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为什么古代十五分钟称为“一刻”?

原标题: 日晷和漏刻:那些古老时光的计时器

《长安十二时辰》中必懂的一个科普知识,没有钟表的古人如何计时

时间:2019-07-16 08:51:11编辑:计白当黑

改编自马伯庸小说的《长安十二时辰》新鲜上映,剧中情节紧凑,叙事扎实,贴紧史实,引发了追剧热潮。观众在欣赏情节的同时,往往忽略了一个细节,那就是当时的计间工具。在古代,将线性的时间,划分成若干等量刻度,做到精准计时,减小误差,并非易事。

在《长安十二时辰》片头,导演巧妙地利用日晷指示时间,既突出了剧中主题,又能渲染紧张气氛。周朝时期,民间普遍用日晷计时,距今已有三千多年的历史。按摆放角度不同,日晷分为地平式、垂直式和赤道式等三类,以赤道式最为经典。赤道式日晷在摆放时,要与赤道平行,晷针上端指向北极,下端指向南极,通过阳光投影测定时间。

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图1 《长安十二时辰》片头,每集片头的名字都对应着古代计时

日晷看似简单,内藏玄机。由晷针和晷面组成,两者相当于钟表的指针和表面。晷针垂直穿过晷面中心,晷面外延一般有三个圆圈,内圈标示天干地支,中圈刻有十二时辰,外圈对应每个时辰,再分“初”、“正”两格,由此将一天的时间划分为十二时辰,二十四小时。如今的“小时”概念,就是由晷面刻度演变而来,而钟表表面的设计灵感同样借鉴了晷面的结构。

赤道式日晷不仅可以授时,还可以指示节气。在一年中的春分和秋分,太阳的运行轨道与赤道平行,晷面无法标示时间。《周髀算经》记载:“故冬至日晷丈三尺五寸,夏至日晷尺六寸。冬至日晷长,夏至日晷短。”可见早在西汉时期,古人对日晷进行了深入的研究。

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《周髀算经》原名《周髀》,算经的十书之一,是中国最古老的天文学和数学着作

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北京故宫中保存着很多清朝石质日晷,其功能不仅是为了授时,更是作为皇家礼器之一,陈列于宫殿之前。慈宁宫的房产证上写着太后的名字,宫前摆放着故宫中唯一的月晷,以此显示宫殿主人既特殊又尊重的身份。

日晷过于笨重,无法搬运,而且只能处置在室外,另外,清朝文人钱泳在《履园丛话》中,也指出日晷的不足,他认为“日晷用于日中,月晷用于夜中,然是日有风雨,则不可用矣。”诸多客观条件的约束,限制了日晷的普及和使用。

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图4 《长安十二时辰》里的火闹钟

《长安十二时辰》的第四集,陈参军率众靖安司搞事情。李必搬出火闹钟,立下军令状,提出一个时辰内找到狼卫线索,否则将交出靖安令。实际上,火闹钟不过是焚香计时的一种方式。在古代,民间根据不同的需要,制作了时长不一的香,供消费者选购。

焚烧时间最长的香,是一种盘香,上面标有刻度,焚香时长达三十昼夜。盘香多用于寺院、道观和祠堂。香条从内到外列成同心圆形状,其中有木屑,起到助燃的作用。焚香时,要选择空气流通顺畅的房间,将盘香垂直挂起,方便燃烧。

在室外焚香,依然受到气象条件的制约。古人从水滴均匀滴落中受到启发,发明了漏刻。最早的漏刻是陶制的,后来采用青铜材质,增强了实用性,主要分为受水式和漏水式。其中的原理是类似的,通过漏刻浮箭的上下移动,观测时间。据《汉书》记载:“漏刻以百二十为度。”清初,受西方钟表的影响,朝廷颁布了《时宪书》,将昼夜百刻调整为九十六刻,“一刻钟”等于十五分钟,一直沿用至今。

