時間是人類生活的重要參考依據。現代人往往通過鐘錶來計時並安排工作和生活,但我國在清代以前是沒有鐘錶的,要想計時的話很不容易。當然,這並不代表古代沒有計時工具。古代人們在長期的生活和生產實踐中,通過對一些自然現象的不斷觀察,逐漸掌握了日升日落、星辰出沒、月亮圓缺等周期性的變化規律,並以此為契機便發明了各式各樣的計時工具。「日晷」就是其中之一。所謂日晷,就是人類根據日影位置的變化來測量時間的一種工具。作為明清皇宮的紫禁城,太和殿、乾清宮、坤寧宮、養心殿、慈寧宮等建築前都有日晷。
日晷由底座、晷面、指針組成。底座與地面平行,晷面與赤道平行,指針與地軸(指向南北極)平行。指針與地平面的夾角必需與當地的地理緯度相同。北京的緯度為北緯39.9度,所以太和殿日晷的指針與地面的夾角也為39.9度。指針一般為銅質,垂直穿過晷面,其最重要的作用是確定南北方向。由於晷面平行於赤道面,這樣,指針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。所以,太和殿日晷的指針是南北向設置,指針朝向北極固定。指針的第二個作用才是用來確定時間。其時間的確定,主要通過太陽照射指針在晷面的投影來實現。晷面呈圓盤形,石質,正反兩面都刻有12個時辰。當太陽光照在日晷上時,指針的影子投向晷面。太陽由東向西移動,指針影子也慢慢地由西向東移動。晷面的刻度是均勻的,移動著的指針影子猶如是現代鐘錶的指針。隨著太陽位置的變化,晷針影子在盤上移動一寸所花的時間稱為「一寸光陰」,而「一寸光陰一寸金」的成語就是由此而來。
日晷利用太陽射影的方向來測量時間,但是,在陰雨天和夜間就會失去效用,且在春分、秋分時期無法使用。所以,我國古代工匠又發明了漏刻。作為計時器,漏刻的使用比日晷更為普遍,時間也更為久遠。紫禁城交泰殿內,就有一座銅壺漏刻。漏,是指盛水漏壺,用於洩水或盛水;刻,是指劃分一天的時間單位,它通過漏壺的浮箭來計量一晝夜的時刻。交泰殿內銅壺漏刻初造於清乾隆十年(1745),由清宮造辦處製作。乾隆六十二年(1797)十月二十一日,乾清宮大火,不僅乾清宮被毀,還殃及交泰殿及其中的銅壺漏刻。現存於交泰殿內的銅壺漏刻,為清嘉慶三年(1798)仿原件製成並安裝於此的。漏刻使用時,把水注入漏壺內,水便從壺孔中流出,流到水壺下放置的容器中,容器內有一根刻有時刻的標竿,稱為箭。箭下以一隻船相託,浮於水面。當水流出或流入壺中時,箭杆相應下沉或上升,古人從蓋孔處看箭杆上的標記,就能知道具體的時刻。
我國西周時期就出現了漏刻。早期漏刻大多使用單只漏壺,滴水速度受到壺中液位高度的影響,液位高,滴水速度較快,液位低,滴水速度較慢。為解決這一問題,古人進一步創製出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻,即使用多隻漏壺,上下依次串聯成為一組,每隻漏壺都依次向其下一隻漏壺中滴水。這樣一來,對最下端的受水壺來說,其上方的一隻洩水壺因為有同樣速率的來水補充,壺內液位基本保持恆定,其自身的滴水速度也就能保持均勻。
紫禁城的銅壺漏刻與日晷一樣,在相當長的一段時間內,成為紫禁城內的主要計時工具。到了清代後期,自鳴鐘開始流行,日晷和漏刻漸漸退出歷史舞臺,成為皇家禮制文化的組成部分。但是,它們構造簡單,設計科學,實用性強,在很長的一段時間內為古人的生活提供了時間判斷保障,因而是古代工匠智慧的體現。(作者系故宮博物院研究館員 周乾)
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來源：科技日報