據史料記載，中國古代有正式祭祀天地的活動，可追溯到公元前兩千年，尚處於在夏朝。中國古代帝王自稱“天子”，他們對天地非常崇敬。歷史上的每一個皇帝都把祭祀天地當成一項非常重要的政治活動。而祭祀建築在帝王的都城建設中具有舉足輕重的地位，必集中人力、物力、財力，以最高的技術水平，最完美的藝術去建造。
明朝永樂皇帝遷都北京以後，在北京南城仿照南京的大祀殿建立了這作用於祭天的聖壇，佔地面積達到了273萬平方米。主建築是大祀殿，也就是今天祈年殿的位置上。天壇有外壇牆和內壇牆，北面是圓形，南面是方形，取意天圓地方。在一開始，祭天和祭地都是天壇，直到明嘉靖年間在北城修建了地壇，才分開的，並且新增了圜丘壇，用於孟冬祭天，把原來的大祀殿改為大享殿，專門用於孟春祈谷，當時殿宇屋頂已經是三重簷了，從上至下的藍黃綠三色瓦分別代表了天地萬物。而在乾隆年間，有將大享殿改為現在的祈年殿，而將屋頂瓦片都改成了藍色的琉璃瓦。從而形成了今天我們所看到的這個世界上最大的祭天建築群。
圜丘有兩道圍護牆，使外方內圓，符合天圓地方的說法。每道牆都有四組欞星門，從東面依次是泰元、昭亨、廣利、成貞，每組三門，共有24座，稱為“雲門玉立”。欞星門的大小都不一樣，這是因為中門是上帝專用的，所以高大;皇帝只能從左側的門進入;而其他的官員只能從右邊最小的門通過。而門外的一座平臺就是皇帝在祭天大典之前更換祭服和盥洗的地方，叫做具服臺。壇上所有的臺階數，護板數都是九或者九的倍數。每登上一層，都要有9層臺階，檯面上的石板中間的叫做天心石，外圍第一圈砌著9圈巨大的扇形石板，第二圈18塊，以此類推，到了最外邊的第九圈正好是81塊;而大家抬頭就可以看到的圍護板被四面臺階分為四個部分，每個部分也都有9塊，而中層的圍護板是18塊，下層的是27塊，這些難道都是巧合麼?當然不是，因為根據陰陽五行來說，9是極陽數，所以古代的工匠便用這個數字來賦予圜丘臺意念上的崇高。
到了每年的冬至，皇帝就要在這裡祭天。在大典前兩天，皇帝要在故宮裡進行齋戒，而到了第三天，也就是冬至前一天，就要到天壇的齋宮進行齋戒。冬至那天，在日出前七刻，現在的凌晨四點多，奏報時辰，皇帝起駕，齋宮東北角的鐘樓開始鳴鐘。到具服臺盥洗更衣，神牌都送到檯面相應的位置，也就是七組神位，稱作七幄;在圜丘前燔柴爐上放一隻牛犢，用松枝燔燒，西南的望燈杆望燈高懸，點燃蟠龍通宵寶蠟，臺南廣場上排列著奏樂隊，配合著中和韶樂，在文武百官的陪同下，祭天大典就正式開始了，皇帝由南欞星左門登壇，這時鐘聲停止，到了第二層南側拜位站好後，聽候司贊人報儀程。恭讀至皇天上帝的祝文。禮儀結束以後，要將神位前的貢品分別送到燔柴爐(從正位幄次撤下的祭品再次焚燒，皇帝也要一旁恭立目視，稱為望燎)和燎爐(圜丘壇共有12座燎爐，在瘞坎北側，從東向西排列著8個;內圍護牆東西欞星門外各有一對。從配位幄次車下的祭品分別送到8個燎爐內焚燒，而四個從位幄次的祭品送到欞星門處)焚燒，煙霧騰空，象徵著送到天庭。而後還要將牛尾、牛毛、牛血送到瘞坎掩埋，象徵不忘祖先茹毛飲血之意。在這個典禮上，需要特別提到的是皇帝恭讀祝文所站立的地方，就是剛才所說的檯面中心天心石。他是天壇三大聲學現象之一。在這裡朗讀的時候聲音特別洪亮，而且現在也是一樣的。
天庫，它的正殿就是皇穹宇。皇穹宇建於明嘉靖九年，起初叫做泰神殿，到了十七年，改名為現在的皇穹宇，它的作用就是在平日存放圜丘壇祭祀主神的地方，所以這裡也叫圜丘壇寢宮。殿內正面的圓形石臺上安放的就是皇天上帝的神牌，而前邊兩側的四個方形石臺上安放的則是八位祖先神主，還有東西配殿用來存放從祀神位。而皇穹宇三個字也分別代表了至高無上，天，宇宙的意思，更加顯示出它的神聖和至尊。它是一座建築藝術價值非常高的殿宇，總體呈圓形，下邊是高2.85米的圓形須彌座，為青白石築成，有東南西三個方向的出陛，也就是臺階，而在南向出陛還有二龍戲珠的丹陛石，上邊是藍色筒瓦單簷攢尖鎏金寶頂。而在殿內還有八根簷柱和八根金柱，大殿上架沒有橫樑承託，全都是靠各類斗拱層層上疊來支撐，步步收縮，從而形成了精美的穹隆圓頂。這裡邊還運用了物理學中的槓桿原理。
