观星台-与星汉苍穹的约定
观星台的北壁正中，有一个直通上下的凹槽。凹槽的东、西两壁略有收分，呈现一个倒梯形的形状。
在凹槽底部，延伸出一条不与观星台相连的石圭，也就是我们常说的“量天尺”。
石圭(量天尺)长约31米，下部为砖砌基座，表面用36方青石板接连平铺而成。上边还设有双股水道，水道南端有方形注水池，北端为长条状泄水池。
登封告成观星台 摄影师：刘客白
而在凹槽的上部，有一条横在两个小房间之中的铁杆。天晴的正午，太阳就会将铁杆的影子投射到石圭上，方便观象员标记和测量。
经过长期记录，我们发现日月每天起落地平线的位置都不相同，如果将每天太的位置定时做上记号，将一年中的记号相连，即黄道(地球上看太阳一年走过的路线)。
实际上我们知道，地球绕太阳公转，而太阳是相对静止的，所以黄道也可以理解为地球公转的轨道，它与地球赤道的平面形成了黄赤交角。
在地面上的人们，记录每天日影的变化，实际上就是在记录地球公转的轨迹，公转一周为一年，所以根据日影在石圭上的长短的变化，就可以推算出一年四季的时令变化。
登封告成观星台 摄影师：刘客白
早期的圭表大多都是采用木杆、石柱，甚至土堆。通过度量太阳照射在上面时所投射下来的影子长短，可以用来定方向、节气、时刻、地域等多个方面的内容。
周公在《周礼》中规定了圭表应该“高八尺”，八尺就成为了此后很长一段时间的测量标准。
但在登封观星台，为了提高测量的读数精度，石圭圭面至台面上侧的横梁的距离达到了40尺, 这一高度是传统立表测影所用8尺之表的5倍。
登封告成观星台石圭长度比较 摄影师：风之语
“今以铜为表, 高三十六尺, 端挟以二龙, 举一横梁, 下至圭面, 共四十尺, 是为八尺之表五。圭表刻为尺寸, 旧寸一, 今申而为五, 厘毫差易分别。”——《元史》
高表导致影长增加，使得对影长的测量值也相应增加，读出来的数据就更加准确。
“圭表”在中国天文史中，不仅逐渐演化出与观星台类似的测量用具，也在日常生活中有着广泛应用。
日晷也是由圭表演化而来，它又称“日规”，是我国古代利用日影测时的一种计时仪器。通常由铜指针“晷针”和石圆盘“晷面”组成。
当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会在晷面上移动，以用于显示时刻。
北京紫禁城太和殿前日晷 摄影师：禹涵
不过，如果碰到阴天，还是会对日晷读数产生影响。太阳如果出现问题，就需要用到“水”了。
滴漏壶，一种精度颇高的计时仪器。它的原理与沙漏相似，通过水滴匀速转移到另一件容器的过程来实现计时。
国家博物馆藏元代铜壶滴漏
“砖崇台以观星。台上故有滴漏壶，滴下注水，流以尺天。”——明万历孙承基《重修元圣周公祠记》
而无独有偶，观星台石圭并非平行于地面，而是南高北低，且石圭表面也有双股水道。
观星台石圭双股水道 摄影师：刘客白
由于年代久远资料散逸，我们不能确定石圭的这种设计是否有滴漏的计时功能。
有人说水道是用于石圭建设时取平之用;也有人说这是元代时滴漏壶的组成部分。
古人的设计，或许也等待后人寻找一个答案。
肆：中宫星辰
不论昼夜，观星台始终都在履行自己的职责。除了作为圭表量天，夜晚的观星活动同样重要。
白天不见星空，不是因为白天星空消失了，而是太阳光过强，将其他行星的光亮完全掩盖，只有背向太阳时，浩瀚的宇宙才会出现在眼前。
天文站与星河 摄影师：黑泽
对星官来说，最重要的事情就是认识星辰、研究星轨的变化。千百年来，一代代人仰望星辰，经过了无数次校勘比对，才大致了解了星空的奥秘。
宇宙中有无尽的恒星存在，距离地球近的星星显得大，远离地球的星星显得小。表现在星空，就是明暗有别。古人无法探知星星距离地球的远近，就只能把星空当成一个球面(即天圆地方中的“天圆”)
国际空间站拍摄的银河与地球 NASA
我们将星星所在的“球”称为天球。观星，就是在球内看球面，看球面的星星有什么变化。
“天球”也如同地球一样，有着南北极和天赤道。以天球南北极为轴，它在自东向西转动。
故宫博物院藏 清金嵌珍珠天球仪
到了夜晚，你会发现一年四季总有一些星星一直都在，又总有一些星星可能只有一个季的“值班时间”。
靠近南北极的星区，几乎不会有太大变化，这一块星星被古人分为“三垣”。
而那些靠近黄道与天赤道的，并非永久出现的星星(实则是由于地球公转被遮掩)，西方称之为“星座”，我们称之为“二十八宿”。
三垣二十八宿，即古代中国所能观测到的星空。
日本京都大学图书馆藏天文分野图
为了进一步划分天域，古人结合远古信仰、一年四季以及《易传》中对四象的描述，将二十八星宿分为四组，分别由四象统领：青龙、白虎、朱雀、玄武。四象则代表东南西北四个方向上的群星。
河南省博物馆藏四神云气图
东方苍龙七宿主春季，由角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿组成;
南方朱雀七宿主夏季，由井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿组成;
西方白虎七宿主秋季，由奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿组成;