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图5 古代高精度计时器-西汉漏壶

1968年,河北满城出土了一个青铜漏刻,是现存最早的西汉漏刻之一。这只三足漏刻分为提梁和漏壶两部分。提梁中央有长方形孔,用以扶箭直立,起到了限位的作用,另外,以提梁为标尺,便于精确计时。漏壶侧面装有滴水孔,据专家考证漏壶内部有节流装置,用以控制水滴流速。不过该装置用的是有机材料,经过时间侵蚀,早已腐朽无踪。

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这种便携式漏刻,具有特殊的军事价值。《六韬·分兵》明确指出:“明告战日,漏刻有时。”漏刻的出现,弥补了古代军队作战的计时需要。春秋时期,齐国司马穰苴与庄贾相约,“旦日日中会于军门”。司马穰苴率军先行,到达驻地后“立表下漏”以待庄贾。结果,庄贾与亲朋好友饮宴,夕时才至。司马穰苴旋即按军法将其处死。说明漏刻在先秦时期已有军队中广泛应用。

漏刻只是单级滴漏,存在水流速度不均匀的弊端。在靖安司,司天台报时博士庞灵值守多级滴漏,这是古代计时和授时的神器。滴漏的出现年代不详。《周礼》有“挈壶氏”的官职,“掌挈壶以令军井”,“凡军事县壶以序聚柝”,“皆以水火守之”。水守专司铜壶备水,火守不止要在夜间执火观察时刻,还要在冬季为铜壶保温,以防结冰。维持铜壶滴漏的工作人员竟达二十多人。

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图7 六经图——唐吕才漏刻图

元延祐三年,广州人冼运行、杜子盛等人铸造了由日壶、月壶、星壶和受水壶等铜壶组成的三级滴漏。通过逐级滴漏,可以控制水位的相对恒定,水滴的速度始终保持匀速,从而精准地控制时间。

受水壶中央有一把铜尺,上面标有十二时辰,铜尺前方有木质浮箭。水滴由上至下依次滴落,受水壶水位上升,浮剑上移,校验铜尺,就能读出时辰。1919年,这套铜壶滴漏完成了历史使命,历时六百年。1959年,它成为国家博物馆的藏品,是我国现存最大、最早、最完整的铜壶滴漏。

多级滴漏的出现,归功于东汉科学家张衡。公元二世纪,他发现滴漏中从下往上数第二级铜壶水面保持恒平,用于计时的浮箭上升速度也是恒定的。按照张衡的方法,用复原的铜壶进行计时试验,他设计的多级滴漏一昼夜的误差不大于四十秒。1657年,欧洲发明了摆钟,才将走时日差缩短到20秒。中国的多级滴漏领先世界,足有1500年。

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北宋宰相苏颂主持了一项重大科学工程。他设计了以水力驱动多级漏刻为动力,推动天文钟、浑象和浑仪的自动运行,以此达到天文观测、天文演示和报时功能的目的。其动力装置类似于钟表的擒纵器,因此这套仪器称为“水运仪象台”。整个工程耗资五万贯,相当于北宋年度财政收入的1‰。充分说明,北宋对计时和天文的重视程度。

《长安十二时辰》中的计时工具,使影迷耳目一新。靖安司和狼卫在与时间赛跑,长安的安危维系在十二时辰内。陶渊明有诗叹曰:“盛年不再来,一日难再晨。及时当勉励,岁月不待人。”在生命的漏刻里,点滴的努力必定会收到成功的浮箭。世事变幻,唯有岁月不可辜负。

参考文献:《周礼》《六韬·分兵》《汉书》《履园丛话》《周髀算经》

在古装戏剧或小说中,经常看到或听到这样的话︰“你等我一刻钟。”另《汉书。昌邑哀王刘髆传》上载︰“夜漏未尽一刻。”以上出现的“一刻”都是指时间十五分钟。那么,为什么古代十五分钟称为“一刻”呢?

