觀星臺(tái),位于河南省登封市東南7.5公里的告城鎮(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(yáng)城所在地。前后院落共分照壁、山門(mén)、垂花門(mén)、周公測(cè)影臺(tái)、大殿、觀星臺(tái)、 螽斯殿等七進(jìn),院內(nèi)復(fù)制安裝各種天文儀器十多種。觀星臺(tái)是我國(guó)現(xiàn)存時(shí)代早、保護(hù)較好的天文臺(tái),是世界上最早的天文建筑之一,1961年3月4日國(guó)務(wù)院公布為全國(guó)第一批重點(diǎn)文物保護(hù)單位。
觀星臺(tái)建于元代至元十三年,公元1276年,距今己有700年的歷史,它是我國(guó)現(xiàn)存最古老的天文臺(tái)。是世界上現(xiàn)存較早天文科學(xué)建筑物,元世祖忽必烈統(tǒng)一中國(guó)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(jìn)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(cè)量,在全國(guó)二十七個(gè)地方建立了天文臺(tái)和觀測(cè)站,登封觀星臺(tái)就是當(dāng)時(shí)的中心觀測(cè)站.經(jīng)過(guò)幾年的辛勤觀測(cè)推算,終于在18年(公元1218年)編制出當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的歷法——《授時(shí)歷》!妒跁r(shí)歷》求得的回歸年周期為36.2425日,合365天5時(shí)49分12秒,與當(dāng)今世界上許多國(guó)家使用的陽(yáng)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(shí)歷》晚三百年。與現(xiàn)代科學(xué)推算的回歸年期相比,《授時(shí)歷》僅差26秒。
觀星臺(tái)是一座高大的青磚石結(jié)構(gòu)建筑,由臺(tái)身和量天尺組成,臺(tái)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(tái)不僅保存了我國(guó)古代圭表測(cè)影的實(shí)物,也是自周公土圭測(cè)影以來(lái)測(cè)影技術(shù)發(fā)展的高峰,它反映了我國(guó)天文科學(xué)發(fā)展的卓越成就,對(duì)于研究我國(guó)天文史和建筑史都具有很高的價(jià)值。各種天文儀器:沈括浮漏,正方案,仰儀,景符,日晷,觀星臺(tái)現(xiàn)為對(duì)外開(kāi)放的文物旅游景點(diǎn)。
中國(guó)古代天文觀測(cè)臺(tái)坐落在河南省登封縣城東南15公里的告成鎮(zhèn)北,東經(jīng)113°08306±315,北緯34°24169±13。中國(guó)歷代許多天文學(xué)家曾到這里進(jìn)行過(guò)天文觀測(cè)!吨芏Y·地官·司徒》載:“以土圭之法,測(cè)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(shuō):“土圭之長(zhǎng),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(yáng)城地為然。”今觀星臺(tái)南20米處,尚保存有唐開(kāi)元十一年(公元723年)由天文官南宮說(shuō)刻立的紀(jì)念石表一座,表南面刻“周公測(cè)景臺(tái)”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(cè)景說(shuō)相近。
現(xiàn)存觀星臺(tái)創(chuàng)建于元朝初年,距今約七百年。它不僅是中國(guó)現(xiàn)存最早的天文臺(tái)建筑,也是世界上重要的天文古跡之一。觀星臺(tái)系磚石混合建筑結(jié)構(gòu),由盤(pán)旋踏道環(huán)繞的臺(tái)體和自臺(tái)北壁凹槽內(nèi)向北平鋪的石圭兩個(gè)部分組成,臺(tái)體呈方形覆斗狀,四壁用水磨磚砌成。臺(tái)高9.46米,連臺(tái)頂小室統(tǒng)高12.62米。頂邊各長(zhǎng)8米多,基邊各長(zhǎng)16米多,臺(tái)四壁明顯向中心內(nèi)傾,其收分比例表現(xiàn)出中國(guó)早期建筑的特徵。臺(tái)頂小室是明嘉靖七年(公元1528年)修葺時(shí)所建。臺(tái)下北壁設(shè)有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)踏道口,人們可以由此登臨臺(tái)頂。在環(huán)形踏道及臺(tái)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(tái)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(tái)的北壁正中,有一個(gè)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(lái)度量日影長(zhǎng)短,所以又稱(chēng)“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(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。水道南端有注水池,呈方形﹔北端有泄水池,呈長(zhǎng)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(shí)水可排出。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·天文志》中有較詳細(xì)的記述。當(dāng)時(shí)建筑在元大都的高表?yè)?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(zhǎng)﹑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(zhǎng)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(cè)量影長(zhǎng)。為了克服表高影虛的缺陷,測(cè)影時(shí),石圭上還加置一個(gè)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(jī)軸,軸上嵌入一個(gè)寬 2寸﹑長(zhǎng)4寸﹑中穿孔竅的銅葉,其勢(shì)南低北高,依太陽(yáng)高下調(diào)整角度。正午時(shí),太陽(yáng)光穿過(guò)景符北側(cè)上的小孔,在圭面上形成一很小的太陽(yáng)倒像。南北移動(dòng)景符,尋找從表端橫梁投下的梁影。這條經(jīng)過(guò)景符小孔形成的梁影清晰實(shí)在﹑細(xì)若發(fā)絲。當(dāng)梁影平分日像時(shí),即可度量日影長(zhǎng)度。
登封觀星臺(tái)的直壁和石圭正是郭守敬所創(chuàng)高表制度的僅有的實(shí)物例證。所不同的是,觀星臺(tái)是以磚砌凹槽直壁代替了銅表。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)推算。直壁高度和石圭長(zhǎng)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?cè)谂_(tái)頂操作。由此至圭面為40尺。通過(guò)仿制橫梁﹑景符進(jìn)行實(shí)測(cè),證明觀星臺(tái)的測(cè)量誤差相當(dāng)于太陽(yáng)天頂距誤差1/3角分。
除了測(cè)量日影的功能之外,當(dāng)年的觀星臺(tái)上可能還有觀測(cè)星象等設(shè)施。元初進(jìn)行“四海測(cè)驗(yàn)”時(shí),在此地觀測(cè)北極星的記錄,已載入《元史·天文志》中:“河南府陽(yáng)城,北極出地三十四度太弱。”(“太弱”為古代一度的十二分之八)又據(jù)明萬(wàn)歷十年(公元1582年)孫承基撰《重修元圣周公祠記》碑載:“磚崇臺(tái)以觀星。臺(tái)上故有滴漏壺,滴下注水,流以尺天。”由此可知觀星臺(tái)當(dāng)是一座具有測(cè)影﹑觀星和記時(shí)等多種功能的天文臺(tái)。
中華人民共和國(guó)成立以后,對(duì)觀星臺(tái)臺(tái)體和有關(guān)文物進(jìn)行了加固維修。1961年,國(guó)務(wù)院規(guī)定登封觀星臺(tái)為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。