中国的“第谷”-郭守敬

郭守敬，字若思，顺德路刑台县（今河北省刑台县）人。生于1231 年， 卒于1316 年，是我国元代杰出的科学家。因其父亲早年去世，郭守敬从小随祖父长大。其祖父郭荣学识渊博，通晓五经、数学、天文、水利等多种学科。他因受祖父的熏陶，从小学习就很刻苦，并且很留心观察周围的自然现象。祖父为了使他得到深造，曾让他跟随自己的老朋友刘秉忠学习。刘秉忠深通天文、算数、地理、音律等各方面知识，当时他正在今河北武安县紫金山与朋友张习谦等人一起研究学术，郭守敬和唐县的少年王恂等跟着知识渊博的大师们学习，很快在天文、算数、历法等方面有了很大的长进。

郭守敬从小胸有大志，专心致于学习，遇事善于思索，学习勤于实践。在他十五、六负时得到了一份“璇玑图”，被古人用仪器观测日明星辰的景象吸引住了。他认真阅读了“璇玑图”，又亲自动手用竹蔑制了一台竹浑天仪，还自己动手修了一个安放浑天仪的土台，在台上用竹浑天仪直接观测天空中星星的位置。还有一次，他得了一幅古代计时仪器“莲花漏”的图样，莲花漏的原理和构造的当时是比较复杂的，成人不风实物也不容易搞清它的原理。可是郭守敬得到这幅图后，象着了魔似地日夜琢磨，终于弄懂了它的原理，并能清清楚楚地把原理表述给别人。

郭守敬的经历和科学研究同他幼年时期紫金山的师友有密切的关系。他30 岁时，其师长张文谦兼任了大名府和彰德路（今河北大名地区西部至河南安阳地区东部）的宣抚使，郭守敬应邀做张文谦的助手。在这些地区亲眼见到了灾害频繁、农村凋敝的情景，了解到战争破坏和赋役压迫下北方人民的苦难，感到恢复农业生产的根本的问题之一是兴修水利。于是他认真地察看了这一地区河流水渠的分布情况，仔细对地势地形进行实地考察，并且酝酿了一整套治理的规划设想。中统三年（1262 年），当张文谦引荐他见到元世祖忽必烈时，他向忽必烈提出了治理这一地区的6 项建议，忽必烈称赞“象他这样的人，才是真能办事的人，而不是摆样子吃闲饭的”。忽必烈很器重他，任命他为提举诸路河渠。次年，又升任他为佩带银符的副河渠使。

至元元年（1264 年），蒙古族人唆脱颜被派往西夏（今甘肃、宁夏和内蒙西部一带）视察，郭守敬随行。这一地区原是黄河流域富庶之地，素有“塞外江南”之称，可郭守敬去视察时，这里已是一片残破景象。土地荒芜、渠道淤浅、闸坎倾废，人民纷纷外逃。见到这种情景，郭守敬马上着手进行有关水利的勘测和规划。提出“因旧谋新，更立牐（闸）堰”的正确方针，西夏河渠疏浚修复工程顺利完成后，很快显出了效益，使这一地区的农业生产得到了恢复。以后，郭守敬被提升为掌管全国河渠、堤防、桥渠等项事宜的高级官员——都水少监。后又亲自勘察和规划了多处水利工程，“河、渠、泊、堰”不下百余所。至元八年（1271 听），升任为都水监。至元十二年（1275 年），他以海平面为标准，比较大都（今北京）和汴渠（今开封）地形的高低，成为“海拔”概念的始创。

1271 年，忽必烈建国号为“大元”。这时，他已经统一了中国北方，认识到了编订新历的重要，于1276 年设立了编订新历的专门机构——太史院， 由当时的昭文馆大学士张文谦总管。郭守敬也参加了这项工作，他提出治历的指导思想。认为“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”。主张以实际的观测为基础，事先要做好适用的仪表的准备。太史院集中了一批天文学家，在郭守敬等人的领导下开始了大规模的历法研究、仪表制作和天文测量的工作。郭守敬对旧的天文仪器亲自逐一检查，并开动脑筋与工匠配合，研制出新的天文仪器20 余种，其中许多仪器在当时是居于世界先进水平的。例如， 郭守敬发明的“简仪”，是改造宋朝的“浑仪”制造而成。简仪构造简易，使用方便，精密度也大大提高。这样的精度，3 百年后丹麦天文学家第谷发明的仪器才能与之媲美。郭守敬还改进了我国古代测量日影长短变化的工具——“圭表”，减少了测量的误差。他还利用小孔成像的原理，创制了“景符”，使虚影变清，使测量的精密度得到了提高。清朝初年，西方的传教士汤若望来到中国时，看到郭守敬创造的天文仪器，表示非常钦佩。他尊称郭守敬是“中国的第谷”。

在改造和创制天文仪器的基础上，郭守敬又建议成立“司天台”，并在全国各地设立26 个观测点，开始了大规模的天文观测。这次观测有极大收获，特别是对于恒星的测量，精度比宋代提高了约一倍。此外还测量了前人未命名的恒星1 千余颗，使记录的星数从传统的1464 颗，增加到2500 颗。这个数字，比1 百年后西欧文艺复兴以前观测的星数1022 颗多出一倍半，显示了我国古代恒星位置的测量水平是居于世界领先地位的。

在大量观测的基础上，经过郭守敬、王洵等天文学家的努力，1280 年新历告成，命令为《授时历》。《授时历》吸取了我国古代各种历法的精华， 运用了宋朝以来数学发展的新成就，并加以创新，成为当时最优秀的历法。它的所有数据几乎全是历史上最先进的。它采用的太阳回归年长度为365.2425 日。这数值比地球绕太阳公转一周的实际时间只差26 秒。现今通用的公历比《授时历》晚3 百余年颁行，采用的也是同一数据。《授时历》从1281 年始在全国实行，直到明末，使用时间长达363 年，成为我国历史上使用最长的一部历法。

新历制成后，郭守敬又把注意力转到开凿大都至通州的运河工程上。在劳动群众配合下，仅用了一年半的时间就完成了，这段运河就是著名的“通惠河”。从此，古代沟通南北的大动脉京杭大运河就全部完工了。这一成就不仅便利了南粮北运，解决了当时大都的水源问题，而且对后来北京的建设也有深远的影响。

郭守敬是一个在天文、历法、数学、水利等方面都有杰出在就的著名科学家，也是一个在中国科学技术发展史和世界科学技术发展史上都占有重要地位的科学家。为了彰示他的成就，1970 年，国际天文学会决定将月球背后134°W、8°N 位置上的环形山命名为“郭守敬”；1978 年，中国科学院紫金山天文台正式公布将该台1964 年发现的、国际小行星编号为2012 号的小行星（2012.1964TE2）以“郭守敬”的名字命名。