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自从炎黄人类始出，就开始与天文历法纠缠不休。从最早的观象授时开始，经过世代的不断努力，人们积累了越来越多的天文学知识，并逐渐形成了内容丰富且具有独特风格的天文学体系。而郭守敬与王恂等人共同编制的《授时历》，则是我国古代历法发展到巅峰状态的标志。 时间：1280年12月19日 科学家：郭守敬 科研项目：天文历法 科研成果：《授时历》，规定365.2425天为一年 科研著作: 105卷 科研专利:简仪、回归年、割圆法 科研天赋：创制世界首台自鸣报时钟 元朝科学家郭守敬，十五六岁时就表现出了对科学研究的潜质。那时，他得到一幅“莲花漏图”（莲花漏是一种计时器，由北宋科学家燕肃在古代漏壶的基础上改制而成。图上画的器具由好几部分结成。上面有几个漏水的水壶，壶内水面高度要保持不变，往下漏水的速度保持均匀。这样，漏水量就能显示出时间变化。 仅依据燕肃留下的莲花漏图，想掌握莲花漏的制造方法和原理，可不是件容易的事。郭守敬对图样做了深入研究，居然摸清了制作方法，并对莲花漏进行了改进，还亲自动手制作了不少莲花漏。 元太史院内灵台上有一个铜壶刻漏，就是郭守敬制作的莲花漏。1276年前后，郭守敬制作了一架自动报时的七宝灯漏，献给元朝政府。元朝政府在召集会议时，常把七宝灯漏陈设在大明殿上。 七宝灯漏高一丈六尺，用水流推动机件自动运转。机件中有云珠和珠梁，梁的两端有龙头，可以用来调整水流的缓急。七宝灯漏里有12个抱着时辰牌子的木偶，轮流走出来报时，还有4个木头分别去撞钟、敲鼓、击钲、打铙，报告时间。七宝灯漏后来被人们称做“大明殿灯漏”，是一种独立的机械性计时仪器，也是世界上第一台自鸣报时钟。 圭表增高 浑仪洗“心”革面 至元十三年（1276年），元世祖迁都大都，下令改订旧历，调动了全国各地的天文学者修新历。负责历局事务和具体编算工作的是精通天文、数学的王恂。王恂马上想到了老同学郭守敬，虽然郭守敬一直在都水监从事与水利有关的工作，但他也通晓天文和长于制器。因此，在王恂的推荐下，郭守敬参加了修历，奉命制造仪器，进行实际观测。 修历一开始，郭守敬指出：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”古代历法制定工作中要求的天文观测，主要是两类：一类是测定二十四节气，特别是冬至和夏至的确切时刻，用的仪器是圭表；一类是测定天体在天球上的位置，应用的工具是浑仪。 圭表中的“表”是一根垂直立在地面的表竿或石柱；“圭”是从表的底部以水平位置伸向北方的一块石板。每当太阳转到正南方向时，表影就落在圭面上。量出表影的长度，就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。 郭守敬把圭表的表竿加高了5倍，观测时的表影也加长了5倍。表影加长了，按比例推算各个节气时刻的误差大为减少。 浑仪是个不断转动的天体圆球。圆球里有许多一重套一重的圆环。圆环有的可转动，有的不能旋转。圆环中间夹着一根细长的管子，叫做窥管。把这根细管瞄准某个星球，从那些圆环上就可以推定这个星球在天空中的位置。因为这个仪器的外形像一个浑圆的球，所以称为浑仪。 郭守敬简化了浑仪，只保留浑仪中最主要、最必需的两个圆环系统，并把其中的一组圆环系统分出来，改成另一个独立的仪器，再把作为固定支架用的圆环全撤除，用一对弯拱形的柱子和另外四根柱子承托着仪器。圆环四面凌空，便于观测。改良后的仪器，取名“简仪”，即最早的大赤道仪。在欧洲，这种结构的测天仪器，到18世纪以后才开始从英国流传开。 郭守敬用简仪做了许多精密观测，其中两项观测对新历的编算有重大意义。