人類(lèi)自從數(shù)千年前進(jìn)入文明時(shí)期開(kāi)始，就對(duì)天上的日月星辰開(kāi)始了觀察，從而誕生了早期天文學(xué)，所以說(shuō)天文學(xué)是人類(lèi)科學(xué)中出現(xiàn)最早的學(xué)科之一。

在對(duì)日月星辰的觀察中，最為矚目的當(dāng)然是太陽(yáng)了，太陽(yáng)給大地帶來(lái)了光明和溫度，人們很早就知道了太陽(yáng)的重要性。因此，無(wú)論在哪個(gè)人類(lèi)早期文明中，太陽(yáng)的地位都是最為崇高的。

對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)，成為了各個(gè)文明最重要的天文觀測(cè)之一，由于太陽(yáng)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，成為人們最早用來(lái)計(jì)時(shí)的自然標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)古代常用的計(jì)時(shí)儀器就是圭表和日晷了，這兩者都以太陽(yáng)為觀測(cè)對(duì)象，其中圭表最為簡(jiǎn)單，其出現(xiàn)年代很早，根據(jù)現(xiàn)代考古發(fā)現(xiàn)，在大約4000年前的陶寺遺址時(shí)期，就已經(jīng)使用了這樣的方法了。

通常來(lái)說(shuō)，圭表是由表發(fā)展而來(lái)，而日晷又是由圭表發(fā)展而來(lái)的。

表的最初形態(tài)就是一根樹(shù)立在平地上的桿子或者石柱，古書(shū)中所謂的竿、髀、碑、槷（音聶）、臬等字都有類(lèi)似的含義。在遠(yuǎn)古時(shí)代，人們發(fā)現(xiàn)物體在陽(yáng)光的照射下會(huì)投下影子，而影子的方向和長(zhǎng)短會(huì)隨著太陽(yáng)位置的變化而有規(guī)律的變化著。隨著人們對(duì)這種規(guī)律的熟悉，逐漸想到用竹竿或者石柱作為專(zhuān)用物品來(lái)觀察影子的變化。這樣，就產(chǎn)生了最古老的天文儀器，表。

表的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但卻很有用。古人根據(jù)表投下的影子的長(zhǎng)短和方向，可以確定方向、節(jié)氣、時(shí)刻、地域等，后來(lái)慢慢由表發(fā)展處多種的儀器和觀測(cè)方法，其中包括根據(jù)正午時(shí)表影的長(zhǎng)度變化定節(jié)氣和年長(zhǎng)的圭表，利用一日之內(nèi)表影的方向變化定時(shí)刻的日晷等等。

圭表作為計(jì)時(shí)儀器，是由表和一個(gè)正南北方向平放的尺組成的，平放的尺叫做'圭'，與表相互垂直，組成圭表。最初的圭表是分開(kāi)的，人們立桿為表，然后用一種叫做'土圭'的量度工具來(lái)測(cè)量影子長(zhǎng)度。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，在中原地區(qū)，正午時(shí)分表影總是投射在表的正北方，所以人們就用與表同樣的材料制作了一個(gè)平板，一頭放在表下面，向北延伸，并在平板上刻鑿尺寸這樣，正午時(shí)表影投射到平板上，就可以直接讀出表影的長(zhǎng)度值了。因?yàn)檫@個(gè)平板起到了土圭的作用，所以人們就把這個(gè)平板叫做土圭或者圭。

我們的祖先很早就發(fā)現(xiàn)夏至那天正午表影最短，冬至?xí)r最長(zhǎng)，古人將這一天稱(chēng)為'至日'，在甲骨文中已經(jīng)有了記載。我國(guó)古代就是根據(jù)正午時(shí)分表影的長(zhǎng)短來(lái)定至日和節(jié)氣，從而測(cè)定年長(zhǎng)。大約在春秋中期，利用圭表測(cè)量日影，就成為歷法工作中的重要手段了。利用這種方法測(cè)量出的回歸年長(zhǎng)度為364又1/4日，公元前五世紀(jì)出現(xiàn)的四分歷，就是以這個(gè)數(shù)值作為基本數(shù)據(jù)的。

古代使用的圭表，一般高為八尺，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大約形成于周代，而周代的一尺為23.1厘米，八尺也就是184.8厘米。在歷史上還有過(guò)九尺和十尺的高表，但在元代郭守敬之前的圭表，大部分都是八尺高。

而郭守敬時(shí)期，對(duì)圭表的高度做了革新，他將表身高度增加到4丈，這樣減少了相對(duì)誤差，提高了觀測(cè)精度。而到了明代萬(wàn)歷年間，天文學(xué)家邢云路在蘭州建造了6丈木質(zhì)高表，堪稱(chēng)空前絕后。在其《戊申立春考證》一書(shū)中，提出一回歸年的長(zhǎng)度為365.242190日，與現(xiàn)代數(shù)值365.2422高度吻合。

盡管我國(guó)歷代制造了眾多的圭表，但保存到現(xiàn)代的卻是很稀少，比較有名的是1965年在江蘇石碑村1號(hào)東漢墓出土的一件袖珍銅圭表。圭長(zhǎng)34.5厘米 ，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位 ；表高19.2厘米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使用時(shí)將表豎立與圭垂直；平時(shí)可將表折入圭體中留出的空檔內(nèi)，便于攜帶。

