)合其他天文現(xiàn)象（如特定星宿的位置）或物候現(xiàn)象（如蟬始鳴）來(lái)輔助判斷夏至的來(lái)臨。

歷史記載與意義：

• 《周禮·春官·馮相氏》記載：“掌十有二歲，十有二月，十有二辰……辨其敘事，以會(huì)天位。冬夏致日，春秋致月，以辨四時(shí)之?dāng)ⅰ！边@里的“冬夏致日”就是指通過(guò)圭表測(cè)量冬至和夏至的日影。
• 《后漢書(shū)·律歷志》詳細(xì)記載了利用圭表測(cè)量日影確定冬至和夏至，并計(jì)算回歸年長(zhǎng)度（365又1/4日）的方法。
• 準(zhǔn)確測(cè)定夏至（和冬至）對(duì)于古代歷法至關(guān)重要：
  • 確定回歸年長(zhǎng)度（太陽(yáng)連續(xù)兩次通過(guò)春分點(diǎn)或冬至點(diǎn)的時(shí)間間隔）。
  • 劃分二十四節(jié)氣，尤其是確定“四立”（立春、立夏、立秋、立冬）和“二至二分”（春分、秋分、夏至、冬至）這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
  • 指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（安排播種、收獲）。
  • 進(jìn)行國(guó)家祭祀（如明清兩代皇帝在夏至日會(huì)舉行“祭地”大典）。

總結(jié)：

古人測(cè)定夏至的核心方法，就是利用圭表持續(xù)觀(guān)測(cè)正午時(shí)分的日影長(zhǎng)度。通過(guò)尋找一年中正午日影最短的那一天，并結(jié)合長(zhǎng)期積累的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，輔以計(jì)時(shí)工具和其他天文或物候現(xiàn)象的參考，最終確定夏至到來(lái)的具體日期。這種基于圭表的日影觀(guān)測(cè)，是中國(guó)古代天文學(xué)最重要的成就之一，為精確歷法的制定和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。元代郭守敬建造的高表（觀(guān)星臺(tái)），更是將這種方法的精度推向了頂峰。