从星空到地面：故宫中轴线的几何规划与天文智慧

今天我们修一栋楼，要用到激光测距仪、水平仪和卫星定位等测量技术。

而六百年前，工匠只有竹竿、绳墨和眼睛，他们却在几公里的尺度上，造出了沿着中轴线对称的宫殿。

没有卫星，却能拉出正南正北；没有计算机，却能让几百座殿堂排列得像方格纸一样整齐，这就是故宫的测量黑科技。

仰望星空，丈量大地

要建中轴线，第一件事是找南北。那时的工匠不依赖罗盘定向，纯靠天吃饭。

夜里，他们盯着不动的那颗星，那就是北极星，它几乎就在地球自转的延长线上。

天上有极轴，地上就有中轴。故宫的方向，就是这样从星空里量下来的。

白天再立竿测影，等到正午时影子最短的那一刻，就确定了地上的子午线。古人把太阳当作方位标尺，他们有一种叫圭表的装置，一根竖起来的竿称为表，加上水平的圭，也就是标尺，通过测量正午时影子的最短方向来确定南北子午线，通过影子长度的变化来校准偏差。这就算是当时的天文定向仪了。

白天测影，夜晚观星，一点点修正误差，直到定下来南北。

拉绳子建成的几何宫殿

找到了方向，还得控制比例。工匠们拉线打点，确定柱子的位置，绳子拉得太紧太松，偏个几厘米就得重来，像现在工地上的放线一样精确。故宫的宫殿也不是凭感觉摆的，从午门到太和殿、到乾清宫，之间的距离都遵循比例关系，整座宫城都按照具有模数尺寸来规划，于是故宫成了一座以绳为笔、以数为尺的几何宫殿群。

精准的测量不仅是秩序的体现，还是技术的体现，古人观天测地，不仅是把宇宙的秩序落在城市的版图上，也让建筑的规划更加严谨实用。

工匠用影子测量角度，用星星确定方向，用几何来规划空间。这不仅定下了是文明的坐标，也定下了是城市和建筑的支点。故宫的对称美，记录着古人如何把天上的规律变成了地上的法则，画出一座连接天与地的几何宫殿。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：希卡石板修复小组

审核：北京交通大学建筑与艺术学院 副教授 刘捷 

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司