修订《授时历》的郭守敬

郭守敬是我国元朝的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。他的祖父叫郭荣，精通五经，熟知天文、算学，擅长水利技术，是金元之际一位颇有名望的学者。

郭守敬幼承祖父郭荣家学，在十五六岁的时候就显露出了科学才能。那时他得到了一幅“莲花漏图”。他对图样做了精细的研究，居然摸清了莲花漏的制造方法和原理，试做了一套正规的莲花漏铸铜器，后来元朝政府里的天文台也采用了这种器具。

年纪才10多岁的郭守敬居然有这样的作为，这就足以证明他确是一个能够刻苦钻研的少年。

郭荣为了让他孙儿开阔眼界，得到深造，就把郭守敬送到自己的同乡老友刘秉忠门下去学习。刘秉忠精通经学和天文学。

在这里，郭守敬大开视野，还结识了一位好朋友王恂，他们后来在天文历法工作中亲密合作，做出了卓越的贡献。

不久，刘秉忠被元世祖忽必烈召进京城。临行前，刘秉忠把郭守敬介绍给了自己的老同学张文谦。郭守敬跟着张文谦到各处勘测地形，筹划水利方案，并帮助做些实际工作。

几年之间，郭守敬的科学知识和技术经验更丰富了。张文谦看到郭守敬已经渐趋成熟，就在1262年，把他推荐给元世祖忽必烈，说他熟悉水利，聪明过人。

郭守敬初见元世祖，就当面提出了6条水利建议。第一条建议修复从当时的中都到通州的漕运河道；第二第三条是关于他自己家乡地方用水和灌溉渠道的建议；第四条是关于磁州、邯郸一带的水利建议的意见；第五第六条是关于中原地带沁河河水的合理利用和黄河北岸渠道建设的建议。

这6条都是经过仔细查勘后提出来的切实的计划，对于经由路线、受益面积等项都说得清清楚楚。

元世祖认为郭守敬的建议很有道理，就命他掌管各地河渠的整修和管理等工作。

1264年，张文谦被派往西夏去巡察，他带了擅长水利的郭守敬同行。郭守敬到了那里，立即着手疏通旧渠，开辟新渠，又重新修建起许多水闸、水坝。由于大家动手，这些工程竟然在几个月之内就完工了。

1265年，郭守敬回到了上都，被任命为都水少监，协助都水监掌管河渠、堤防、桥梁、闸坝等的修治工程。1271年升任都水监。1276年都水监并入工部，他被任为工部郎中。

1276年，元军攻下了南宋首都临安，全国统一已成定局。元世祖决定改订旧历，颁行元朝自己的历法。这件工作名义上以张文谦为首脑，但实际负责历局事务和具体编算工作的是精通天文、数学的王恂。

在当时，王恂就想到了老同学郭守敬。虽然郭守敬担任的官职一直是在水利部门，但他的擅长制器和通晓天文，是王恂很早就知道的。因此，郭守敬就由王恂的推荐，参加修历，奉命制造仪器，进行实际观测。

从此，郭守敬的科学活动又揭开了新的一章，他在天文学领域里发挥了高度的才能。

大都天文台的仪器和装备杂乱不堪，有的已经老化。天文台所用的圭表因年深日久而变得歪斜不正，郭守敬立即着手修理，把它扶置到准确的位置。

这些仪器终究是太古老了，虽经修整，但在天文观测必须日益精密的要求面前，仍然显得不相适应。郭守敬不得不改进和创制一套更精密的仪器。

这些仪器装备中的浑仪还是北宋时代的东西。郭守敬只保留了浑仪中最主要最必需的两个圆环系统，并且把其中的一组圆环系统分出来，改成另一个独立的仪器，把其他系统的圆环完全取消。这样就根本改变了浑仪的结构。再把原来罩在外面作为固定支架用的那些圆环全都撤除，用一对弯拱形的柱子和另外4根柱子承托着留在这个仪器上的一套主要圆环系统。这样，圆环就四面凌空，一无遮拦了。

这种结构，比起原来的浑仪来，真是又实用，又简单，所以取名“简仪”。简仪的这种结构，同现代称为“天图式望远镜”的构造基本上是一致的。在欧洲，像这种结构的测天仪器，要到18世纪以后才开始从英国流传开来。

郭守敬用这架简仪做了两项精密的观测，一项是黄道和赤道的交角的测定；另一项观测是二十八宿距度的测定。这两项观测，对后来新历的编算具有重大的意义。

郭守敬还独创了一件仪器。这件仪器是一个铜制中空的半球面，形状像一口仰天放着的锅，名叫“仰仪”。

仰仪是采用直接投影方法的观测仪器，非常直观、方便。例如，当太阳光透过中心小孔时，在仰仪的内部球面上就会投影出太阳的映像，观测者便可以从网格中直接读出太阳的位置了。

