中国记时仪器史
1太阳钟 在历史的长河中，天文学和计时学是相伴发展的，可以说有了天文学，也就有了计时学，计时仪器和天文仪器一样，是经过漫长的发展历程逐渐精确化的。最古老的计时仪器是土圭、圭表和日晷，其原理是通过太阳的投影和方位计时，一般通称太阳钟。 1.1土圭 土圭是最古老的计时仪器，是一种构造简单，直立的地上的杆子用以观察太阳光投射的杆影，通过杆影移动规律、影的长短，以定冬至、夏至日。“尚书·尧典”中记述土圭始于尧帝时期，即公元前2357-2258年，史学界认为“尧典”不是尧时写的，是周代史官根据传闻编写，后经春秋战国（公元前7~2世纪）时儒家陆续补订而成。因此我们可以认为，至迟在公元前7世纪掌管天地四时的官吏已使用土圭分出二分二至，确定一年为366天。到殷商时代（公元前1520~1030年）测时已达到相当高的精度，其干支记日法一直延用到今天。 1.2圭表 由于土圭的构造简单，不易掌握，所以逐渐发展为圭表。“隋书天文志”将圭表的创造追溯到公元6世纪：南北朝梁武帝天监年间（公元503~519年）祖（祖冲之之子）造八尺高的铜圭表，观测圭上表影的长短，测订时间。但1965年江苏仪征东汉墓（公元25~220年）出土了一件青铜铸的圭表，这说明圭表的创制和使用要早于记载几百年。待到“元史·天文志”对圭表的形制、构造、材质都有详尽的记述。 元初郭守敬按照圭表的原理在河南登封建立了高耸的观星台，在大都（今北京）设置了圭表。明正统二年至七年（公元1437~1442年）在北京古观象台建造圭表，清乾隆九年（公元1744年）重修并加以改进。古代圭表是用来判断方向，测定季节，四季划分和推算历法，对农业生产发展起到重要作用。 1.3日晷 日晷又称晷仪，也是观测日影记时的仪器，它与圭表的区别是：圭表的根据日影的长短判别方向测定季节、全年日数和冬至、夏至就在的日子，推算历法等；日晷的应用，主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器，但在史籍中却少有记载，现在史料中最早的记载是“汉书·律历志·制汉历”一节：太史令司马迁建议共议“乃定东西，主晷仪，下刻漏”，而“汉书·艺文志”中列有晷书34卷，但仅存书名，而无内容。 “隋书·天文志”中记载了耿询的成就，“观测日晷和刻漏，是测天地正仪象的根本”。“明史·天文志”对日晷的形制，定时之法都有详细的记载。较之圭表，它已复杂多了，可以说是一种真正的仪器了，发展到清代，不仅可以计时用，日晷本身已成为一件装饰艺术品。 中国太阳钟的历史上，指极表或指极针的发现可上溯到公元前四世纪，而周汉之间的12时辰制是非常先进的，在公元前四世纪以前已成为一种不变的时制。 唐代的赤道式日晷，是所有日晷中计时最准确的。后经阿拉件人或犹太人将其传入西方，十七世纪时赤道式日晷风行于欧洲，人们称它为“二分式日晷”。明末之后，中西各种日晷在社会上广泛使用，种类之多，前所未有。山西姚乔林是十八世纪著名的日晷制作家，其流派远播广东。 总之，太阳钟横跨人类历史数千年，在使用中不断发展和进步，为社会的发展，科学技术的进步起到了推动的作用，不仅可以计时，而且能求得标准时间，甚至可以校对现代的钟表。 2我国机械时钟的发展历程 日晷所测的是真太阳时或视太阳时，因为地球轨道偏心率以及地球倾角的影响，真太阳时和平太阳时是不一致的。因此，不依靠太阳测时的方法成为事实，而且更为重要。欧洲在十四世纪早期，机械钟出现以前，主要靠日晷计时，而中国对水钟或刻漏则十分重视，并发展成为一种文化，达到登峰造极的地步。为机械钟表的诞生作了科学和技术上的准备。 2.1水钟 水钟在中国又叫做“刻漏”，“漏壶”。根据等时性原理，滴水记时有两种方法，一种是利用特殊容器记录把水漏完的时间（泄水型），另一种是底部不开口的容器，另一种是底部不开口的容器，记录它用多少时间把水装满（受水型）。中国的水钟，最先是泄水型，后来泄水型与受水型同时并用或两者合一。自公元85年左右，浮子上装有漏箭的受水型漏壶逐渐流行，甚至到处使用。 从公元二世纪张衡的时代，到公元六世纪耿询的时代，使表演用的浑天仪和天球仪转动起来的水钟技术孕育了早期机械钟的出现。公元25年，一行和梁令瓒发明了擒纵机构，这种装置实质上就是早期的机械时钟，早于欧洲六个世纪。中国的浑仪在长期的发展过程中往往形式上是天文观测仪器，而本质上是时钟装置，因为从张衡的时代起，天文技术人员一直想做一种缓慢放置的齿轮，以便达到与天上的周日视运动步调一致。 公元725年一行和梁令瓒实质上解决了这一难题，因此，皇室对设在宫中放置不停的天球（天文钟）感兴趣是毫不奇怪的。 公元1088~1090年，苏颂和他的同事们在开封建立的水运仪像台是机械时钟和观测用浑仪的完美结合，在原理上是成功的，因此，可以说他比罗伯特、胡克先行六个世纪，比方和斐先行七个半世纪。 2.2香篆钟 水钟尽管是有发展前途的，但是古人仍在广泛的领域进行不竭探索，在某些情况下，也可能有其他较水钟更为准确的计时方法,据宋代学者薛季宣说，除日晷刻漏之外，有一种香篆钟于十二世纪中叶在中国流行。荷兰高罗培著“狄仁杰断案传奇”中，记述了唐宫计时用的香篆钟为梅花形黄铜盘，盘子内梅花五瓣，各缭绕着一圈盘香，用以计时焚薰，称为“五孕祥云”。 2.3沙漏 当水温和水质直接影响了水钟的使用和准确性时，人们不得不另辟蹊径，十三世纪詹希元制五轮沙漏，是一种更高级的以沙为动力的机械时钟，足以证明，此类较简单的漏，我国古代劳动人民早就能够制造。 公元1762年郭守敬的赤道式浑仪，虽然比1090年苏颂的仪器更为精密，但没有什么本质上的区别。但他在数学、机械、天文仪器以及他在1276年制造的“大明殿灯漏”（脱离天文仪器的机械时钟），不愧为世界上著名的元代科学家