紫禁城里的 “太陽能”計時器和“水力”計時器

魯鑫

常常有人用白居易的詩句“春宵苦短日高起，從此君王不早朝”來嘲諷君王的荒唐生活。難道皇帝的生活常常是這樣黑白顛倒的嗎？在前面一篇文章中看過了乾隆皇帝的一日作息時間表，你一定會回答：不是這樣的。

乾隆皇帝每天的工作和生活都安排得滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)?，而且每個階段的事情都是以小時為單位。這讓我們不免好奇，在沒有手機、電視、石英鐘的年代，皇帝怎樣精準(zhǔn)地確定并安排自己的時間呢？誰來提醒他什么時候該上早朝，什么時候又該用膳呢？

我估計就是靠看太陽的位置來確定時間的！

紫禁城里真是通過看太陽來確定時間嗎？

事實上，在西方的機械鐘表傳入之前，紫禁城里可以用日晷和漏刻來確定時間。日晷主要用于白天。

日晷是一種通過觀察日影移動來計算時間的工具。中國古人很早就懂得利用日影的長短和角度變化來估算時間，比如用來表示黃昏的“昃”字在甲骨文里寫作 ，正像太陽偏西時，人影斜長的樣子。日晷的發(fā)明，使人們可以對整個白天的時間進行等分處理，從而提高了計時的精度。

在故宮很多建筑前，我們都能發(fā)現(xiàn)日晷的身影。不過，太和殿前的日晷太高了，坤寧宮前的日晷表盤又有些模糊，如果你想要仔細觀察，可以去看看養(yǎng)心殿前的日晷，它的高度合適，表盤上的文字與刻度線也清晰可辨。

日晷的結(jié)構(gòu)其實非常簡單，不像鐘表有齒輪、發(fā)條這些讓人眼花繚亂的零件，日晷只包括一個兩面都有刻度的石質(zhì)圓盤，和一枚貫穿圓盤正中心的晷針。圓盤仰面朝北，俯面沖南，呈一定角度被固定在石質(zhì)基座上。

這個角度可不是隨隨便便就能確定的，它的數(shù)值是90°-Φ，Φ代表日晷所在地的緯度。已知北京地區(qū)的緯度是39.9°，那么晷盤與基座平面之間的夾角就是90°-39.9°=50.1°。

清代 養(yǎng)心殿前的日晷

晷盤兩面被均勻劃分成12大格，每格又進一步區(qū)分為8個小格。這12大格，每格代表一個時辰（現(xiàn)在的兩個小時），96個小格，每格代表1刻（現(xiàn)在的15分鐘）。12個時辰的名稱取自12地支，養(yǎng)心殿前日晷的晷盤上用滿、漢兩種文字刻寫了從“子”到“亥”12個時辰的名稱。一天當(dāng)中，晷針的投影會落在不同的刻度上，指示不同的時間。

古代的12個時辰與我們今天使用的24小時制之間的對應(yīng)關(guān)系是這樣的。

具體觀測時，每年的春分到秋分（約3月—9月），晷針的投影落在朝北的上盤面，此時要按照順時針的順序來讀取投影所在位置的刻度。而秋分到次年春分（約10月—次年2月），晷針的投影在沖南的下盤面，那么就要按照逆時針的順序來讀取刻度了。

【做一做】

日晷的結(jié)構(gòu)這么簡單，讓我們來學(xué)著做一個吧！

第一步，用一塊圓形硬紙板當(dāng)作日晷的晷盤，利用量角器，將晷盤上下兩面各等分為12個以圓心為頂點的扇形。

第二步，在日晷上盤面，按照順時針方向，分別在12格內(nèi)填入從“子”至“亥”這12個地支名，另一面則按逆時針方向填入。

上盤面

下盤面

第三步，將晷盤按照一定角度，粘接在一個水平的基座上，粘接角度就是90°-Φ，Φ代表觀測地區(qū)的緯度。

最后，用一根筆直的金屬絲作為晷針，貫穿晷盤中心。擺放時，晷針上端朝北，下端朝南，置于陽光下。

這樣你就可以通過觀察晷針的投影來讀取時間了。需要注意的是，這樣測出的時間是觀測地的地方時間，不是國內(nèi)通行的北京時間喲！

陰天的時候，皇帝還能準(zhǔn)時上早朝嗎？

大家肯定想到了，利用日晷來讀取時間，有兩個無法克服的障礙。

第一個障礙，自然就是晚上沒有太陽時日晷沒有用。從太陽落山后到日出前這六個時辰，人們是無法通過日晷記時的，所以日晷上這六個時辰的刻度純粹就是擺設(shè)。

第二個障礙，是白天陰天沒有太陽時，日晷也會失去效力。

那么清代的皇帝們是不是只知道白天的時間，不知道晚上的時間，只清楚晴天的時間，不清楚陰天的時間呢？

當(dāng)然不是，因為在沒有太陽時，還有一種名叫“漏刻”的計時器可以利用。

漏刻一般由銅質(zhì)的漏壺、箭（帶有刻度的標(biāo)桿）、箭舟（承托箭的浮子）等組成。使用時，水流勻速進入箭舟所在的漏壺，從而推動箭舟連同插在上面的箭勻速向上浮動，通過觀察箭上刻度的變化就能記錄時間了。

故宮博物院藏有兩套漏刻，一套是乾隆九年（1744）制造的，保存在交泰殿，另一套是嘉慶四年（1799）制造的，保存在皇極殿。

乾隆時期的那套漏刻有四個漏壺。箭舟上有96個刻度，每個刻度代表15分鐘，全部96個刻度代表24小時，也就是12個時辰。

乾隆九年漏刻結(jié)構(gòu)示意圖

其實，故宮中隨處可見的日晷也是作為建筑裝飾或者皇權(quán)的象征而出現(xiàn)的，看似代表時間的日晷也被賦予了特殊的政治意義。