尤其在日全食时，它能测定日食发生的时刻，利用仰仪能清楚地观看日食的全过程，连同每一个时刻、日食的方位角、食分多少和日面亏损的位置、大小都能比较准确地测量出来。

这架仪器甚至还能观测月球的位置和月食情况。被称为“日食观测工具的鼻祖。”

仰仪流传到朝鲜和日本后，取消了璇玑板，改成尖顶的晷针，从而成为纯粹的日晷，被称为仰釜日晷。

郭守敬改进的简仪和独创的仰仪，在编订新历时提供了不少精确的数据，这确是新历得以成功的一个重要原因。

天文台的仪器装备已经基本完备，于是，王恂、郭守敬等同一位尼泊尔的建筑师阿尼哥合作，在大都兴建了一座新的天文台，台上就安置着郭守敬所创制的那些天文仪器。它是当时世界上设备最完善的天文台之一。

由于郭守敬的建议，1279年，元世祖派了14位天文学家，到当时大都以外的国内26个地点，进行几项重要的天文观测。在其中的6个地点，特别测定了夏至日的表影长度和昼、夜的时间长度。

这些观测的结果，都为编制全国适用的历法提供了科学的数据。这一次天文观测的规模之大，在世界天文学史上也是少见的。

这是一次意义深远的“四海测验”。值得敬佩的是，郭守敬奉旨进行“四海测验”，在南海的测量点就在我国黄岩岛。

经过王恂、郭守敬等人的集体努力，至1280年春天，一部新的历法宣告完成。按照“敬授民时”的古语，取名“授时历”。同年冬天，正式颁发了根据《授时历》推算出来的下一年的日历。

《授时历》颁行不久，几个主要的参加编历工作的人，退休的退休，死的死了，王恂也病逝了。但有关这部新历的许多算草、数表等都还是一堆草稿，不曾整理。于是，最后的整理定稿工作全部落到郭守敬的肩上。

郭守敬又花了两年多的时间，把数据、算表等整理清楚，写出《推步》7卷、《立成》2卷、《历议拟稿》3卷、《转神选择》2卷、《上中下注释》12卷留传后世。其中的一部分就是《元史·历志》中的《授时历经》。

《授时历》反映了当时我国天文历法的新水平。在这部历法里，有许多革新创造的成绩。

例如，废除了过去许多不合理、不必要的计算方法，例如避免用很复杂的分数来表示一个天文数据的尾数部分，改用十进小数等；定一回归年为365.2425日，比地球绕太阳公转一周的实际时间，仅差26秒，和现代世界通用的公历完全相同；创立了“三差内插公式”和“球面三角公式”，是具有世界意义的杰出成就。

《授时历》经受住了时间考验。它在我国沿用了300多年，产生了重大影响。现行公历是意大利天文学家利里奥在1582年提出的，比《授时历》晚了整整300年。朝鲜、越南都曾采用过《授时历》。

此后不久，郭守敬升为太史令。在以后的几年间，他又继续进行天文观测，并且陆续地把自己制造天文仪器、观测天象的经验和结果等极宝贵的知识编写成书。

郭守敬写的天文学著作共有百余卷之多。可惜封建帝王元世祖不愿让真正的科学知识流传到民间去，把郭守敬的天文著作统统锁在深宫秘府之中。

除此之外，郭守敬还开通了大都的通惠河。大都是元朝的首都，城内每年消费的粮食达几百万斤。这些粮食绝大部分是从南方产粮地区征运来的。然而，陆运耗费的巨大，始终在促使着人们去寻求一条合适的水道。

这个任务，到郭守敬的时候才得到完成。郭守敬提出的第一个方案就是他在1262年初见元世祖时所提出来的6条水利建议中的第一条，即修复从当时的中都到通州的漕运河道。

组织开通了通惠河之后，郭守敬一直兼任天文和水利两方面的领导工作。1294年，他升知太史院事。但是关于水利方面的工作，当时政府仍经常要征询他的意见。

1303年，元成宗下诏，说凡是年满70岁的官员都可以退休，独有郭守敬，因为朝廷还有许多工作都要依靠他，不准他退休。然而，由于元成宗之后政权迅速腐朽，把元世祖时代鼓励农桑的这点积极因素抛弃殆尽了。

在这种情况下，郭守敬的创造活动自然也受到极大的限制。同他当时不断提高的名望相对照，他晚年的创造活动不免太沉寂了。

除了在1298年建造了一架天文仪器灵台水浑以外，就再没有别的重大创制和显著表现了。可以设想，如果他晚年能够有较好的社会政治条件，可能还有更大的贡献。