郭守敬（1231—1316 年），字若思，刑州刑臺(tái)縣（今河北刑臺(tái)縣）人，元代杰出的天文學(xué)家和水利工程學(xué)家，在地理學(xué)、機(jī)械工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)也有突出的成就。他發(fā)明和創(chuàng)造了許多當(dāng)時(shí)處于世界領(lǐng)先地位的天文儀器，為中國(guó)乃至世界天文學(xué)的發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。他組織研究制定的《授時(shí)歷》，以 365.2425 日為一年，與地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間僅差 26 秒，比現(xiàn)行公歷早了近三百年。明朝時(shí)來(lái)中國(guó)的德國(guó)傳教士湯若望曾尊稱郭守敬為“中國(guó)的第谷”。

　　科學(xué)奇才 水利專家

　　受學(xué)于名士劉秉忠門下 3 年。在劉秉忠的學(xué)生中，還有一個(gè)叫王恂的少年，他比郭守敬少四、五歲，后來(lái)多年與郭守敬為同事，是我國(guó)歷史上出類拔萃的數(shù)學(xué)家。郭守敬在少年時(shí)代就顯露出了敏銳的觀察力和超人的科學(xué)才能。大約在十五、六歲時(shí)，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，郭守敬得到了一份《 石本蓮花漏圖》，郭守敬憑其聰明才智熟練掌握了蓮花漏的制造方法和工作原理，并照?qǐng)D復(fù)制了一臺(tái)蓮花漏。郭守敬 20 歲時(shí)，擔(dān)負(fù)了設(shè)計(jì)修復(fù)邢州石橋的重任。郭守敬經(jīng)過(guò)仔細(xì)的勘查后便很快制定出了修橋方案。僅用了 40 天的功夫就修復(fù)了石橋。年輕的郭守敬所顯露出來(lái)的科技才能引起了很多人的注意和贊揚(yáng)。1262 年（中統(tǒng)三年），劉秉忠的密友張文謙向忽必烈推薦了郭守敬。忽必烈在開平府接見了郭守敬。郭守敬北上應(yīng)召時(shí)，把剛鑄好的一套蓮花漏運(yùn)到燕京，取名為“ 寶山漏”，獻(xiàn)給了忽必烈。這套計(jì)時(shí)器構(gòu)造精巧，水流均勻，計(jì)量時(shí)間很準(zhǔn)確，后來(lái)成為元代司天臺(tái)（即國(guó)立天文臺(tái)）的計(jì)時(shí)工具。元朝政府最初任命郭守敬為提舉諸路河渠，后升任為都水少監(jiān)，負(fù)責(zé)主管水利。郭守敬根據(jù)自己的勘查結(jié)果，針對(duì)當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，向忽必烈呈交了六項(xiàng)治理河水發(fā)展灌溉運(yùn)輸?shù)慕ㄗh。由于郭守敬的這些計(jì)劃是在實(shí)地勘探的基礎(chǔ)上制定出來(lái)的，因此，元世祖忽必烈十分欣賞。

　　1263 年，郭守敬被提升為佩帶銀符的副河渠使，開始把自己治水理治與計(jì)劃付諸于實(shí)踐。1264 年（蒙古至元元年），張文謙以中書左丞出任西夏中興等路行省長(zhǎng)官，郭守敬便又隨張文謙赴任，投入了修復(fù)西夏沿河古渠的工作。不到一年時(shí)間，西夏古渠的修復(fù)得以完成。郭守敬在西夏時(shí)還溯流而上，探尋黃河河源。雖然史籍上沒有具體記載這次探險(xiǎn)的結(jié)果，但實(shí)際上郭守敬是探尋黃河河源的第一人。1275 年（元至元十二年），郭守敬奉命踏勘黃淮平原，調(diào)查通航路線，相機(jī)建立水站。他在孟津以東沿黃河故道進(jìn)行了艱苦細(xì)致的考察，凡經(jīng)過(guò)地區(qū)都繪了地圖，并附以文字說(shuō)明。在這次實(shí)地勘測(cè)中，郭守敬第一次創(chuàng)造性地運(yùn)用海拔這一重要的地理學(xué)和測(cè)量學(xué)概念來(lái)比較從大都到汴梁地區(qū)地勢(shì)的高低，這是他為我國(guó)乃至世界人文科學(xué)做出的又一大貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的考查后，郭守敬規(guī)劃出了中原地區(qū)五條河渠干線。郭守敬的詳細(xì)籌劃報(bào)告得到了元世祖忽必烈的贊同，就在此后不久，郭守敬出任工部郎中，仍舊負(fù)責(zé)河工水利，但郭守敬把更多的精力投入到了研究歷法、制造天文儀器方面。  中學(xué)生科技網(wǎng) http://m.lgmparts.com

