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河北邢台元代科学家 郭守敬

作者:不详来源:邢台网2020-05-30

创制仪器

我国古代以农为本,农事与历法密切相关。元朝初年,沿用金朝的重修《大明历》,误差日增,“前日中秋节,今霄月方圆”,尤其严重的是连农事活动所遵循的二十四节气的推算也失准,影响了农业生产,在人民生活中也造成了某些紊乱。为此,重新修改历法已是迫切需要的。

对历法的改革,刘秉忠曾上书忽必烈,只因当时元朝统一中国的战争尚在进行,难以实现。不久刘秉忠去世了。1276年,元军攻陷南宋国都临安,至此,长江南岸全部归顺元朝,天下一统。这时,忽必烈才采纳刘秉忠改制历书的建议,在北京设立太史局,由张文谦、张易牵头领导,王恂、郭守敬等具体负责新历的编算工作。

改历之初,郭守敬首先指出:“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表”。他曾焚毁阴阳伪书,破除迷信,坚持科学态度,集中精力研制新的观测仪器,并本着简化、实用两条原则,在1276年—1279年间,先后研制出简仪、高表、候极仪、浑天象、仰仪等十八种天文仪器。《元史·天文志》称这些仪器“臻于精秒,卓见绝识,盖有古人所未及者”。其中最重要的是简仪和高表。

高表,是在我国传统八尺圭尺的基础上,增高5倍,又称四丈高表。河南登封告城镇的观星台,就是郭守敬亲自设计,主持建造的建筑式高表,它是用来观测日影长短,推算回归年长度和二十四节气时刻的天文观测仪器。简仪是一大创造,它是在我国传统观天仪器浑仪的基础上,创制的一种新型的观天仪器,在结构上属于赤道坐标系。

因此,郭守敬又是赤道装置的创始人。简仪比1598年丹麦天文学家第谷制造的同类仪器早300余年。明末来中国的德国传教士汤若望曾赞扬郭守敬为“中国的第谷”。另外,郭守敬还创制了玲珑仪、宝山漏、大明殿灯漏、屏风香漏、行漏等多件天文观测、计时仪器。

四海测验

为了提高新历法的精密程度,在仪器研制工作即将完成时,王恂、郭守敬联名上书忽必烈,提出重建司天台(即天文台)。忽必烈采纳了他们的意见,改太史局为太史院(即北京司天台)。大都司天台不仅建筑宏伟,设备完善,而且网罗人才众多,是当时世界上最大的天文台。

1279年,郭守敬又上书忽必烈,要求在全国建立天文观测站进行长期观测。上奏时间从早晨到傍晚,忽必烈细心倾听,兴致勃勃,十分赞赏。于是立即派十四名监候官,分几路出发,在“东至高丽(今朝鲜),西极滇池(今云南),南逾朱崖(今西沙附近),北尽铁勒(今俄罗斯的东西伯利亚)”的广大区域内,设立了二十七个测量所(即天文观测站),分别测量当地冬至和夏至日影长度、昼夜时刻数及北极出地高度。这就是著名的四海测验。郭守敬对这次观测进行了总体规划,合理布局,科学选择观测站的位置。他为了掌握第一手资料,跋涉千里,领导了大都——河南——南海方面的实施观测工作。通过长期的天文观测,得到了大量、精密的天体运行相关数据,为编制新历法创造了条件。

编制历法

编历工作从1276年开始,到1280年,经过了四年多时间完成。忽必烈取“敬授民时”之意,为新编历法赐名《授时历》。1281年正月初一,新历法正式在全国颁布实行。它虽然是多数人的集体创作,但郭守敬却是担任了主要的工作,起了决定的作用。

《授时历》有许多独到之处,它采用的一些数据,由实际观测得出,其精密程度,堪称当时世界之最。《元史》称:“郭守敬等遍考历书四十余家,昼夜测验,创立新法,参以古制,推算极为精密”。比如它测定一回归年长度为365.2425日,与现在通行的《格里历》(即公历)回归年数值一致,但《格里历》颁布于1582年,比《授时历》晚了301年。

