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郭守敬的科学成就

我国是世界上文化发达最早的国家之一。到了元代，由于国家实现了大统一，我国科学技术的发展达到了新的高度。我国也是世界上天文历法发展最早的国家之一。元代的天文学在继承前人丰富遗产的基础上，吸取了阿拉伯的天文知识，创造性地发展了一大步。元代最杰出的天文学家是郭守敬。

郭守敬（1231—1316年），字若思，顺德邢台（今河北邢台）人，他以毕生精力从事天文学的研究和天文仪器的创制，为祖国古代天文科学的发展作出了重大贡献。他在其他学科上也有很多贡献。

郭守敬的祖父郭荣是一位精通数学和水利的学者，他的渊博知识对年轻的郭守敬影响很大。还在郭守敬年幼的时候，祖父就把他送到精通天文和地理的老朋友刘秉忠那里去学习了。刘秉忠和他的好友张文谦都是忽必烈非常赏识的学者。

由于郭守敬刻苦学习，十五、六岁时就能弄通石刻的“莲花漏图”（古代的计时器）的原理。到三十二岁时，他的科学知识更加丰富扎实了，张文谦就把他推荐给忽必烈。忽必烈高兴地让他跟随张文谦到西北去视察水利设施，修复古渠。1265年（至元二年），他被任命为都水少监，使他得以专心致志地从事水利建设事业。

早在元朝统一全国以前，刘秉忠就提出要修改历法，因为辽、金以来沿用的《大明历》使用已经很久了，误差越来越大。1276年（至元十三年），忽必烈决定设局改订历法，派许衡、王恂和郭守敬主持这项工作。在这期间，郭守敬通过实测，获得了许多天文方面的科学知识，他深深感到：要制订新历，必须创造精密的仪器。他说：“历之本在于测验，而测验之器莫先于仪表。今司天浑仪，宋皇祜（1049—1054年）汴京所造，不与此处（指大都灵台，在今北京市建国门外泡子河北）天度相符。”于是他决心自己动手创制和改造天文仪器。

针对浑仪的缺陷，郭守敬研制了新的仪器——简仪。元代以前所用的浑仪越来越复杂，用它测量天体的赤道座标、黄道座标和地平座标的读数，每个系统都需要有专门的环圈，因此大大小小的互相圈套的环圈有八、九个之多，不但转动不便，而且妨碍观测。郭守敬摒弃了把测量三种不同座标的圈环集中在一起的作法，精简了黄道座标，而把地平座标和赤道座标分为两个独立的装置——赤道装置和地平装置。这两个装置都很简单，使用方便，因此这种仪器叫“简仪”。简仪的设计很精密，刻度最小分格达到1／36度，观测结果也就准确多了。当时从尼泊尔来的工艺家阿尼哥，帮助郭守敬制造了简仪。可惜的是，郭守敬的这一重大发明创造，竟在清初被法国传教士纪理安（当时他在饮天监任职）当作废铜销毁了。明朝正德（1506—1521年）年间仿制的一台简仪，也在八国联军侵略中国时被劫走。后来虽然归还了，但已残缺不全，现在保存在南京紫金山天文台。

郭守敬还研制了仰仪。仪器的外形很像一口朝天的大锅。在半球的大圆面上，刻着东、南、西、北和十二时辰；半球面上刻着与观测地纬度相应的横纵线网。大圆平面上用纵横相交的两根杆子架着一块小板，板上有小孔。太阳光线通过小孔，在球面上投下一个倒象，映在格网上，可以观测太阳的位置和日食。

郭守敬还改革了圭表、创制了景符等仪器。圭表是观测日中影长变化以决定春分、秋分、夏至、冬至时刻的天文仪器。古代的圭表一般高八尺，郭守敬把它加高到三十六尺，在表顶又添一根被抬起的横梁，横梁高出表顶四尺，这样表高就达到四十尺，比原来的表高增加五倍，因而影长也增加了五倍，使观测的误差也下降到原来的五分之一。现在河南省登封县元代观星台还完整地保存着当时的高表。景符是定影象的仪器。一块铜片，中有小孔，用一小架子斜撑在圭面上。太阳光经过横梁，再通过小孔，在圭面上形成了一个米粒大小的太阳象，象中间有一根细如丝线的横梁影子，非常清晰。景符与圭表是结合在一起使用的，用来观测太阳、星星和月亮。

有了这些先进的仪器，郭守敬利用当时疆域辽阔的有利条件，在全国范围内开展了实测活动。他在全国各地设立了二十七个测景所，最北的北海测景所，设在大约北纬64°5′的地方，已在北极圈附近了。他亲临全国各地，收集科学资料。经过这们大规模的实测，他不仅测定了有关地方的纬度与夏至日昼夜长短，还测定了黄赤交角为29°90′（合今23°33′5．3″），这个数字虽然与当时的实际交角尚有极小的误差，但这是科学上的一大进步，因为从汉朝以来，一直认为黄赤交角是24°。我国古代把黄道附近的星分为二十八宿，每一宿用一个星为代表，称为“距星”。两距星间的距称为“距度”。古代是用距星为测定星辰的，因此测定二十八宿距是非常重要的。经过郭守敬的实测后，距度的误差减少了，精密度提高了一倍。郭守敬还进行了恒星位置的测定工作，对那些还没有定名的星，也作了观测，编制了星表。

1281年（至元十八年），经过郭守敬等人多年辛勤的劳动编制出来的《授时历》正式颁行了。郭守敬根据自己多次精密测定的冬至时刻的结果，并利用历史上从祖冲之《大明历》以来的六次冬至时刻的观测资料，证实了一年为365．2425日，它比地球绕太阳一周的实际时间只差二十六秒，《授时历》就是采用这一数据的。这在世界的历法史上还是第一次。现在国际上通行的格利哥里历也是采用这一数据的，但格利哥里历比《授时历》晚了整整三百年。

《授时历》是我国古代的一部优秀的新历法。根据新历法推算出的节气，比较准确，因而对农业生产帮助很大。

郭守敬在天文、数学方面的科学著作很多，有《推步》、《立成》、《历议拟稿》等，可惜现在都已失传了。

在水利工程技术方面，郭守敬也有光辉的成就。1291年（至元二十八年）春，他担任都水监长官，负责整修已经荒废的大都至通州的运粮河。他经过实地考察后，决定引白浮泉水解决了河水的来源问题，用了一年多时间疏通了这条运河，定名为通惠河。为了解决由于河床倾斜坡度造成运行的困难，他在这条运河上每隔十里设置一个闸门，在距离闸门半公里的地方又置斗门，使船只得以顺利通过。这样，从杭州到大都的大运河完全通航了，过去每年从南方运来的粮食到通州后就要陆运，驴马死伤不可胜数，现在通行无阻了。

郭守敬在科学技术上取得的成就是多方面的，他一生坚持不懈，亲自从事科学实验，并善于吸取前人的科研成果，因而取得了更大的成就。一直到八十六岁那年他去世时为止，他始终没有中断自己的工作，真可以说把毕生精力献给了科学事业。