觀星臺,位于河南省鄭州市登封市東南7.5公里的告成鎮(zhèn),北依嵩山,南望箕山,處潁河之濱,地望十分優(yōu)越,曾是古代陽城所在地。前后院落共分照壁、山門、垂花門、周公測影臺、大殿、觀星臺、螽斯殿等七進,院內(nèi)復(fù)制安裝各種天文儀器十多種。
觀星臺建于元朝初年至元十三年(公元1276年),距今己有700年的歷史,它是中國現(xiàn)存完好的天文臺。是世界上現(xiàn)存較好的天文科學(xué)建筑物,元世祖忽必烈統(tǒng)一中國后,為了恢復(fù)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn),任用著名科學(xué)家郭守敬和王恂等進行歷法改革。首先,讓郭守敬創(chuàng)制了新的天文儀器,然后又組織了規(guī)??涨暗奶煳拇蟮販y量,在全國二十七個地方建立了天文臺和觀測站,登封觀星臺就是當(dāng)時的中心觀測站.經(jīng)過幾年的辛勤觀測推算,終于在18年(公元1281年)編制出當(dāng)時世界上最先進的歷法——《授時歷》。《授時歷》求得的回歸年周期為365.2425日,合365天5時49分12秒,與當(dāng)今世界上許多國家使用的陽歷,格里高里歷,一秒不差,但格里歷是1528年由羅馬教皇改革的歷法,比《授時歷》晚三百年。與現(xiàn)代科學(xué)推算的回歸年期相比,《授時歷》僅差26秒。
觀星臺是一座高大的青磚石結(jié)構(gòu)建筑,由臺身和量天尺組成,臺身形狀是覆斗狀,其作用是“晝參日影,夜觀極星,以正朝夕”。觀星臺不僅保存了我國古代圭表測影的實物,也是自周公土圭測影以來測影技術(shù)發(fā)展的高峰,它反映了我國天文科學(xué)發(fā)展的卓越成就,對于研究我國天文史和建筑史都具有機高的價值。各種天文儀器:沈括浮漏、正方案、仰儀、景符、日晷。
除了測量日影的功能之外,當(dāng)年的觀星臺上可能還有觀測星象等設(shè)施。元初進行“四海測驗”時,在此地觀測北極星的記錄,已載入《元史·天文志》中:“河南府陽城,北極出地三十四度太弱?!保ā疤酢睘楣糯欢鹊氖种耍┯謸?jù)明萬歷十年(公元1582年)孫承基撰《重修元圣周公祠記》碑載:“磚崇臺以觀星。臺上故有滴漏壺,滴下注水,流以尺天?!庇纱丝芍^星臺當(dāng)是一座具有測影﹑觀星和記時等多種功能的天文臺。
登封觀星臺系磚石混合建筑結(jié)構(gòu),由盤旋踏道環(huán)繞的臺體和自臺北壁凹槽內(nèi)向北平鋪的石圭兩個部分組成,臺體呈方形覆斗狀,四壁用水磨磚砌成。臺高9.46米,連臺頂小室統(tǒng)高12.62米。頂邊各長8米多,基邊各長16米多,臺四壁明顯向中心內(nèi)傾,其收分比例表現(xiàn)出中國早期建筑的特征。臺頂小室是明嘉靖七年(公元1528年)修葺時所建。臺下北壁設(shè)有對稱的兩個踏道口,人們可以由此登臨臺頂。在環(huán)形踏道及臺頂邊沿筑有1.05米高的階欄與女兒墻,皆以磚砌壁,以石封頂。為了導(dǎo)泄臺頂和踏道上的雨水,在踏道四隅各設(shè)水道一孔,水道出水口雕作石龍頭狀。臺的北壁正中,有一個直通上下的凹槽,其東﹑西兩壁有收分,南壁上下垂直,距石圭南端36厘米。
石圭用來度量日影長短,所以又稱“量天尺”。它的表面用36方青石板接連平鋪而成,下部為磚砌基座。石圭長31.196米,寬0.53米,南端高0.56米,北端高0.62米。石圭居子午方向。圭面刻有雙股水道。水道南端有注水池,呈方形﹔北端有泄水池,呈長條形,泄水池東﹑西兩頭鑿有泄水孔。池﹑渠底面,南高北低,注水后可自灌全渠,不用時水可排出。泄水池下部,有受水石座一方,為東西向長方形,其上亦刻有水槽一周。
