登封觀星臺-中國著名的天文科學建筑
觀星臺位于登封市東南12公里的告城鎮周公廟,距周公測景臺20米。元朝天文學家郭守敬創建于13年(1276年),是中國著名的天文建筑。
《周禮·地官·《司徒》載:以土圭之法,測土深,正日景(古影,下同)……在日至的場景中,尺子有五英寸,這就是所謂的土地。東漢鄭玄在注釋中引用鄭中的話說:土圭的長度是五英寸。在夏至的日子里,建一個八英尺的手表,它的風景適合土圭,這就是所謂的土地。今天,英川陽城是這樣。
天文官南宮說,唐開元11年(公元723年)仍有一塊紀念石表,表南刻有周公測景臺字樣。表高196.5厘米,約8英尺,表下石座北緣6英尺.6~37厘米,切近唐小尺1.5尺,所以知道這個表在規制上類似于《周禮》中的土圭測景說。
觀星臺的建筑特色
觀星臺是一種磚石混合建筑結構。它由兩部分組成:盤旋走廊周圍的臺體和從臺北壁凹槽向北鋪設的石圭。臺體呈方形覆斗狀,四壁采用水磨磚砌成。臺高9.46米,連臺頂小房間統一高度12.62米。頂邊長8米以上,基邊長16米以上。臺灣四壁明顯向中心傾斜,收分比例顯示出中國早期建筑的特點。
明嘉靖七年(公元1528年)修繕時,臺頂小室建成。臺下北壁有兩個對稱的踏道口,人們可以登上臺頂。環形踏道和臺頂邊緣有1.05米高的階欄和女兒墻,都是磚砌墻,石封頂。為了引導臺頂和踏道上的雨水,在踏道四角設置一個水道孔,水道出水口雕刻成石龍頭狀。在臺灣北壁的中間,有一個直通上下的凹槽,它的東部﹑西壁有收分,南壁上下垂直,距石圭南端36厘米。
石圭用來衡量日影的長度,所以又稱量天尺。其表面采用36方青石板連續鋪設,下部為磚基。石圭長31.196米,寬0.53米,南端高0.56米,北端高0.62米。石圭居子午方向。圭面刻有雙股水道。水道南端有方形注水池﹔北端有排水池,長條形,東側有排水池﹑西兩端鑿有排水孔。池﹑運河底面,南高北低,注水后可自灌全運河,不用時可排水。泄水池下部,有受水石座一方,為東西向長方形,其上亦刻有水槽一周。
中國著名的天文學家郭守敬,在元初對古代的圭表進行了改革,新創比傳統“八尺之表”高出五倍的高表。它的結構和測影的方法﹑原理在元史·在天文志中有更詳細的描述。
當時元大都建筑的高表據記載為銅,圭為石。表面高50英尺,寬2英尺4英寸,厚1英尺2英寸,植于石圭南端的石座,入口和座位14英尺,石圭以上表面高36英尺,表面上端鑄造二龍,龍身半附著在表面,半身凌空引擎6英尺長﹑三寸厚的橫梁。從梁心到表上端4尺,從石圭到梁心40尺。石圭長128尺,寬4尺5寸,厚1尺4寸,座高2尺6寸。圭面中心和兩側均刻有尺度來測量影長。
為了克服表高影虛的缺陷,在測影過程中,石圭還增加了一個根據針孔成像原理制作的景符,以接受日影和梁影。景符下面是一個框架,一端有一個旋轉軸,軸上嵌有一個寬2英寸﹑長4寸﹑穿孔洞銅葉,其勢南低北高,根據太陽高度調整角度。
中午,太陽穿過景符北側的小孔,在圭表面形成一個小的太陽倒影。南北移動景符,尋找從表梁上投下的梁影。景符小孔形成的梁影清晰真實﹑細若發絲。梁影平分日像時,可測量日影長度。
登封觀星臺的直壁和石圭是郭守敬創造高表制度的唯一實物例證。不同的是,觀星臺用磚槽直壁代替銅表。實地勘察計算后。直壁高度和石圭長度與《元史》所載的結構大多一致。石圭至直壁上緣高36英尺,從表槽上緣再向上4英尺,即橫梁處,位于小房間窗下緣,非常適合人們在臺頂操作。至圭面40尺。模仿橫梁﹑實測景符證明觀星臺的測量誤差相當于太陽頂距誤差的1/3角。
除了測量日影的功能外,觀星臺上還可能有觀星等設施。元初進行四海測試時,在此觀察北極星的記錄,已載入元史·河南府陽城,北極出地34度太弱,天文志據萬歷十年(公元1582年)孫承基介紹,太弱是古代的十二分之八。臺上有滴漏壺,滴下注水,流向尺天。由此可見,觀星臺是一個測影儀﹑觀星、記時等多種功能的天文臺。
登封天地之中歷史建筑群【少林寺(常住院、初祖庵、塔林)、東漢三闕(太室闕、少室闕、啟母闕)、中岳寺、嵩岳寺塔、會山寺、嵩陽書院、觀星臺】是古建筑祭祀、科技、教育活動的最佳典范之一。