登封觀星臺(tái)-中國(guó)著名的天文科學(xué)建筑
觀星臺(tái)位于登封市東南12公里的告城鎮(zhèn)周公廟，距周公測(cè)景臺(tái)20米。元朝天文學(xué)家郭守敬創(chuàng)建于13年（1276年），是中國(guó)著名的天文建筑。
《周禮·地官·《司徒》載：以土圭之法，測(cè)土深，正日景(古影，下同)……在日至的場(chǎng)景中，尺子有五英寸，這就是所謂的土地。東漢鄭玄在注釋中引用鄭中的話(huà)說(shuō)：土圭的長(zhǎng)度是五英寸。在夏至的日子里，建一個(gè)八英尺的手表，它的風(fēng)景適合土圭，這就是所謂的土地。今天，英川陽(yáng)城是這樣。
天文官南宮說(shuō)，唐開(kāi)元11年(公元723年)仍有一塊紀(jì)念石表，表南刻有周公測(cè)景臺(tái)字樣。表高196.5厘米，約8英尺，表下石座北緣6英尺.6~37厘米，切近唐小尺1.5尺，所以知道這個(gè)表在規(guī)制上類(lèi)似于《周禮》中的土圭測(cè)景說(shuō)。
觀星臺(tái)的建筑特色
觀星臺(tái)是一種磚石混合建筑結(jié)構(gòu)。它由兩部分組成：盤(pán)旋走廊周?chē)呐_(tái)體和從臺(tái)北壁凹槽向北鋪設(shè)的石圭。臺(tái)體呈方形覆斗狀，四壁采用水磨磚砌成。臺(tái)高9.46米，連臺(tái)頂小房間統(tǒng)一高度12.62米。頂邊長(zhǎng)8米以上，基邊長(zhǎng)16米以上。臺(tái)灣四壁明顯向中心傾斜，收分比例顯示出中國(guó)早期建筑的特點(diǎn)。
明嘉靖七年(公元1528年)修繕時(shí)，臺(tái)頂小室建成。臺(tái)下北壁有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的踏道口，人們可以登上臺(tái)頂。環(huán)形踏道和臺(tái)頂邊緣有1.05米高的階欄和女兒墻，都是磚砌墻，石封頂。為了引導(dǎo)臺(tái)頂和踏道上的雨水，在踏道四角設(shè)置一個(gè)水道孔，水道出水口雕刻成石龍頭狀。在臺(tái)灣北壁的中間，有一個(gè)直通上下的凹槽，它的東部﹑西壁有收分，南壁上下垂直，距石圭南端36厘米。
石圭用來(lái)衡量日影的長(zhǎng)度，所以又稱(chēng)量天尺。其表面采用36方青石板連續(xù)鋪設(shè)，下部為磚基。石圭長(zhǎng)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。水道南端有方形注水池﹔北端有排水池，長(zhǎng)條形，東側(cè)有排水池﹑西兩端鑿有排水孔。池﹑運(yùn)河底面，南高北低，注水后可自灌全運(yùn)河，不用時(shí)可排水。泄水池下部，有受水石座一方，為東西向長(zhǎng)方形，其上亦刻有水槽一周。
中國(guó)著名的天文學(xué)家郭守敬，在元初對(duì)古代的圭表進(jìn)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(cè)影的方法﹑原理在元史·在天文志中有更詳細(xì)的描述。
當(dāng)時(shí)元大都建筑的高表?yè)?jù)記載為銅，圭為石。表面高50英尺，寬2英尺4英寸，厚1英尺2英寸，植于石圭南端的石座，入口和座位14英尺，石圭以上表面高36英尺，表面上端鑄造二龍，龍身半附著在表面，半身凌空引擎6英尺長(zhǎng)﹑三寸厚的橫梁。從梁心到表上端4尺，從石圭到梁心40尺。石圭長(zhǎng)128尺，寬4尺5寸，厚1尺4寸，座高2尺6寸。圭面中心和兩側(cè)均刻有尺度來(lái)測(cè)量影長(zhǎng)。
為了克服表高影虛的缺陷，在測(cè)影過(guò)程中，石圭還增加了一個(gè)根據(jù)針孔成像原理制作的景符，以接受日影和梁影。景符下面是一個(gè)框架，一端有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，軸上嵌有一個(gè)寬2英寸﹑長(zhǎng)4寸﹑穿孔洞銅葉，其勢(shì)南低北高，根據(jù)太陽(yáng)高度調(diào)整角度。
中午，太陽(yáng)穿過(guò)景符北側(cè)的小孔，在圭表面形成一個(gè)小的太陽(yáng)倒影。南北移動(dòng)景符，尋找從表梁上投下的梁影。景符小孔形成的梁影清晰真實(shí)﹑細(xì)若發(fā)絲。梁影平分日像時(shí)，可測(cè)量日影長(zhǎng)度。
登封觀星臺(tái)的直壁和石圭是郭守敬創(chuàng)造高表制度的唯一實(shí)物例證。不同的是，觀星臺(tái)用磚槽直壁代替銅表。實(shí)地勘察計(jì)算后。直壁高度和石圭長(zhǎng)度與《元史》所載的結(jié)構(gòu)大多一致。石圭至直壁上緣高36英尺，從表槽上緣再向上4英尺，即橫梁處，位于小房間窗下緣，非常適合人們?cè)谂_(tái)頂操作。至圭面40尺。模仿橫梁﹑實(shí)測(cè)景符證明觀星臺(tái)的測(cè)量誤差相當(dāng)于太陽(yáng)頂距誤差的1/3角。
除了測(cè)量日影的功能外，觀星臺(tái)上還可能有觀星等設(shè)施。元初進(jìn)行四海測(cè)試時(shí)，在此觀察北極星的記錄，已載入元史·河南府陽(yáng)城，北極出地34度太弱，天文志據(jù)萬(wàn)歷十年(公元1582年)孫承基介紹，太弱是古代的十二分之八。臺(tái)上有滴漏壺，滴下注水，流向尺天。由此可見(jiàn)，觀星臺(tái)是一個(gè)測(cè)影儀﹑觀星、記時(shí)等多種功能的天文臺(tái)。
登封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)、中岳寺、嵩岳寺塔、會(huì)山寺、嵩陽(yáng)書(shū)院、觀星臺(tái)】是古建筑祭祀、科技、教育活動(dòng)的最佳典范之一。