中國著名的天文學(xué)家郭守敬,在元初對古代的圭表進行了改革,新創(chuàng)比傳統(tǒng)“八尺之表”高出五倍的高表。它的結(jié)構(gòu)和測影的方法﹑原理在《元史·天文志》中有較詳細的記述。當(dāng)時建筑在元大都的高表據(jù)記載為銅制,圭為石制。表高50尺,寬2尺4寸,厚1尺2寸,植于石圭南端的石座中,入地及座中14尺,石圭以上表身高36尺,表上端鑄二龍,龍身半附表側(cè),半身凌空擎起一根6尺長﹑3寸粗的“橫梁”。自梁心至表上端為4尺,自石圭上面至梁心40尺。石圭長度為128尺,寬4尺5寸,厚1尺4寸,座高2尺6寸。圭面中心和兩旁均刻有尺度,用以測量影長。為了克服表高影虛的缺陷,測影時,石圭上還加置一個根據(jù)針孔成像原理制成的景符,用以接受日影和梁影。景符下為方框,一端設(shè)有可旋機軸,軸上嵌入一個寬 2寸﹑長4寸﹑中穿孔竅的銅葉,其勢南低北高,依太陽高下調(diào)整角度。正午時,太陽光穿過景符北側(cè)上的小孔,在圭面上形成一很小的太陽倒像。南北移動景符,尋找從表端橫梁投下的梁影。這條經(jīng)過景符小孔形成的梁影清晰實在﹑細若發(fā)絲。當(dāng)梁影平分日像時,即可度量日影長度。
登封觀星臺的直壁和石圭正是郭守敬所創(chuàng)高表制度的僅有的實物例證。所不同的是,觀星臺是以磚砌凹槽直壁代替了銅表。經(jīng)過實地勘測推算。直壁高度和石圭長度等結(jié)構(gòu)與《元史》所載多相符合。石圭以上至直壁上沿高36尺,從表槽上沿再向上4尺,即為置橫梁處,恰在小室窗口下沿,很適合人們在臺頂操作。由此至圭面為40尺。通過仿制橫梁﹑景符進行實測,證明觀星臺的測量誤差相當(dāng)于太陽天頂距誤差1/3角分。觀星臺現(xiàn)為對外開放的文物旅游景點。
觀星臺,天地之中歷史建筑群建筑之一,位于登封市城東南7.5公里的告成鎮(zhèn)周公廟內(nèi),距周公測景臺二十米。
1961年,中華人民共和國國務(wù)院公布為第一批全國重點文物保護單位。
2010年8月1日,坐落在嵩山腹地及周圍的天地之中歷史建筑群(少林寺(常住院、初祖庵、塔林)、東漢三闕(太室闕、少室闕、啟母闕)、中岳廟、嵩岳寺塔、會善寺、嵩陽書院、觀星臺)被列為世界文化遺產(chǎn)。
觀星臺由臺身與石圭、表槽組成。臺身上小下大,形似覆斗。臺面呈方形,用水磨磚砌造。臺高9.46米,連臺頂小屋通高12.62米。臺下邊寬16米多,上邊約為下邊之半。在臺身北面,設(shè)有兩個對稱的出入口,筑有磚石踏道和梯欄,盤旋簇擁臺體,使整個建筑布局顯得莊嚴巍峨。臺頂各邊有明顯收縮,并砌有矮墻(女兒墻),臺頂兩端小屋中間,由臺底到臺頂,有凹槽的“高表”。在凹槽正北是三十六塊青石平鋪的石圭(俗稱量天尺)。石圭通長31.19米。觀星臺的建立反映了當(dāng)時我國天文科學(xué)的巨大成就。測影臺在登封市城東南十五公里的告城鎮(zhèn)北,建于唐開元十一年(公元723年)。測影臺又名“周公測景臺”。臺用青石制作,分臺座和石柱兩部分:臺座上大下小,呈梯形錐體,四邊稍有偏斜,各邊寬窄不等。石柱為表,臺座為圭。
在觀星臺內(nèi),還有一“測景臺”,它是周文王的第四個兒子姬旦修建,是古代祖先測量日影,驗證四時的儀器。周在滅商之后,建立了周王朝,俗話說“得中原者得天下”,周王朝因此要在中原建都,也就是洛陽,為了政治統(tǒng)治的需要,也為了尋求營建東都洛陽的準(zhǔn)確天文依據(jù),周公姬旦才修建了“測景臺”。中國傳統(tǒng)的節(jié)氣劃分日:“冬至”、“夏至”、“春分”、“秋分”,正是周姬旦通過在測景臺的實地觀測劃定的,從而使“春”“夏”“秋”、“冬”四時得以劃定。
在鄭州火車站對面的長途汽車站乘坐發(fā)往登封的旅游專線車。
中國古代天文觀測臺坐落在河南省登封市區(qū)東南15公里的告成鎮(zhèn)北,東經(jīng)113°08306±315,北緯34°24169±13。中國歷代許多天文學(xué)家曾到這里進行過天文觀測?!吨芏Y·地官·司徒》載:“以土圭之法,測土深,正日景(古“影字”,下同),以求地中……日至之景,尺有五寸,謂之地中。”東漢鄭玄在注釋中引用鄭眾的話說:“土圭之長,尺有五寸。以夏至之日,立八尺之表,其景適與土圭等,謂之地中。今潁川陽城地為然?!苯裼^星臺南20米處,尚保存有唐開元十一年(公元723年)由天文官南宮說刻立的紀(jì)念石表一座,表南面刻“周公測景臺”五字。表高196.5厘米,約為唐小尺8尺,表下石座上面北沿6.6~37厘米,切近唐小尺1.5尺,故知此表在規(guī)制上與《周禮》所載土圭測景說相近。