一项是黄道和赤道交角的测定，另一项是二十八星宿距度的测定。为编制新历，郭守敬创造了近20种仪器和工具。 科研成果 14位天文学家27个观测点定《授时历》 郭守敬从800多年前祖冲之所做的冬至时刻观测开始，选取历史上比较可靠的六次冬至时刻的测定，由此定出了一个回归年（地球绕太阳公转一周花费的时间）数值为365.2425日。 此数值与南宋杨忠辅的《统天历》（制成于1199年）中的数值相同，是祖冲之以来最精密的数值。 郭守敬进一步证实了回归年长度逐渐缩小的规律，定为每百年往后减少万分之一日。此数虽较现代天文学家测定的数值要大，但却优于前辈杨忠辅。在郭守敬的建议下，元世祖派了14位天文学家，在国内27个地点（注：最南至西沙群岛，最北至北极圈内）进行了重要的天文观测。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。 这次天文观测的规模之大，在世界天文学史上也少见。经过王恂、郭守敬等人的集体努力，到至元十七年（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”。12月19日，朝廷正式颁发了根据《授时历》推算出来的下一年的日历。 从元代到清初的360多年中所用的历法实际上都是《授时历》。《授时历》计算精度非常高，它的回归年长度365.2425日，和世界通用的公历，即格里高利历一样，但比格里高利历早了300年。 另外，《授时历》在计算方法上也有很大创新，如为了对太阳、月亮的不均匀运动进行改正，创造了三次差内插法；为了进行黄道和赤道宿度之间的转化及太阳视赤纬的转化，创立了类似球面三角法的数学方法——割圆法。 在新历颁行后不久，主要骨干有的去世，有的辞归，惟独剩下郭守敬继续工作，一人整理了《授时历》全部文稿。因此，后人把《授时历》的成就都归于郭守敬。 细节 郭守敬纪念馆 郭守敬纪念馆在北京西城区西海北沿汇通祠内，为社科类专题人物纪念馆， 1988年10月建成开馆。汇通祠始建于元代，最初名为镇水观音庵，乾隆年间重修，改名汇通祠。1986年复建。 纪念馆分三个展厅，记录了郭守敬一生的科技成就。在纪念馆中可以发现，他的20多项研究遥遥领先于世界水平。他在大地测量中首次运用了海拔概念原理，并首次以科学考察为目的探寻黄河之源。他晚年著书立说，完成《推步》、《月离考》等105卷科学巨著。 郭守敬最大的成就是在水利方面。他一生中大部分时间从事水利建设，足迹遍及半个中国，完成大小百余处河渠泊堰的治理，对大都水利的建设贡献最为突出，曾主持开发当时为大都水源的白浮堰，开通惠河，促进了元大都的经济发展。馆内还展出有元代水关模型、元代粮船的铁锚和有关的书籍。 链接 观象台 北京建立观象台，可上溯到金代。金灭北宋后，将天文仪器从汴梁(今河南开封市)运到金中都(今北京右安门一带)，并设立太史局、司天台。继金之后，元仍定都北京(称作大都)，到元至元十六年(1279年)，天文学家郭守敬、王恂等人，在大都东南建立了一座当时世界上规模最大的司天台，并用他们自己设计制造的天文仪器进行观测，把我国古代天文学推上了新的高峰。元末明初，由于连年战争，元司天台的全部建筑均遭毁坏。 现存的北京建国门立交桥西南角的古观象台始建于明正统年间，当时除建台子、造仪器外，台下还建了紫微殿庭院，明正统十一年(1446年)又造晷影堂，这时的观象台已初具规模。除台顶因清代仪器增多曾东扩三米外，至今无大变化。北京古观象台当年配备有众多天文观测仪器。八国联军入侵北京后，古观象台上的仪器被洗劫一空。 |
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