北方玄武七宿主冬季，由斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿组成。
相对于二十八宿，北部星空的划分就简单许多，只在北天极附近划分出三个较大的星区：上垣之太微垣、中垣之紫微垣及下垣之天市垣。
天市垣象征天上的繁华街市;太微垣象征天上官员政府所在地。
紫微垣包括北天极附近的天区，大体相当于拱极星区，居于北天中央，所以又称中宫，或紫微宫，是天上的皇宫所在，受到历代皇朝的重视。
中国古代皇宫的名字，有很多就来源于紫微垣，比如隋唐的洛阳紫微城，又或者明清的紫禁城。
北京紫禁城 摄影师：马文晓
而在紫微垣中，有一颗被称为“紫微星”，即我们十分熟悉的北极星。
历朝历代的帝王往往将紫微星作为皇权至高无上的代表。
当然，偌大的一个观星台，不只有观测功能，它同样在完成记录整理工作。这些附属建筑，常常也为记录前人功绩的而存在。
-帝尧殿-
帝尧殿，面阔三间，硬山式建筑，古称“螽斯殿”。因传说古帝尧百岁时崩于阳城，所以后人改螽斯殿为帝尧殿。
帝尧殿始建于明代，后因日军侵华战争而被毁去。如今我们所见的帝尧殿为2005年重修而成。
观星台帝尧殿 摄影师：风之语
大殿在重修过程中发现了一座元代大殿基址，所以现在帝尧殿所在的位置比之前南移了一段距离。
-元代大殿-
在如今的帝尧殿之后，有一座元代建筑基址。
该建筑基址平面呈倒“凸”字形，坐北朝南，根据主殿地槽设置情况，主殿为面阔三间，进深三间，东西挟屋各面阔二间，进深三间。
最前方空地为元代大殿遗址 摄影师：刘客白
这是一座与观星台同时代的元代建筑遗址，与观星台同处一条中轴线上，这足以说明元代建造的观星台并非仅只一座孤立的高表测景砖台，而是一座具有观测、管理、研究等多种功能的天文台。
告成观星台全景 摄影师：刘客白
除了这些附属建筑，经过长时间的散轶，当年观星台上究竟还有什么仪器，我们也只能凭借《元史》的记载猜测。
比如，简仪与立运仪，一个负责侦测太阳时和天体的赤经、赤纬，一个用于测量天体的地平坐标。
除此之外，还有景符、“西域仪象”、测量星、窥几、正方案等等……
北京古观象台，始建于明朝正统年间(1442年)摄影师：禹涵
正是通过这些仪器，再加上中国古代天文学家的不懈努力，才有了我们如今看到的愈发完善的星宫图，也才让每一个新王朝，拥有了一代一更新的历法。
伍：岁初正朔
在中国古代，人们所使用的历法并不是一成不变的，为什么历法会换呢?
对我国古代的封建王朝来说，历法所代表的东西，其实远远不止于定下四季与二十四节气。
在中国古代，每一次王朝更迭后基本都会颁布新历法，开国或重要事件进行前都要设坛登高以祈国运。
北京天坛圜丘，为明清帝王祭天之所 摄影：禹涵
一方面是疆域变化导致前朝的历法常常因地域不同出现误差，另一方面则是为了同一项重要的行为，那就是“正朔”。
“朔”，原本是古人对每月初始时月相的称呼，而在这之后，月亮就像是重新出生一般，在天空中的亮面越来越多，一直到满月。
新月影像 NASA
“朔”这个字，有一种初始，万物诞生的延伸意。所谓“正朔”，意思就是新年第一天的初始。
对封建的帝王来说，“确定一年的初始是哪一天”，拥有着浓厚的政治意味。
“帝王必改正朔，易服色，所以受命于天也。”——《汉书》
在原始社会的时期，人们尚不能理解天象的变化来自于何方，只能将其笼统地归于“天意”，“天意”将直接影响到一年的收成如何。
北京天坛祈谷坛，皇帝于此祷告，在祈年殿中祈求国家一年丰收 摄影：禹涵
为了更好的解读“天意”，人们需要“与天沟通”。懂得如何与天沟通的人，常常在部落中拥有重要地位。而这种与天的“交流垄断”，让这一类人拥有了绝对的权利与地位。
良渚古城瑶山祭坛遗址，良渚文明与天沟通的遗迹 摄影师：禹涵
到了夏商周时期，君王已经试图通过解读“天意”来证明自己是正统的皇权拥有者。
“格尔众庶，悉听朕言。非台小子，敢行称乱;有夏多罪，天命殛之。”——《尚书·汤誓》
在“受命于天”的政治思想下，是否能对“天意”有着正确的解读，也成为这份皇权是否正统的标志之一。
美国波士顿博物馆藏历代帝王像(节选)
“历法”，则代表了对天意的解读。根据天文推演的历表，成为了王朝正统的象征。
对一个王朝来说，奉谁家的“正朔”，即遵用哪个政权的历法，就代表了谁家拥有统治权。
正如司马迁谈到历法时所说：
“盖黄帝考定星历，建立五行，起消息，正闰余，于是有天地神袄物类之官，是谓五官各司其序，不相乱也。民是以能有信，神是以能有明德。民神异业，敬而不读，故神降之嘉生，民以物享，灾祸不生，所求不匮。”——《史记·历书》
在以司马迁为代表的统治阶级心中，历法本是用来与天神沟通的，是为军国大事、王朝更迭服务的。
早到汉代木简历书，晚至如今的“黄历”，这种思想影响之深远，以至于在历朝历代都有着“正朔”的需求。
苏州文庙藏 帝王绍运图碑，“正朔”代表了王朝的正当性
讲到这里，我们大概也可以知道，为什么每当新朝代的开始，皇家就会重新制定一部新的历法。
华夏古天文，既有其进步性，却也因此有了阶级局限。