郭守敬等人创立了相当球面三角公式的算法,用于计算天体的黄道坐标和赤道坐标及其相互换算;创立了三次差内插法,使天体位置算得更精确,比世界著名科学家牛顿提出的同类公式早396年。还废除了历代编算历书中的分数计算,采用百进位制,使计算工作大为简化。由于郭守敬等人的开创性工作,使得《授时历》成为我国古代最优秀的历法,它从元初一直使用到清初,长达364年之久,并且还传到朝鲜和日本等国。

大都治水

1291年,郭守敬年逾花甲,又转而从事水利建设。当时民间传说,滦河自开平至永平河段,泸沟河自麻峪至寻麻林河段,加以整治疏浚后,即可通行船只。元世祖一时不能决断,便委派太史令郭守敬去考察。郭守敬沿两河的新旧水道,仔细勘测后,认为,两条河道流域面积小,降雨量少,即使投入大量人力挖深河道,也会因缺乏水源,难以通行船只,建议元世祖忽必烈放弃这一计划。郭守敬的真知灼见,避免了一次劳民伤财的大浪费,元世祖深为赞赏。与此同时,郭守敬建议开挖北京至通县的运河,这样可把通过南北大运河从江浙运到通县的官粮,直接运到北京城。

以前,从通县到北京,全靠陆运,花费大量金银不说,而且一遇大雨陆运非常困难。牲畜死伤,不计其数。元世祖采纳郭守敬建议,令“当速行之”。经过两年挖凿,1293年,运河通航,长26公里。为了解决运河的水源问题,郭守敬不辞劳苦,走遍大都西北郊,查勘地形,寻找水源,选择路线,最后他选择了大都西北昌平神山脚下白浮、一亩等十多处泉水作为水源。为使泉水顺利引入大都城,他设计出一条沿西山山麓长达30公里的河渠,即著名的“白浮瓮山河”。

为防止引水东泄,郭守敬设计在河渠东岸修筑了一条大堤,史称“白浮堰”,这样将西山大部分地面水和地下水引入河渠。大致沿着50米等高线平稳顺利引入瓮山泊,再注入大都城内的积水潭。使南来的船只一路北上直达大都城内积水潭。运河开通后,元世祖从上都返回北京,见到积水潭上“舳舻蔽水”,盛况空前,十分高兴,欣然亲自赐名为“通惠河”。

著书立说

郭守敬博学多识,才华横溢。一生中,他不仅脚踏实地做了大量实际工作,并且还呕心沥血写了大量科学巨著。

1280年,在《授时历》刚刚编制完成,王恂去世。但历书编算公式、计算方法及其精化工作,还没有最后定稿。郭守敬随即竭尽全力,精心整理,编成了《推步》七卷、《立成》二卷、《历议拟稿》三卷、《转神选择》二卷、《上中下三历注式》十二卷等二十六卷天文著述。1286年,郭守敬继为太史令,仍埋头研究天文、整理资料,续著《仪象法式》二卷、《时候笺注》二卷、《修改源流》二卷、《二至晷景考》二十卷、《五星细行考》五十卷、《古今交食考》一卷、《新测二十八舍杂座诸星入宿去极》一卷、《新测无名诸星》一卷、《月离考》一卷等七十九卷。著书总共一百零五卷。当郭守敬把这些历稿上奏朝廷后,即被全部深藏于宫庭以内。由于封建社会的禁锢,可惜的是,致使这些灿烂的科学文化大多失传了。但郭守敬孜孜不倦,勤奋好学的精神却永远流传民间。

1316年,为祖国的科学事业辛劳了大半生的郭守敬去世了,享年八十六岁。他的遗体归葬故乡邢台。邢台城西北三十里,曾有郭守敬墓。郭守敬的一生,是勇于探索,在科学事业上不断做出贡献的一生。他的辉煌成就,将永远为我中华民族所骄傲;他那科学精神将永远激励后人。

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