古人主要依靠圭表（日晷的一種特殊形式）來測定夏至這個節氣。夏至是正午太陽高度最高、日影最短的一天，這是其最核心的天文特征。測定方法如下：

核心原理：觀測正午影長

• 圭表由一個直立的表（通常是高桿或石柱）和一個水平放置的圭（帶有長度刻度的尺子）組成。
• 每天正午時分（太陽位于正南方最高點時），測量表的影子投射在圭尺上的長度。
• 由于地球公轉軌道和黃赤交角的存在，太陽直射點在一年中會在南北回歸線之間移動，導致同一地點正午太陽高度角和表影長度發生周期性變化。

識別夏至的關鍵：尋找最短日影

• 冬至：太陽直射南回歸線，北半球正午太陽高度最低，表影最長。
• 夏至：太陽直射北回歸線，北半球正午太陽高度最高，表影最短。
• 古人通過長期、連續地觀測和記錄每天正午的表影長度，就可以發現影長變化的規律。
• 當觀察到某一日的正午影長比前一天更短，但隨后的日子里影長又開始變長時，那么影長最短的那一天就被認定為夏至日。

實際操作與挑戰：

• 精確確定正午： 需要準確判斷太陽到達正南方的時刻。古人會借助簡單的天文觀測方法（如立竿見影法）或使用漏刻（水鐘）等計時工具來輔助確定正午。
• 精確測量影長： 需要精細的圭尺刻度。早期可能使用繩結、刻度尺等方式標記。隨著技術進步，刻度越來越精細。
• 微小變化： 在夏至日前后幾天，影長的變化非常微小（每天可能只變化幾毫米甚至更少），肉眼難以分辨。這需要：
  • 長期積累經驗： 通過多年觀測，了解影長變化的規律和范圍。
  • 高精度圭表： 表越高，影子越長，微小的角度變化會導致更明顯的長度變化，更容易觀測。例如元代郭守敬在登封建造的觀星臺，其圭表高度超過12米，大大提高了測量精度。
  • 多次觀測與記錄： 連續多天甚至多周進行觀測記錄，繪制影長變化曲線，找出最小值點（夏至）。
  • 輔助方法： 有時會結合其他天文現象（如特定星宿的位置）或物候現象（如蟬始鳴）來輔助判斷夏至的來臨。

歷史記載與意義：

• 《周禮·春官·馮相氏》記載：“掌十有二歲，十有二月，十有二辰……辨其敘事，以會天位。冬夏致日，春秋致月，以辨四時之敘。”這里的“冬夏致日”就是指通過圭表測量冬至和夏至的日影。
• 《后漢書·律歷志》詳細記載了利用圭表測量日影確定冬至和夏至，并計算回歸年長度（365又1/4日）的方法。
• 準確測定夏至（和冬至）對于古代歷法至關重要：
  • 確定回歸年長度（太陽連續兩次通過春分點或冬至點的時間間隔）。
  • 劃分二十四節氣，尤其是確定“四立”（立春、立夏、立秋、立冬）和“二至二分”（春分、秋分、夏至、冬至）這些關鍵節點。
  • 指導農業生產（安排播種、收獲）。
  • 進行國家祭祀（如明清兩代皇帝在夏至日會舉行“祭地”大典）。

總結：

古人測定夏至的核心方法，就是利用圭表持續觀測正午時分的日影長度。通過尋找一年中正午日影最短的那一天，并結合長期積累的觀測數據和經驗，輔以計時工具和其他天文或物候現象的參考，最終確定夏至到來的具體日期。這種基于圭表的日影觀測，是中國古代天文學最重要的成就之一，為精確歷法的制定和農業生產提供了科學依據。元代郭守敬建造的高表（觀星臺），更是將這種方法的精度推向了頂峰。