內容簡介 SUMMARY
古人只要一根直立的竿子。每天中午量竿影長度,冬至影子最長、夏至最短,從一個冬至數到下一個冬至,就能得到一年的天數。長期累積觀測後,中國古代的四分曆得出 365¼ 天;元代郭守敬等人主持編成的《授時曆》採用一年 365.2425 天,與 1582 年才實施的格里曆平均年長相同;和現代測得約 365.2422 天的回歸年相比,一年只差約 26 秒。
想一下你生活在三千年前。沒有日曆、沒有手機、沒有望遠鏡,每天只看著日出而做日落而息。但你必須知道什麼時候該播種,什麼時候河水會氾濫。只要錯過一次,整個村子可能就要挨餓。
所以古人必須回答一個問題:一年到底有幾天?
古人用什麼工具測量一年的長度?
最關鍵的工具,就是一根直立的竿子。在中國,這套工具叫「圭表」:垂直立著的是「表」,平放在地上、用來量影子長度的尺叫「圭」。

圖說圭表。|來源:懂故事製圖
原理很簡單:太陽在一年之中,正午的高度會變化。冬天太陽低,中午的竿影最長;夏天太陽高,竿影最短。影子最長的那天就是冬至,最短的那天就是夏至。
只要每天中午量一次影子,從這一次冬至數到下一次冬至,就得到了一年的天數。
算出 365 天容易,為什麼那 0.25 天這麼難?

圖說實際拍攝的圭表。|來源:wiki
一年有365天,但古人發現有趣的事,每年冬至的那一刻,不一定剛好落在中午。冬至前後幾天,影子長度的變化非常小,用肉眼很難分辨哪一天才是真正最長的。所以古人想出一個辦法:不要只看一年,而是連續觀測很多年,把總天數平均。
如果你記錄了影子四年,你會發現總共是 1461 天,平均下來一年就是 365.25 天。
所以中國古代的「四分曆」,名字就是從「一年三百六十五又四分之一日」來的。
而古埃及人怎麼知道一年有 365 天?

圖說 偕日升|來源:懂故事製圖
古埃及人看的不是影子,而是一顆星星:天狼星。
在每年有一段時間,天狼星會因為太靠近太陽而看不見。而當它重新在黎明前的東方地平線出現時,尼羅河就差不多要開始氾濫了。這個現象叫做「偕日升」。
埃及人依照這個建立了一套曆法:一年 12 個月,每月 30 天,加上年底 5 天,總共 365 天。但因為少算了那 0.25 天,這套民用曆法每四年就會和季節差一天,大約 1460 年才會繞一圈回到原點。埃及天文學家也注意到了這個偏差。
元代郭守敬算得有多準?

圖說郭守敬。|來源:wiki
元朝初年,郭守敬、王恂、許衡等人主持曆法改革。郭守敬負責天文儀器與觀測,他把傳統的八尺圭表加高到四十尺,影子變長之後,測量誤差就被相對縮小;他還在表頂加上一個叫「景符」的小孔裝置,利用小孔成像讓模糊的影子邊緣變清楚。
今天在河南登封,還保存著元代的「觀星台」,那座高台本身就是一座巨型的圭表。
1281 年實施的《授時曆》,採用一年 365.2425 天。而在歐洲一直到 1582 年,才由教宗格里高利十三世推行格里曆,也就是我們今天使用的公曆,它透過閏年規則,讓平均一年同樣是 365.2425 天,但是二個時間差了三百年。
而現代測得的回歸年約為 365.2422 天,《授時曆》的數值每年只差約 26 秒。
為什麼一年不是剛好 365 天?
主要因為地球繞太陽一圈所花的時間,本來就不是整數天。
以季節循環為準的「回歸年」,大約是 365.2422 天。如果只算 365 天,每年會少掉將近 6 小時,一百多年後,曆法上的春天就會跑到冬天去。所以才需要閏年:每四年多加一天,
古人只用了一根竿子、一片土地、幾代人每天中午的耐心。就測量出了時間,有沒有覺的很神奇呢?
更多這樣的故事,訂閱懂故事。
FAQ 常見問題
圭表是什麼?
一種中國古代天文儀器,由直立的「表」和平放量影的「圭」組成,用來測量正午日影長度,以定出冬至、夏至與一年長度。
古人算的一年和現代相差多少?
郭守敬授時曆的 365.2425 天,與現代回歸年約 365.2422 天,每年只差約 26 秒。
為什麼需要閏年?
因為一年實際約 365.2422 天,多出的將近四分之一天必須用閏日補回,才能讓曆法與季節同步。
資料來源與延伸閱讀
- 故宮博物院:圭表(圭表的構造與用途)
- 中國科學院西安光學精密機械研究所:光學科普園地-圭表(東漢量日影、4 年 1461 天的例子)
- UNESCO Portal to the Heritage of Astronomy:Dengfeng Observatory(郭守敬 40 尺高表、授時曆沿用至明代)
- 科技日報 Science and Technology Daily:Shoushi Calendar: A Masterpiece of Ancient Calendars(郭守敬、王恂等人編修,一年 365.2425 天)
- U.S. Naval Observatory:Leap Years(格里曆平均年 365.2425 天、回歸年約 365.2422 天)
- Royal Museums Greenwich:Which years are leap years?(閏年規則與 1582 年曆法改革)
- EBSCO Research Starters:Egyptian calendar(古埃及 12×30+5 天民用曆、天狼星與尼羅河氾濫)
- Calendars of India(arXiv:1007.0062)(古埃及曆無閏日、1460 年天狼星週期)


