在《周髀算经》全书中,讲到各种天文观测,竟然都是依靠同一种仪器来完成的,而且这种仪器简单之至——只是一根长八尺的竿,垂直立于地面而已。
这仪器在《周髀算经》中有时就称为“竿”,有时又称为“周髀”,但大多数情况下称为“表”。
由于测量时要看它在阳光下投在地面上的影长(也可利用系在它顶端的细绳,对太阳以外的天体,比如恒星,进行观测,由人目、表顶、天体的三点一线,也能获得地面上的“影长”),而影与表身正成直角,于是可以利用勾股定理,将地面之影称为勾,将表本身视作股。“周髀”之名即由此而来:
髀就是股,而股代表八尺之表,故“周髀”意即“周地之表”,因为全书中的测量,都是假定在周地(绝大部分情况下可以理解为雒邑)进行的。地面之影在书中有时称为“影”,有时又称“晷影”,但最全面的称呼是“勾”,如“候勾六尺”“勾之损益寸千里”等,因为这包含了被测天体为太阳和为其他恒星等各种情况,而“晷”或“晷影”是专指太阳投下的表影而言的。
《周髀算经》中所用的这种八尺之表,后世长期沿用。考虑到地面上的影长需要精确读取,后来就将一把水平的尺(上有刻度)与表制作成一体,这水平尺称为“圭”,整个仪器就称为“圭表”。这样,使用起来就更方便,只要将圭放在正南北方向,在圭面上直接读取表影长度即可。
这种圭表实物,目前尚有遗存。比较著名的有江苏仪征东汉墓出土的小型铜圭表,以及现仍保存在南京紫金山天文台上的明代大型青铜圭表。前者因形制甚小,有学者认为可能是随葬明器,并非实际使用之物(形制小则刻度和读数都难以精确,因而缺乏实用价值)。后者在清代曾被改造,加高了原表使之成为10尺,又在圭的北端加了“立圭”,但仍不失为古代中国圭表的典型代表。