杆影測時 古人很早就知道﹐直立的標杆影長不斷地隨太陽在天上的位置的不同而變化。看杆影比直接觀測太陽要方便﹐但測時結果是不等時的。《史記‧司馬穰苴列傳》中就有春秋時代“立表下漏”測時的記載。用杆影測時法測定中午的時刻精度很高﹐是中國古代用來校正漏壺計時的主要方法之一。
一般人都知道夏天熱、冬天冷，但並不了解夏熱冬寒的原因。稍微留心的人可能注意到，夏天的中午太陽當頭照耀，冬天中午的太陽卻是斜照我們。而且在十二月下旬時，中午的太陽離頭頂的角度很大；在台灣，太陽幾乎位於離頭頂偏南四十五度的方位。換句話說，在夏天的中午時分，人站在戶外，幾乎沒有日影；但是在十二月下旬時的中午，人的影子卻差不多與身高一樣長。 顯然的，太陽在天上的位置也隨著季節變遷而變化。太陽在最北時稱為夏至，太陽在最南端時稱為冬至。我國古時將太陽由天上最南端開始，繞天一圈後又回到最南端的週期，稱為「回歸年」。我國的農曆至少已有三千多年的歷史，農曆中的年便是以回歸年的週期為依據。 在地面上垂直豎立一根竿子，每天觀察竿影的長度變化，日出時影子很長，隨著太陽昇高而越來越短，太陽昇到最高時竿影最短，隨著太陽偏西竿影又隨之變長。
觀察每天正午的竿影長度，會發現竿影的長度每天不同，呈現規律性的變 化。隨著一天天的觀察，可以發現正午的竿影長度，逐日變短、短、最短，再變最長，再變短……；周期性的在最長與最短之間移動著。 竿影是用來測定太陽在天上的仰角。正午時的竿影越長，表示太陽越低（在台灣地區，太陽偏南）；相反的，正午時的竿影越短，表示太陽越靠近天頂。正午日影漸短,表示太陽在天上日漸偏北，到夏至那天到達最北。由正午竿影的長度變化，可以知道太陽每天都在移動著，由南往北移，移到最北端後，再往南移；一年一個循環。 在台灣地區，除了夏至前後幾天以外，正午時日影都指向正北，這也是定北方的標準方法之一。 當太陽在天上位於最南端的時刻稱為「冬至」。不過，一般人常將「含冬至時刻的這一天」稱為冬至。由於日影最長，測量最方便，誤差也比較小，所以我國曆法都以冬至為一年的起點。 經過長期的觀察，顯示冬至時太陽在天球赤道以南 23.5 度，春分與秋分時太陽在天球赤道上，夏至時則位於天球赤道以北 23.5 度處。 太陽每天東昇西降的路徑，與天球赤道平行。春分與秋分時，太陽沿著天球赤道作周日運動，由圖 3-1 可以看出，地平面剛好將天球赤道這個圓分為兩半，因此晝夜等長。冬至那天，太陽的周日運動路徑，是一個與天球赤道平行的圓，在地平面之上的圓弧要比地平面之下的圓弧短，表示晝短夜長。