　　公元 1262 和 1266 年，郭守敬曾兩次負(fù)責(zé)興修大都至通州的運(yùn)河，但都沒有成功。1291 年（至元二十八年），郭守敬又以太史令之職兼管都水監(jiān)事務(wù)，全身心投入了興修大都運(yùn)糧河道的新計(jì)劃，這時(shí)他已是年愈 60 的老人了。郭守敬認(rèn)真總結(jié)了前兩次失敗的教訓(xùn)，重新擬定了施工方案。從 1291 年春到 1292 年秋，僅用一年半的時(shí)間一條 160 里長(zhǎng)的運(yùn)河及其全部配套工程就峻工了，這就是著名的通惠河。通惠河的修建成功，不僅元代的漕運(yùn)糧食大為方便，而且也極大地促進(jìn)了南北物資交流，有益于人民生活。通惠河的設(shè)計(jì)修成是郭守敬杰出的科學(xué)才干與豐富的創(chuàng)造力充分得以施展的結(jié)果。  中學(xué)生科技網(wǎng) http://m.lgmparts.com

　　天文儀器 獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷

　　元朝統(tǒng)一后，元世祖下令設(shè)置太史院，王恂為太史令，郭守敬為同知太事院使，集全國(guó)各地的優(yōu)秀天文學(xué)家和歷法人員，開始了改編新歷的繁重工作。郭守敬認(rèn)為“ 歷之本，在于測(cè)驗(yàn)；而測(cè)驗(yàn)之器，莫先儀表”（元齊履謙《知太史院事郭公行狀》），因此他率領(lǐng)一大批能工巧匠先后制出了許多精密的天文儀器，其中最為后人推崇的是簡(jiǎn)儀、仰儀和圭表等。郭守敬在渾天儀的基礎(chǔ)上發(fā)明了簡(jiǎn)儀。他大膽革新，只保留了渾天儀三組圓環(huán)系統(tǒng)中的兩個(gè)圓環(huán)系統(tǒng)，又把其中的一組分立出來(lái)，改成另一個(gè)獨(dú)立儀器，這樣就擴(kuò)大了觀測(cè)范圍、增加了實(shí)用性。郭守敬精心改制的這一儀器既精確又簡(jiǎn)單，故稱之為“簡(jiǎn)儀”。而在歐洲，類似這樣的天文儀器，直到 18 世紀(jì)才開始在英國(guó)使用。仰儀是一件銅制中空半球形儀器。因像一口仰放的鍋，所以取名“仰儀”。半球口沿上標(biāo)有東西南北方位和十二時(shí)辰。里面以觀測(cè)地的北極高度為中心，刻著縱橫交錯(cuò)的赤道坐標(biāo)網(wǎng)。口面中心用一橫一縱兩根竿子架著一塊璣板，板心開著一個(gè)小孔，小孔的位置正好在半球面的球心上。太陽(yáng)光通過(guò)小孔在半球里面成一倒像，這時(shí)人們根據(jù)赤道坐標(biāo)網(wǎng)就可以測(cè)定在天空中的位置。此外，通過(guò)仰儀還可直接觀察到日食、月食等天文現(xiàn)象。遺憾的是郭守敬的這件杰作，到清康熙年間時(shí)竟毀于西方傳教士手中，未能幸存至今。圭表是我國(guó)最古老也是最常用的測(cè)定二十四節(jié)氣的儀器。郭守敬借鑒舊圭表新設(shè)計(jì)了一種圭表，叫高表。高表的表柱用銅鑄成，并且增高到三十六尺，這樣就使得表影也相應(yīng)地增長(zhǎng)，按比例推算各個(gè)節(jié)氣的誤差就可以大大減少。圭面上的刻度也增加了，能夠直接量到厘，還可往下估算至毫。為解決表高影長(zhǎng)圭面模糊的問(wèn)題，郭守敬進(jìn)行了兩項(xiàng)改進(jìn)：一是表柱上端加一橫梁，由兩條四尺高的龍托住，從梁心到圭面共四十尺。橫梁的陰影就是表影的盡頭。一是設(shè)計(jì)了一件輔器———景符。就是利用小孔成像的原理，使日光通過(guò)一個(gè)薄片上的小孔，再射到圭面，從而收到影界清晰的效果。郭守敬的這些發(fā)明與改革從根本上克服了自唐宋以來(lái)圭表所存在的一些主要缺陷。

