爱华网发表于 2015年9月25日18:04
图片：liz west / CC BY
古代人不知道地球绕着太阳转，他们是怎么算出来一年 365 天的？
三种不同的红色，好读书不求甚解
古人确实不知道地球绕着太阳转。
但是，题主你要知道，运动是相对的，运动的参照物选取不同，运动的表现形式也不同，但其本质是一样的。地球围绕太阳的运动，也可以转换为太阳绕着地球在运动。
太阳绕着地球运动，这种运动就叫做太阳的“周年视运动”。
晚上我们仰望天空，就会觉得整个天空是一个以地球为球心的球体，日月星辰都镶嵌在这个球体上。这个球就叫做“天球”，日月星辰（严格来说是它们的投影）都在这个天球上运动。
太阳周年视运动，就是地球公转在天球上的投影。
太阳在天球上的运动轨迹就叫“黄道”，月球在天球上的运行轨迹就叫“白道”，对了，天球还有赤道，那是地球赤道在天球上的投影。
包括日月星辰在内的所有星体在天球上的运动都是可以观察和测量的，现在你知道古人是怎么算出来一年的长度了吧？对的，就是测量太阳在黄道上运行的周期。
具体用什么方法测量呢？首先要明白，太阳的周年视运动的直观表现，就是它从南到北、又从北到南的回归性。简单地讲，就是夏至时太阳最靠近北方，然后慢慢南移，到冬至时最靠近南方，然后又慢慢北移。直观地来看，就是冬至时物体的影子最长，夏至时影子最短。
那么现在就好办了，要测量回归年（也就是太阳在黄道上运行一周的时间），我们只需要测出两个冬至之间的时间就行了。所以，要首先确定冬至是什么时候（也就是冬至点）。
怎么确定冬至呢？也很简单，在地上立根杆子，然后看一年中影子最长的那个时间点，就是冬至了。
这个东西，叫做圭表，也就是测量回归年用的工具，立着的那个叫“表”，也就是我们前面说的杆子，用来产生影的，水平的那个叫“圭”，也就是一个刻度尺，上面有刻度，用来测量影子长度的。
原理说起来很简单，但在实际操作中就很复杂了，因为这主要牵扯到一个测量精度问题。因为杆的影子边缘不可能是清晰的，总是模模糊糊的，这就使得测杆影总不能精确。最早，人们想的解决办法是尽可能将刻度细化，从分到厘，到毫，到秒。但是，对提高测量精度帮助不大。
最后的完美方案是元朝郭守敬提出的。他在河南登封建造了一座观象台，就是下面这个东西：
这个观象台和普通的圭表相比，第一个优点是高大，其高度是普通圭表的 5 倍，这样一来，影子也就相应变长，利于测量。此外，更加重要的是，郭守敬发明了一个辅助观测仪器，叫“景符”。
景符其实就是一个有旋转轴的铜片，可以在底座上上下旋转，铜片的正中有一个小孔，测量是，将景符放在观象台的水平圭尺上，太阳光通过观象台顶部的缺口照射下来，在顶部缺口处放置一横梁（看到照片上的那个横梁了吗？），在地面上的水平圭尺上就会有一道横梁的阴影，然后移动景符，使阴影通过景符上的小孔，利用小孔成像的原理，在圭尺上就会产生一个内含横梁的太阳影像，调解景符，使得横梁中分太阳影像，这时小孔成像中横梁所在的刻度，就是竖表的影长。
坚持测量，一年中影长最长的那一时刻，就是冬至点，两个冬至点之间的时长，就是一个回归年长度。郭守敬所测量的回归年长度为 365.2425 天，和现代测量值 365.2422 天高度一致。