這組建築不僅十分精美，而且還有迴音壁和三音石，這和剛才我們說的天心石合稱天壇三大聲學現象。迴音壁就是皇穹宇的外牆，圍牆建造的磨磚對縫，十分的平滑，是很好的聲音載體，可以傳聲，在傳遞途中對聲音損失極小，只要對著牆說話，就算相隔四五十米，見不到面，都可以清晰的聽到對方說話。而三音石則是皇穹宇大殿正前方的三塊石頭，您站在第一塊石頭上拍手可以聽到一次迴音，第二塊石頭可以聽到兩次，而第三塊就可以聽到三次迴音，所以稱為三音石。在後來也有人把它叫做三才石，取天地人三才的意思。
天壇有非常多的柏樹，它就好像北京一個天然的氧吧。而在這許多古柏當中，有一株500餘歲的檜柏，就是迴音壁西牆外的九龍柏。它的樹幹紋理非常的奇特，佈滿了溝壑，而且旋轉扭曲，好像9條蟠龍纏繞嬉戲，所以叫它九龍柏真是一點也不過分。
走進祈谷壇，過丹陛橋，也叫做海墁大道，而它也是皇帝登上祈谷壇的唯一通道，長360米，橋面上分為三條道，中間的是神道，東邊是御道，西邊的就是王道。而它作為通道為什麼又要稱為橋呢?這有兩種說法，一種是說路面南低北高，步步高昇，好像與天相連接的橋;而另一種就是說路面下邊建有進牲門，類似立交橋，所以稱之為橋。說到進牲門，就是在祭祀前，牛羊都要通過橋下的一個券門被趕到500米外的宰牲亭宰殺，製成供品，所以這個通道也被叫做鬼門關，因為一進去就有死無生了。具服臺，在每年孟春祈谷祭祀之前，皇帝照例還是要來到這裡搭建幄次，盥洗更衣，所以這裡還有小金殿之稱。
祈谷壇的主體建築祈年殿，祈年殿下的基座是三層的圓形石臺，而在正面三層石臺階中，分別裝飾著巨大的浮雕，叫做殿前丹陛石雕。從下之上內容分別是：瑞雲山海，雙鳳山海，雙龍山海。各層排水孔的圖案和浮雕的內容也是對應的。東西兩旁的配殿個有九間，原來是安放從祀牌位的地方，不過在嘉靖年間，把它們挪到了先農壇，所以現在這裡也就沒有什麼實際用途了。而祈年殿本身就是一座極具中國特色的獨特建築。圓形三重簷攢尖屋頂向上層層收縮，都是用藍色的琉璃瓦覆蓋，以此來象徵天。頂部是鎏金寶頂，抬頭仰視，便是龍鳳藻井，中心是龍鳳成祥的圖案。而巨大的三層殿頂就是靠殿內的28根落地柱支撐的，中間的四柱名叫龍井柱，東南西北方向分別代表了春夏秋冬;而龍井柱外圍的12個紅漆金柱所分割出來的12個開間，則分別代表了一年的12個月份;外面兩環的24個開間有分別代表了一年的24個節氣;同時，這28根大柱，也代表了天上的28個星宿。據說這祈年殿是仿照古代明堂設計建造的。
和每年的祭天一樣，這裡是用來祈谷的地方。在祭祀的當天，有樂隊在殿外月臺上奏樂，身穿祭服的皇帝虔誠步入神殿，向牌位行大禮，祈禱上蒼，然後把供品送到祈年門外東邊的燔柴爐和燎爐焚燒，送上天宮。祈谷禮節和祭天的差不多。
從祈谷壇的東門出來，可以看到一條連簷通脊的長廊，共有七十二間，俗稱七十二連房，它不僅用來連接神廚神庫，而且也是祭祀時運送祭品的通道，在長廊的東頭，就是宰牲亭，就是前面所說過了鬼門關的牲畜要道這裡來屠宰。而在長廊的東南方向，有八塊巨大的青石，稱為七星石，都是風水鎮石。可是這裡命名有八塊石頭為什麼叫七星呢?原來明代在這裡放的的確是七塊石頭，而最小的那一塊則是清代增添上的。關於七星石的說法每個朝代都不同。在明代，有個道士和皇帝說祈年殿的方位不好，不利於國家，所以就在這裡放了象徵著北斗七星的七塊石頭。而在清代，康熙皇帝為了給滿族愛新覺羅氏尋找從東北如主中原的理論依據，就派人考察山脈，發現泰山是長白山的餘脈，所以就在原來七塊石頭的東北方有放了一小塊兒青石，象徵東北長白山，如果按這種說法，那八塊石頭就應該叫做七峰東嶽。
在封建社會後期營建的天壇，是中國眾多祭祀建築中最具代表性的作品。天壇不僅是中國古建築中的明珠，也是世界建築史上的瑰寶。
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