古人主要依靠圭表（日晷的一种特殊形式）来测定夏至这个节气。夏至是正午太阳高度最高、日影最短的一天，这是其最核心的天文特征。测定方法如下：
核心原理：观测正午影长
- 圭表由一个直立的表（通常是高杆或石柱）和一个水平放置的圭（带有长度刻度的尺子）组成。
- 每天正午时分（太阳位于正南方最高点时），测量表的影子投射在圭尺上的长度。
- 由于地球公转轨道和黄赤交角的存在，太阳直射点在一年中会在南北回归线之间移动，导致同一地点正午太阳高度角和表影长度发生周期性变化。
识别夏至的关键：寻找最短日影
- 冬至：太阳直射南回归线，北半球正午太阳高度最低，表影最长。
- 夏至：太阳直射北回归线，北半球正午太阳高度最高，表影最短。
- 古人通过长期、连续地观测和记录每天正午的表影长度，就可以发现影长变化的规律。
- 当观察到某一日的正午影长比前一天更短，但随后的日子里影长又开始变长时，那么影长最短的那一天就被认定为夏至日。
实际操作与挑战：
- 精确确定正午： 需要准确判断太阳到达正南方的时刻。古人会借助简单的天文观测方法（如立竿见影法）或使用漏刻（水钟）等计时工具来辅助确定正午。
- 精确测量影长： 需要精细的圭尺刻度。早期可能使用绳结、刻度尺等方式标记。随着技术进步，刻度越来越精细。
- 微小变化： 在夏至日前后几天，影长的变化非常微小（每天可能只变化几毫米甚至更少），肉眼难以分辨。这需要：
- 长期积累经验： 通过多年观测，了解影长变化的规律和范围。
- 高精度圭表： 表越高，影子越长，微小的角度变化会导致更明显的长度变化，更容易观测。例如元代郭守敬在登封建造的观星台，其圭表高度超过12米，大大提高了测量精度。
- 多次观测与记录： 连续多天甚至多周进行观测记录，绘制影长变化曲线，找出最小值点（夏至）。
- 辅助方法： 有时会结合其他天文现象（如特定星宿的位置）或物候现象（如蝉始鸣）来辅助判断夏至的来临。
历史记载与意义：
- 《周礼·春官·冯相氏》记载：“掌十有二岁，十有二月，十有二辰……辨其叙事，以会天位。冬夏致日，春秋致月，以辨四时之叙。”这里的“冬夏致日”就是指通过圭表测量冬至和夏至的日影。
- 《后汉书·律历志》详细记载了利用圭表测量日影确定冬至和夏至，并计算回归年长度（365又1/4日）的方法。
- 准确测定夏至（和冬至）对于古代历法至关重要：
- 确定回归年长度（太阳连续两次通过春分点或冬至点的时间间隔）。
- 划分二十四节气，尤其是确定“四立”（立春、立夏、立秋、立冬）和“二至二分”（春分、秋分、夏至、冬至）这些关键节点。
- 指导农业生产（安排播种、收获）。
- 进行国家祭祀（如明清两代皇帝在夏至日会举行“祭地”大典）。
总结：
古人测定夏至的核心方法，就是利用圭表持续观测正午时分的日影长度。通过寻找一年中正午日影最短的那一天，并结合长期积累的观测数据和经验，辅以计时工具和其他天文或物候现象的参考，最终确定夏至到来的具体日期。这种基于圭表的日影观测，是中国古代天文学最重要的成就之一，为精确历法的制定和农业生产提供了科学依据。元代郭守敬建造的高表（观星台），更是将这种方法的精度推向了顶峰。
