河南科技館：高科技建筑秉承古法測(cè)量

三千年前，周公旦在河南登封采用圭表測(cè)影法測(cè)量日影長(zhǎng)度，這一測(cè)量方法依然沿用至今。

12月21日，冬至，河南省科技館新館的圭表塔迎來(lái)首次日影測(cè)量，頂端新聞?dòng)浾吒S河南省科技館新館工作人員的測(cè)量進(jìn)行了獨(dú)家直播和采訪。據(jù)介紹，目前，河南科技館新館和圭表塔正在緊張有序施工中，預(yù)計(jì)明年六一前后向公眾試開放。

高科技建筑秉承古法測(cè)量

圭表塔位于象湖湖畔、主建筑東塔延伸線上，塔高100米，與河南省科技館新館主體建筑遙相呼應(yīng)。

河南省科技館展覽教育部負(fù)責(zé)人翟夢(mèng)汐介紹，圭表是度量日影長(zhǎng)度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成，垂直于地面的直桿叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以測(cè)量影長(zhǎng)的標(biāo)尺叫“圭”。

圭表測(cè)量法的歷史悠久，三千年前，周公旦在河南登封采用圭表測(cè)影法，現(xiàn)代考古表明，最晚在春秋時(shí)期，人們就懂得了使用圭表來(lái)確定二至日的方法，即將正午表影最長(zhǎng)的那一天定為“冬至”，正午表影最短的那一天定為“夏至”，古人通過(guò)圭表測(cè)量正午時(shí)日影的長(zhǎng)度，先確定冬至和夏至，繼而確定回歸年即人們常說(shuō)的“一年”長(zhǎng)度和歷法起算點(diǎn)。

元代科學(xué)家郭守敬繼續(xù)改進(jìn)圭表，將表的高度增加到四十尺，即標(biāo)準(zhǔn)表高的五倍，因此也被稱為“高表”。因?yàn)楸砀咴黾樱碛伴L(zhǎng)度也隨之增加，邊緣模糊所造成的誤差也就相對(duì)變小了。此外，郭守敬還利用小孔成像的原理，制作了景符。當(dāng)太陽(yáng)、高表頂端的橫梁、景符正中的小孔處于同一直線時(shí)，圭面上就會(huì)出現(xiàn)橫梁的清晰實(shí)像。如此雙管齊下，終于使圭表測(cè)影的精確度有了很大提高。

河南省科技館新館圭表塔高度為100米，這也是河南省內(nèi)有記錄的規(guī)模最大的圭表測(cè)量設(shè)備。

天文愛(ài)好者也可自行測(cè)日影

在日影測(cè)量過(guò)程中，河南省科技館展覽教育部工作人員杜璽向頂端新聞?dòng)浾呓榻B，圭表塔測(cè)量是使用等比的方法，“通過(guò)一根一米高的木棍，測(cè)量影子，再通過(guò)等比的方法進(jìn)行換算，就能測(cè)量出100米塔高的影長(zhǎng)”。

“其實(shí)有興趣的市民也可以自行測(cè)量。”杜璽說(shuō)，“用一根筆直的木棍，先測(cè)量木棍的高度，通過(guò)木棍高度測(cè)量木棍影長(zhǎng)，再通過(guò)勾股定理進(jìn)行等比測(cè)算，就能算出等比的影長(zhǎng)。”

在直播過(guò)程中，相關(guān)工作人員測(cè)算出三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)——11點(diǎn)55分，影長(zhǎng)為144.124米、12點(diǎn)15分，影長(zhǎng)為138.359米、12點(diǎn)25分，影長(zhǎng)為137.361米。

這里還有一個(gè)“冷知識(shí)”，鄭州的正午時(shí)間并不是中午12點(diǎn)，根據(jù)“鄭州市日出日落時(shí)刻表”提供的數(shù)據(jù)來(lái)看，12月21日冬至當(dāng)天，鄭州的正午時(shí)間為12點(diǎn)23分，日影長(zhǎng)度在這一刻為全年最長(zhǎng)。

圭表塔還是一把觀星“量天尺”

河南省科技館副館長(zhǎng)李莉介紹：“圭表塔的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于元代天文學(xué)家郭守敬在河南登封告城鎮(zhèn)主持修建的古觀星臺(tái)，我們?cè)诖嗽O(shè)立的圭表塔是對(duì)中國(guó)古代天文學(xué)的致敬。”

值得一提的是，圭表塔和河南省科技館新館雖然是兩個(gè)不同的建筑，卻在軸線空間上是一體的，河南省科技館新館建筑工程高度約43米，設(shè)計(jì)方案采用“一軸三向四園”的規(guī)劃空間結(jié)構(gòu)。“一軸”為跨越楊橋干渠通過(guò)主入口廣場(chǎng)——科技館——室外廣場(chǎng)，最終收于圭表塔的空間軸線。

“新館的樓頂是一個(gè)天文臺(tái)，現(xiàn)在正在建設(shè)中，從那里向東看，可以看到整個(gè)東邊天空的星星。”李莉說(shuō)，“100米高的圭表塔就像量天尺一樣立在這里，它就是一把觀星的標(biāo)尺。”

另?yè)?jù)介紹，圭表塔還將開設(shè)展覽、天文觀測(cè)、科技知識(shí)科普等場(chǎng)所，等2022年向公眾開放時(shí)，這里將會(huì)成為一個(gè)寓教于樂(lè)的科普?qǐng)鏊?/p>