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谈这个典故之前,我们先了解古代的计时器具。古人对于时间的重视始于农耕时代,因此在不同时期,就会发明和制造各种适应于当时社会经济发展及生活需求的计时器。这些计时器主要有圭表、日晷、漏刻等,以下先简单的介绍这几项计时器。

时间是人类生活的重要参考依据。现代人往往通过钟表来计时并安排工作和生活,但我国在清代以前是没有钟表的,要想计时的话很不容易。当然,这并不代表古代没有计时工具。古代人们在长期的生活和生产实践中,通过对一些自然现象的不断观察,逐渐掌握了日升日落、星辰出没、月亮圆缺等周期性的变化规律,并以此为契机便发明了各式各样的计时工具。“日晷”就是其中之一。所谓日晷,就是人类根据日影位置的变化来测量时间的一种工具。作为明清皇宫的紫禁城,太和殿、乾清宫、坤宁宫、养心殿、慈宁宫等建筑前都有日晷。

圭是平卧的尺,表是直立的标竿。圭表,早在商、周时期即被使用,是中国最古老而又简单、重要的测量日影的器具,由垂直的表和水平的圭所组成。它是利用立竿见影的原理来测量日影长度,进而推算时辰。

日晷由底座、晷面、指针组成。底座与地面平行,晷面与赤道平行,指针与地轴平行。指针与地平面的夹角必需与当地的地理纬度相同。北京的纬度为北纬39.9度,所以太和殿日晷的指针与地面的夹角也为39.9度。指针一般为铜质,垂直穿过晷面,其最重要的作用是确定南北方向。由于晷面平行于赤道面,这样,指针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。所以,太和殿日晷的指针是南北向设置,指针朝向北极固定。指针的第二个作用才是用来确定时间。其时间的确定,主要通过太阳照射指针在晷面的投影来实现。晷面呈圆盘形,石质,正反两面都刻有12个时辰。当太阳光照在日晷上时,指针的影子投向晷面。太阳由东向西移动,指针影子也慢慢地由西向东移动。晷面的刻度是均匀的,移动着的指针影子犹如是现代钟表的指针。随着太阳位置的变化,晷针影子在盘上移动一寸所花的时间称为“一寸光阴”,而“一寸光阴一寸金”的成语就是由此而来。

圭表有测定冬至日所在,而确定回归年长度的功能。另经由圭表观测日影的变化,可确定方向和节气。如《宋史。卷七十六。律历志九》上载︰“观天地阴阳之体,以正位辨方、定时考闰,莫近乎圭表。”

日晷利用太阳射影的方向来测量时间,但是,在阴雨天和夜间就会失去效用,且在春分、秋分时期无法使用。所以,我国古代工匠又发明了漏刻。作为计时器,漏刻的使用比日晷更为普遍,时间也更为久远。紫禁城交泰殿内,就有一座铜壶漏刻。漏,是指盛水漏壶,用于泄水或盛水;刻,是指划分一天的时间单位,它通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻。交泰殿内铜壶漏刻初造于清乾隆十年,由清宫造办处制作。乾隆六十二年十月二十一日,乾清宫大火,不仅乾清宫被毁,还殃及交泰殿及其中的铜壶漏刻。现存于交泰殿内的铜壶漏刻,为清嘉庆三年仿原件制成并安装于此的。漏刻使用时,把水注入漏壶内,水便从壶孔中流出,流到水壶下放置的容器中,容器内有一根刻有时刻的标竿,称为箭。箭下以一只船相托,浮于水面。当水流出或流入壶中时,箭杆相应下沉或上升,古人从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻。

日晷

我国西周时期就出现了漏刻。早期漏刻大多使用单只漏壶,滴水速度受到壶中液位高度的影响,液位高,滴水速度较快,液位低,滴水速度较慢。为解决这一问题,古人进一步创制出多级漏刻装置。所谓多级漏刻,即使用多只漏壶,上下依次串联成为一组,每只漏壶都依次向其下一只漏壶中滴水。这样一来,对最下端的受水壶来说,其上方的一只泄水壶因为有同样速率的来水补充,壶内液位基本保持恒定,其自身的滴水速度也就能保持均匀。

日晷仪,又称为“日规”,简称“日晷”。日晷是由圭表演变而来,在西汉以前是人们普遍使用的计时工具。它是一种利用日影测量时间的仪器,如《说文解字》中载︰“晷,日景也。”日景即为日影。

