当前位置:中国河南郑州嵩山郭守敬观星台景符概况
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河南郑州嵩山郭守敬观星台景符概况
景符
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  “景符”是高表的辅助仪器。元代测影把表提高四丈以后,使用表端所附设的横梁投影求值,可测得日心位置,其关键在于景符。



  郭守敬研制成高表以后测影时,横梁的影子,投射在圭面上不十分清楚,这势必影响测量的精确度,为了观测的准确,郭守敬又创制了“景符”。《元史·天文志》载:“景符之制,以铜叶,博二寸,加长博之二,中穿一窍,若针芥然,以润方为趺,一端设为机轴,可令开阖,稽其一端,使其势斜倚,北高南下,往来迁就于虚梁之中。窍达日光,仅如米许,隐然见横梁于其中。”景符利用孔成像原理,使高表横梁所投虚影成为精确实像,清晰地投射在圭面上,达到了人类测影史上的最高精度,领先于同期的世界水平。



  
                       







 

经验分享/补充资料/网友评论

 
fangyuan(爱游) 2005年10月27日 10点33分 评分:0
景符的主要部件是一片薄铜片,铜片中央有一个小孔。铜片安在一个架子上,下端是轴,另一头可以斜撑起来,撑的角度可以自由调节。把架子在圭面上前后移动,当太阳、横梁、小孔三者成一直线时,在圭面上可看到一个米粒大小的光斑,中间还有一条清晰的横线,如图所示。在这里景符相当于一个小孔成像器,圭面上的光斑就是太阳光透过小孔所成的像。光斑中的横线则是太阳光对表端横梁的投影透过小孔所成的像。由该像落在圭面上的位置就可以准确测定相应表的影长。
景符的使用使得传统的立表测影技术在两个方面有了突破:一是它基本解决了由于空气分子、尘埃等对日光漫射而导致的表高则“景虚而淡,难得实影”的困难,大大提高了观测精度。今人曾按照郭守敬的方法做过模拟观测。从实地观察情况来看,表高影虚的情况确实很严重。尤其当大气透明度较差时,在近处观察,影子淡到几乎无法分辨的地步。使用了景符以后,这一问题基本上不存在了。
另一突破即《元史•天文志》所说:“旧法一表端测晷,所得者日体上边之景。今以横梁取之,实得中景,不容有毫末之差。”即是说,新的方法测量时不受日光半影影响。按照传统方法,用一根表测影,所得影长是太阳上边缘的影长,它较日面中心的影长要短一些。对此我们可以作一粗略估计。根据《元史•天文志》本条的数据,测冬至时,40尺表的影长为76尺7寸4分,太阳的视角按0.5度计算,根据一般三角函数知识不难算出,表端投影到圭面上的半影范围大约为1.6尺,日面中心影长与日面上边缘影长的差是这个数字的一半。考虑到郭守敬测量时读数精确到5毫,那么这一误差比测量读数精度大了三个数量级,当然非同小可。现在郭守敬以横梁代替了单个表端,用景符观测横梁与太阳的像,显然,当梁的像平分太阳像时,所得到的就是日面中心的影长,这就避免了本影半影问题的干扰,可以获得准确结果,从而基本消除了这一误差。根据模拟实验,景符架子若移动1.5—2毫米,梁影切分太阳像两半的对称程度即有显著变化。由此可知,用景符来测定影长,可以将半影误差限制在2毫米以内(张家泰,“登封观星台和元初天文观测的成就”,《考古》,1976年第2期),准确度当然大大提高了。
郭守敬根据小孔成像原理发明景符,成功地解决了传统立表测影技术面临的重大难题,这是我国古代观测技术的一项重要成就,应予充分肯定。