　　1276 年 1279 年初，這段時(shí)間里，郭守敬殫精竭慮設(shè)計(jì)和制造了許多天文儀器，如適合野外工作用來(lái)投正方位的正方案、推算地平高度的窺幾，還有大明殿漏燈、丸表、懸正儀、座正儀、渾天象、侯極儀、玲瓏儀、立運(yùn)儀、證理議、日月食儀、星晷定時(shí)儀等。很多儀器其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和使用的準(zhǔn)確性，在當(dāng)時(shí)世界上也處于領(lǐng)先地位。在我國(guó)漫長(zhǎng)的封建社會(huì)里，科學(xué)和科學(xué)家一直處于被壓制和歧視的地位。郭守敬能夠抓住時(shí)機(jī)充分施展自己的才華，在水利、天文等科學(xué)領(lǐng)域中作出了前所未有的巨大貢獻(xiàn)。  中學(xué)生科技網(wǎng) http://m.lgmparts.com

　　制《授時(shí)歷》 著作等身

　　創(chuàng)制好各種天文儀器后，郭守敬便向忽必烈呈奏，請(qǐng)求擴(kuò)大觀察范圍。元世祖考慮到制定新歷的需要，便采納了郭守敬的建議，令監(jiān)候官十四員分赴全國(guó)各地進(jìn)行觀測(cè)研究。郭守敬親自率領(lǐng)一批人馬，從上都出發(fā)，中間經(jīng)過(guò)大都、河南等地，最后到達(dá)廣州，一路上進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)日影等多項(xiàng)科研活動(dòng)。郭守敬充分利用自己研制的儀器，進(jìn)行了一系列的天文觀測(cè)工作，取得了令人矚目的輝煌成就，其中關(guān)于黃赤大距的測(cè)定和二十八宿距離的測(cè)定，具有特別重要的意義。經(jīng)過(guò)四年多的辛勤勞作，到 1280 年（至元十七年）春，一部當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的歷法———《 授時(shí)歷》宣告完成了。元世祖忽必烈大喜過(guò)望，即令從第二年起，全國(guó)一律實(shí)行《 授時(shí)歷》?！?nbsp;授時(shí)歷》以365.2425 為一回歸年的日數(shù)，這和地球繞太陽(yáng)一周所經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間只差 26 秒，比現(xiàn)行公歷整整早了 300 年。

　　《 授時(shí)歷》一反傳統(tǒng)徹底廢棄了上元積年的傳統(tǒng)，采取實(shí)事求是的簡(jiǎn)易辦法，并以 1280 年冬至為推算各項(xiàng)天文數(shù)據(jù)的起點(diǎn)，這在我國(guó)歷法上是一大進(jìn)步。由于授時(shí)歷所取朔望月和交點(diǎn)月的長(zhǎng)度都很準(zhǔn)確。加之它又在掌握了較準(zhǔn)確的日月運(yùn)動(dòng)軌道的基礎(chǔ)上，采用了縝密的計(jì)算方法，所以，它對(duì)日食和月食的預(yù)測(cè)十分準(zhǔn)確。授時(shí)歷頒行之后，深受人們的歡迎。不僅如此，授時(shí)歷還漂洋出海先后傳至朝鮮和日本，為當(dāng)?shù)厝嗣袼邮芎褪褂?。授時(shí)歷制訂完畢后，郭守敬便集中精力總結(jié)多年來(lái)積累的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行著書立說(shuō)，他先后編纂了《推步》七卷、《立成》二卷、《 歷議擬稿》三卷、《轉(zhuǎn)神選擇》二卷、《 上中下三歷注式》十二卷、其中《 歷議擬稿》后經(jīng)太子諭德（即皇太子高級(jí)侍從）李謙加以修改后就成為《授時(shí)歷議》。1286 年（ 至元二十三年）二月，郭守敬升任太史令。他把上述著作呈獻(xiàn)給了元世祖忽必烈。忽必烈并未過(guò)目，就令收藏于翰林國(guó)史院。在以后的歲月里，郭守敬仍勤奮耕耘，陸續(xù)寫成了下列著作：《時(shí)候箋注》二卷、《 修改源流》一卷、《 儀象法式》二卷、《 二至晷影考》二十卷、《五星細(xì)行考》五十卷、《 古今交食考》一卷、《 新測(cè)二十八宿雜座諸星入宿去極》一卷、《 新測(cè)無(wú)名諸星》一卷、《 月離考》一卷。由于元代同其他封建王朝一樣，天文歷法全歸皇家壟斷，嚴(yán)禁百姓私下學(xué)習(xí)，所以所有這些郭守敬的著作全收藏于官府，沒有得以在民間流傳。后來(lái)就下落不明了，只有《授時(shí)歷經(jīng)》和《授時(shí)歷儀》因載入了《元史》而得以幸存至今。