紫禁城的铜壶漏刻与日晷一样,在相当长的一段时间内,成为紫禁城内的主要计时工具。到了清代后期,自鸣钟开始流行,日晷和漏刻渐渐退出历史舞台,成为皇家礼制文化的组成部分。但是,它们构造简单,设计科学,实用性强,在很长的一段时间内为古人的生活提供了时间判断保障,因而是古代工匠智慧的体现。

日晷通常由石制的晷盘和铜制的晷针组成,并在晷盘的两面刻划出十二个大格,每个大格代表两个小时。使用时,只要观察日影投射在晷盘上的位置,就能推算时间。

圭表、日晷都是利用日影来推算时间,但到了晚上或阴雨天便失去作用。如清朝钱泳《履园丛话。艺能。铜匠》曰︰“测十二时者,古来惟有漏壶,而后世又作日晷、月晷,日晷用于日中,用晷用于夜中,然是日有风雨,则不可用矣。”

因此,适用于日夜、阴晴的漏刻计时器便应运而生。漏,指漏壶。刻,指箭刻,箭上有刻度,是放置在漏壶内以标记时刻的组件。

清朝漏刻

漏刻又称为漏壶,是中国古代的一种水钟,古人以水量来推算时间。早在春秋时期,漏壶计时的发展已有很高水准。而历代也设有专职机构负责管理,民间应用相当普及,是古代重要的计时刻漏器。如《隋书‧天文志》:“昔黄帝创观漏水,制器取则,以分昼夜。其后因以命官,周礼挈壶氏则其职也。”挈壶氏,即为掌漏刻之官。

漏壶,通常使用铜壶盛水,滴漏以计时刻,故又称为“铜壶滴漏”。铜壶滴漏使用原理,是利用滴水多寡来计量时间。漏壶有泄水型的沉箭漏、受水型的浮箭漏两种。

沉箭漏古老而简单,只有单壶,壶的底部有小孔,壶中有箭刻。使用时,壶中的水由小孔流至壶外,箭刻随之逐渐下沉,以显示时间。浮箭漏的发明晚于沉箭漏,但功能优于前者。它分供水的播水壶、及置放箭刻的受水壶两部分。使用时,播水壶的水经小孔不断注入受水壶,箭刻便逐渐随之上浮,以显示时间。

浮箭漏是史上记载使用最多、流传最广的计时器,另也有以沙代水的沙漏计时器。后来,为了提高水流速度的稳定度,及计时的准确性,逐渐再加上一只或几只漏水壶,形成多级漏壶。

现存最古老漏刻

据载,传世的漏壶为铜制,分为播水壶、受水壶两部分。播水壶一般有三个,放置在台阶或架上,壶下有小孔滴水,最下层流入受水壶。受水壶内置有箭刻,箭上划分一百刻,箭刻随播水壶下流的水量逐渐上升,并露出刻度,以表示时间。如《说文解字》︰“漏,以铜受水刻节,昼夜百节。”

铜壶滴漏计时仪器,主要是观察水位上升或下降时,箭刻上所显示的刻度来推算时间。如果壶内装满水,水刻从底部小孔滴出,一天一夜刚好滴完。将一昼夜二十四小时,均分在箭刻的一百个刻度上,一个刻度就等于十四分四十秒。

自东汉以来,历代都曾改革漏刻制,改百刻为十二倍数,如九十六、一百零八、一百二十。如《汉书。哀帝纪》中载︰“漏刻以百二十为度。”颜师古。注︰“旧漏昼夜共百刻,今增其二十。”

到清初《时宪书》施行后,正式将一昼夜百刻改为九十六刻,一个时辰分八刻,一小时为四刻,而一刻就是十五分钟,一直沿用至今。

古人利用“圭表”辨别南北方位、确定节气和时刻;使用“日晷”观察日影方位变化来推算一天的时间;改良圭表、日晷的缺点,运用漏壶中水位高低变动来计量时间。古代这些简单而有效的计时仪器,充分展现了先人的智慧。

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