登封古觀象台
在河南省登封縣城東南十五公里的告成鎮,古稱陽城。北望中嶽嵩山,南臨箕山,北面是周公廟。建於元朝初年(公元1279年前後),是中國現存最古老的天文測量建築,也是世界上重要的天文古蹟之一。
元朝時,王恂、郭守敬主持在全國設立了二十七個觀測站,分布在北緯15º到北緯63º之間的地區。此台為觀測中心。當年,郭守敬曾在此測驗過晷影。通過測量,推出一個回歸年為365天5小時49分12秒。而他制定的《授時曆》和現在通用的公曆(格利高里歷)一年的周期完全吻合,卻比現行公曆早了300多年。
登封古觀象台由台身和石圭組成,台為磚石混合結構,平面呈方形,下大上小,高9.46米(約當時4丈),連同台頂小室通高12.62米(台頂小室高3.16米,是明朝嘉靖七年公元1528年修葺時所建)。台體兩旁圍有盤鏇踏道,呈方形覆斗狀,四壁用水磨磚砌成。台上有二間小屋,分別安裝計時儀器漏壺和觀測儀器簡儀等。台北設有兩個對稱的踏道口,並設磚石踏道,對稱盤鏇在台頂,可以登台眺望。台頂邊緣有階欄及去水口。台的北壁正中有一個直通上下的凹槽,其下為石圭南端。台體收分為壁高的24.88%,與宋朝《營造法式》所在城壁收分為城高的25%基本吻合。古觀象台台頂北部有一間瓦房。北壁中間砌成一個上下直通的凹形直槽,這是測日影“影表”表身。
石圭
石圭(量天尺)從凹槽下放從南向北由36塊方青石連線而成,下部為磚砌基座。長31.196米(相當於12丈),寬0.53米,南端高0.56米,北端高0.62米。。石圭依南北方向擺放,其方位與現在測量子午線方向相符。圭面刻有雙股水道,水道南端有注水池,北端有泄水池;泄水池東西兩邊有泄水孔。泄水池下部有受水石座一個。還刻有尺度,用以測量水準。郭守敬
郭守敬為了能夠更準確地量度日影,把傳統的8尺高表,1丈3尺長圭,增大為4丈高表,12丈長圭表,是典型的“高表”,也是測景儀器的重大改革。高50尺(當中入地及座中14尺,即表身高36尺),寬2.4尺,厚1.2尺,植於石圭南端的石座中。表上端鑄二龍,龍身半附表側,半身凌空擎一根長6尺,粗3寸粗的“橫樑”,由梁身至石圭面為40尺。為了克服高表投影模糊的新問題,郭守敬發明了“景符”,提高了日影長度測量的精確度,景符下為方框,一端設有可鏇機軸,軸上嵌入一個寬2寸,長4寸,中穿孔的銅葉,其勢南低北高,可以依太陽高下調整角度。正午時,太陽光穿過景符上的小孔,在圭面上形成一很小的太陽倒像。南北移動這景符,尋找從表端橫樑投下的梁影。當梁影平分日像時,即可度量日影長度。這相當於現代的針孔成象原理。
郭守敬在堅持觀象台獲得許多較為精確的天象數據,使他編修的方法《授時曆》成為中國歷史上最為精密的曆法。
觀星台
觀星台的用途相當於測量日影的圭表。它那高高聳立的城樓式建築相當於一根直立於地面上的竿子,台下正北方的“長堤”則是一把用來度量日影長度的“量天尺”。台上有兩間小屋,一間放著漏壺,一間放著渾儀;兩室之間有一橫樑。每天正午,太陽光將台頂中間橫樑的影子投在“量天尺”上。冬至這天正午的投影最長,夏至這天正午的投影最短;從一個冬至或夏至到下一個冬至或夏至,就是一個回歸年的長度。中國古代就是採用這種方法測定一年的長度,從而為指定曆法奠定了基礎。經考證,除了測量日影和記時的功能以外,當年的觀星台上可能還有觀測星象的設施,並有過在此地觀測北極星的記錄。
河南登封觀星台現存的部分已被列為國家重點文物保護單位。
《元史•天文志》記載:“景符之制,以銅葉,博二寸,長加博之二,中穿一竅,若針芥然。以方闉為趺,一端設為機軸,令可開闔,榰其一端,使其勢斜倚,北高南下,往來遷就於虛梁之中。竅達日光,僅如米許,隱然見橫樑於其中。”