1977年，考古學(xué)家在安徽阜陽(yáng)西漢汝陰侯夏侯灶墓中發(fā)現(xiàn)了一件漆器，經(jīng)過(guò)多年研究確認(rèn)，這是一件西漢時(shí)期的圭表，因夏侯灶下葬年代為漢文帝十五年，也就是公元前165年，因此這件圭表是確定年代的最早的圭表。

另外，河南登封的觀星臺(tái)，就是郭守敬建造的4丈圭表的模式，而南京紫金山天文臺(tái)和北京古觀象臺(tái)都保存著明清時(shí)期的銅制圭表。

說(shuō)完圭表，我們?cè)僬f(shuō)下我們比較熟悉的另外一種古代計(jì)時(shí)儀器，日晷。

日晷起源于圭表，是由圭表演變而來(lái)的，日晷主要是用來(lái)定時(shí)刻的一種計(jì)時(shí)儀器。我們從前文對(duì)圭表的介紹中可知，一年之中，正午時(shí)表影每天長(zhǎng)短是不同的，這是由于地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)造成的變化。因此用圭表測(cè)量正午時(shí)分的表影長(zhǎng)度可以定節(jié)氣，定年長(zhǎng)。而一天之內(nèi)，表影的方位和長(zhǎng)度也是在變化的，這是由地球的自轉(zhuǎn)造成的，而日晷就是利用表影的方位變化來(lái)測(cè)定每天時(shí)刻的。

日晷的主要部件是一根表（在這里稱(chēng)為晷針）和刻有時(shí)刻線的晷面組成，日晷按照晷面放置的位置不同，可以分為地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷等。最常見(jiàn)的是赤道日晷和地平日晷，在故宮博物館和北京天文館就可以看到。

我國(guó)傳統(tǒng)的日晷是赤道日晷，這種日晷是將一根指針裝在一個(gè)石制圓盤(pán)的中心，指針垂直于晷面，晷面裝在一個(gè)石臺(tái)上，南高北低，使其平行于赤道面。這樣，指針上端正指著北天極，下端正指著南天極。換句話說(shuō)，日晷的指針和地球自轉(zhuǎn)軸的方向是平行的，在晷面兩面均布各刻有十二時(shí)辰。太陽(yáng)正午時(shí)，晷針的影子正好落在正北方向上，也就是午時(shí)，每年春分以后看盤(pán)上面的影子，秋分以后看盤(pán)下面的影子。

而地平日晷與赤道日晷的區(qū)別在于晷面是水平放置的，而晷針則不垂直于晷面，而是呈傾斜狀指向北天極，晷針與晷面之間的夾角，真好是北極星的地平高度角，也可以說(shuō)是當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?。另外，需要說(shuō)明的是，晷面上的刻度也不是均分的。

目前發(fā)現(xiàn)的最早的日晷是清光緒23年在內(nèi)蒙古托克托城和1932年在洛陽(yáng)金村出土的玉盤(pán)日晷，前者現(xiàn)保存在中國(guó)歷史博物館后者收藏在加拿大安大略皇家博物館。

玉盤(pán)日晷是一尺見(jiàn)方的石板，中央有一個(gè)圓孔，圓孔外有一半徑近4寸的大圓。圓周上刻有69個(gè)淺孔，孔間距離相等，共占了圓周2/3多。每個(gè)淺孔有一條直線到中心孔，淺孔邊上有數(shù)碼，從一到六十九，順時(shí)針?lè)较蚺帕校孕∽w書(shū)寫(xiě)。根據(jù)出土及文字判斷為秦漢時(shí)期之物。

我國(guó)最早關(guān)于日晷的文字記錄，是《隨書(shū) 天文志》中記載，開(kāi)皇十四年（公元594年），鄜州（今陜西延安附近）司馬袁充發(fā)明的短影平儀，這是一種地平日晷，晷面圓周均分為十二辰。據(jù)記載，司馬袁充利用這個(gè)日晷和漏壺相比較，求出冬至、夏至、春分、秋分時(shí)太陽(yáng)移動(dòng)一辰的漏刻數(shù)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)在晷面上每移動(dòng)一辰而得到的漏刻數(shù)相差懸殊。

因此，他根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn)上奏朝廷，建議用不均勻的時(shí)辰刻度來(lái)代替原來(lái)均勻的漏刻，但未被采納。其實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)充分證明了地平日晷的刻度劃分應(yīng)該是不均勻的，只是古代這方面發(fā)展緩慢，沒(méi)有得到重視。

而關(guān)于赤道日晷的可靠文字記錄，最早見(jiàn)于南宋曾敏行所著的《獨(dú)醒雜志》卷二，記載了他的族人曾瞻民所制作的赤道日晷。

而我們出土的秦漢時(shí)期的玉盤(pán)日晷，也是一種赤道日晷，但是古代對(duì)日晷的記載很少，所以最早的文字記錄只有南宋。而清代天文學(xué)家梅文鼎也曾提到過(guò)他的家鄉(xiāng)有一具唐代的赤道日晷，但是我們尚未在唐代的文獻(xiàn)中找到記錄。

在歷史的長(zhǎng)河中，有太多的東西失落了，但是盡管如此，我們還是可以看到古人的智慧，看到華夏民族輝煌的古代文明。