 
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fysdy(雪山飞燕) 2006年3月4日 11点43分 评分:10
景符
景符是根据小孔成像原理制成的观测仪器,它的发明人是元代大科学家郭守敬。 景符的发明是为了提高立表测影的精度。 中国古代在确定节气尤其是冬夏至发生时刻时,一般是用立表测影的方法来进行。太阳在天空视位置不同,它投影在地面表影的长度也不同。由此,通过测定地面表影长度,就可以逆推太阳在空间的位置。这就是立表测影的原理。早在先秦时期,用测日中影长的办法来定冬至和夏至,就已经成为历法工作的重要手段。 立表测影,表的高度一般是8尺。到了元代,为了提高测影精度,郭守敬对之做了很大改进,他首创高表,把表身做成碑柱形,并使之增加到36尺高,在表顶上再用两条龙往上抬着一根直径3寸的横梁,从梁心到圭面一共40尺。这样一来,梁影到表底的距离就是8尺表表影的五倍。从误差理论来讲,同样的量度误差,高表的相对误差仅是8尺表的五分之一,换言之,测量的准确度提高了五倍。 但是,用高表加剧了另一困难——表影的模糊问题。用圭表测影的关键是提高影长量度的精度,由于空气分子和尘埃杂质对日光的漫射,使影的端线变得模糊不清,这是提高测量精度的极大障碍。采用高表以后,表高影虚的情况更为严重。由于观测时间一般为冬至前后,影子分布范围大,影端模糊现象尤为突出,这使得观测者难以判定表端横梁影子的确切位置。《元史·天文志》对此有所分析: “按表短则分寸短促,尺寸之下所谓分秒太半少数,未易分别;表长则分寸稍长,所不便者景虚而淡,难得实影。” 这段话对采用高表的优劣两方面都做了探讨。所谓“分寸短促”、“分寸稍长”之语,语言不甚准确,但基本意思是说高表可以提高测量准确度,这是对的。而“难得实影”一语,则是对使用高表缺陷的准确概括。 郭守敬的解决办法是在测量中使用景符。《元史·天文志》详细记载了景符的结构、使用方法,还记录了使用景符所得到的两个测量数据: “景符之制,以铜叶,博二寸,长加博之二,中穿一窍,若针芥然。以方为趺,一端设为机轴,令可开阖,榰其一端,使其势斜倚,北高南下,往来迁就于虚梁之中。窍达日光,仅如米许,隐然见横梁于其中。旧法一表端测晷,所得者日体上边之景。今以横梁取之,实得中景,不容有毫末之差。至元十六年己卯夏至晷景,四月十九日乙未景一丈二尺三寸六分九厘五毫;至元十六年己卯冬至晷景,十月二十四日戊戌景七丈六尺七寸四分。”   根据这段记载,景符的主要部件是一片薄铜片,铜片中央有一个小孔。铜片安在一个架子上,下端是轴,另一头可以斜撑起来,撑的角度可以自由调节。把架子在圭面上前后移动,当太阳、横梁、小孔三者成一直线时,在圭面上可看到一个米粒大小的光斑,中间还有一条清晰的横线,如图所示。在这里景符相当于一个小孔成像器,圭面上的光斑就是太阳光透过小孔所成的像。光斑中的横线则是太阳光对表端横梁的投影透过小孔所成的像。由该像落在圭面上的位置就可以准确测定相应表的影长。 景符的使用使得传统的立表测影技术在两个方面有了突破:一是它基本解决了由于空气分子、尘埃等对日光漫射而导致的表高则“景虚而淡,难得实影”的困难,大大提高了观测精度。今人曾按照郭守敬的方法做过模拟观测。从实地观察情况来看,表高影虚的情况确实很严重。尤其当大气透明度较差时,在近处观察,影子淡到几乎无法分辨的地步。使用了景符以后,这一问题基本上不存在了。 另一突破即《元史·天文志》所说:“旧法一表端测晷,所得者日体上边之景。今以横梁取之,实得中景,不容有毫末之差。”即是说,新的方法测量时不受日光半影影响。按照传统方法,用一根表测影,所得影长是太阳上边缘的影长,它较日面中心的影长要短一些。对此我们可以作一粗略估计。根据《元史·天文志》本条的数据,测冬至时,40尺表的影长为76尺7寸4分,太阳的视角按0.5度计算,根据一般三角函数知识不难算出,表端投影到圭面上的半影范围大约为1.6尺,日面中心影长与日面上边缘影长的差是这个数字的一半。考虑到郭守敬测量时读数精确到5毫,那么这一误差比测量读数精度大了三个数量级,当然非同小可。现在郭守敬以横梁代替了单个表端,用景符观测横梁与太阳的像,显然,当梁的像平分太阳像时,所得到的就是日面中心的影长,这就避免了本影半影问题的干扰,可以获得准确结果,从而基本消除了这一误差。根据模拟实验,景符架子若移动1.5—2毫米,梁影切分太阳像两半的对称程度即有显著变化。由此可知,用景符来测定影长,可以将半影误差限制在2毫米以内(张家泰,“登封观星台和元初天文观测的成就”,《考古》,1976年第2期),准确度当然大大提高了。 郭守敬根据小孔成像原理发明景符,成功地解决了传统立表测影技术面临的重大难题,这是我国古代观测技术的一项重要成就,应予充分肯定。

 
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