古人是怎么测出秋分的?
暑退秋澄气转凉,日光夜色两均长。银棉金稻千重秀,丹桂小菊万径香。
这是诗人左河水的一首形象描写秋分时节地理、气象和农作物生长状况的七言绝句诗《秋分》。
炎热的天气已经退去,天空变得清澈明亮,气温渐渐转凉,这一天,白天黑夜一样长。银白色的棉花成熟了,金黄色的稻谷也到了丰收的时间,丹桂与小菊万里飘香。
“秋分”是我国农历二十四节气中的第十六个节气,时间为每年的9月22或23或24日。这一天,太阳直射地球赤道,全球各地基本上昼夜等长。过了这一天,太阳在地球上的直射点继续向南移动,北半球白天渐渐变短、夜晚渐渐变长,南半球则刚好相反。
二十四节气最早可以追溯到我国夏朝时期,难道那时候先贤们就知道了地球与太阳之间的位置关系,知道了秋分这一天太阳光直射点在赤道?要知道我国的版图并不经过赤道,连现在的最南端曾母暗沙也是在北纬4度左右,更别说夏朝时期了,所以当时的人们是不可能直接观测到太阳直射地球赤道的。那么他们是怎么确定“秋分”这个时节的呢?这一切都源于对太阳的测量!
我们现在知道,地球和太阳的距离大约有1.5亿千米,夏朝人没有我们现在这么发达的科技,那么他们是怎么测量距离我们如此远的太阳的呢?
这里不得不佩服我们的先贤们的智慧,因为他们在祭祀活动中发现了太阳阴影长度的变化规律,没法直接测量太阳,那我们就测量它的阴影吧!
人们发现太阳的影子是规律变化的,于是发明了“圭表”来准确测量它的变化规律。其中,“表”是一根直立于地面的杆子,用于造出影子;而“圭”则是按南北方向平放于地面的、带刻度的“尺子”,之所以要按南北方向放置,是因为要测量的是正午时刻,“表”的影子在“圭”上的刻度值,而正午时刻,物体的影子都是在正北面。
通过长期的测量记录,人们把正午影子最长的那天定为“冬至”,把影子最短的那天定为“夏至”,把“冬至”和“夏至”正中间的两个点分别定为“春分”和“秋分”,这样恰好把一年等分为四个基本相等的时段。
到了周朝的时候,周公姬旦通过观察太阳的运行轨迹,认为当时的“阳城”(今河南登封告成镇)是天地和宇宙的中心,于是在这里建了一座“测景台”,以观测日影、验证四时。
原本的测景台是用土堆和木杆建造的,早已不能用了。到了唐开元年间,太史监南宫说在此重建起了石制的测景台。该测景台总高3.95米,由上部的石柱(表)和下部的基座(圭)组成。
到了元代,天文学家郭守敬又在此地重建了观星台。观星台是一座城墙风格的台子,台顶的两间小屋之间有一道横梁,这道横梁就相当于“表”;台身中间有一条凹槽,凹槽的底部连接由南向北延伸的石圭,石圭长31.196米,上面刻有精密的刻度。正午时分,太阳将横梁的影子投射到石圭上,就可以读取当天的日影长度了。
但是,这样投射下来的影子很模糊,读数不精确,于是,郭守敬又发明了“景符”。景符是一个中间有孔的零件,可以在石圭上移动并调节角度。利用“小孔成像”的原理,在石圭上投影出清晰的横梁影子,从而得到更精确的数据。
有了这些较为精确的数据,郭守敬测定出了一年中两至两分的精确时刻,并且制定出了《授时历》,推算出了一个回归年(一个冬至日到下一个冬至日)为365天5小时49分12秒,与通过现代技术测定的一个回归年365天5小时48分46秒只相差26秒,与现在各国通用的《格里高利历》一秒都不差,但比其早了300多年。
春分、秋分、夏至、冬至是二十四节气中非常重要的节点,历来为人们所重视。早在周朝的时候就有“春分祭日,夏至祭地,秋分祭月,冬至祭天”的祭祀活动,我们今天的“中秋节”,其实就是由“秋分祭月”这个活动发展而来的。由于秋分这一天在农历的日子并不是每年都相同,因此也不一定都有圆月,而对于祭月活动来说,月亮不圆又不是很合适,于是就将“祭月节”从秋分这一天调到了农历八月十五这一天,变成了“中秋节”。
虽然秋分这一天不再是祭月节,但是我们国家已经从2018年起,将每年的秋分这一天设立为“中国农民丰收节”,普天同庆五谷丰登,国泰民安!