书城自然科学大中国上下五千年:中国历代科技成就
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第16章 郭守敬的成就──仰仪和《授时历》

郭守敬是元代著名的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。他与王恂、许衡等人共同编制出中国古代最先进、施行最久的历法《授时历》。为了编历,他创制和改进了简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪以及星晷定时仪12种天文仪器仪表,为中国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献。

郭守敬(1231~1316),字若思,顺德邢台(今河北邢台)人。我国元代著名的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。

郭守敬的祖父郭荣是金元之际一位颇有名望的学者,他精通五经,熟知天文、算学,擅长水利技术。郭守敬就是在祖父的教养下成长起来的。

祖父一面教郭守敬读书,一面领着他去观察自然现象,体验实际生活。郭守敬自小就喜欢自己动手制作各种器具,在十五六岁的时候就显露出了科学才能。

修水利显身手

1264年,郭守敬在老师张文谦的带领下赴西夏兴修水利。那时,西夏沿着黄河两岸已经修筑了不少水渠,但在成吉思汗征服西夏的时候,大部分的水闸水坝都遭到了破坏,渠道也都填塞了。郭守敬到了那里,立即着手整顿。有的地方疏通旧渠,有的地方在郭守敬的带领下,百姓一起动手,这些工程竟然在几个月之内就完工了。郭守敬充分展示了自己在水利工程方面的卓越才干,回到上都后就被任命为都水少监。

发明仰仪

仰仪是郭守敬的独创,这件仪器是一个铜制的中空半球面,形状像一口仰天放着的锅,所以命名为“仰仪”。半球的口上刻着开辟新渠,又重新修建起许多水闸、水坝。东西南北的方向,用一纵一横的两根竿子架着一块小板,板上开一个小孔,孔的位置正好在半球面的球心上。太阳光通过小孔,在球面上投下一个圆形的象,映照在所刻的线格网上,立刻可读出太阳在天球上的位置。人们可以避免用眼睛逼视那光度极强的太阳本身,就看明白太阳的位置,这是很巧妙的。更妙的是,在发生日食时,仰仪面上的日象也相应地发生亏缺现象。这样,从仰仪上可以直接观测出日食的方向,亏缺部分的多少,以及发生各种食象的时刻等等。

修订《授时历》

1276年,元朝政府决定改订旧历,颁行元朝自己的历法,下令组织历局,调动了全国各地的天文学者,另修新历。应老同学王恂的邀请,郭守敬参加了新历的修订工作,他奉命制造仪器,进行实际观测。

为了修订新历,郭守敬共设计和监制了简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定时仪等12种天文仪器,这些仪器设备推动了郭守敬的科学研究工作,也为我国天文事业的发展做出了巨大的贡献。

经过王恂、郭守敬等人的集体努力,到1280年春天,一部新的历法终于宣告完成了,元世祖将它命名为《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》是中国古代最先进、施行最久的一部精良历法。它采用至元十七年(1279年)的冬至时刻作为计算的出发点,以至元十八年(1280年)为“元”,即开始之年。所用的数据,个位数以下一律以100为进位单位,即用百进位式的小数制,取消日法的分数表达式。它以365.2425天为一年,比地球绕太阳一周的实际时间只差二十六秒,与现在国际上通行的格里历的周期相同,但是格里历比《授时历》晚了整整三百年。

《授时历》这部优秀的新历法,节气的推算比较准确,对农业生产的帮助很大,在中国实际行用了364年,并且还传到朝鲜、日本和越南等国家。

专家点评

学者尼米聪、谷瑞雪在《试论郭守敬的科学思想与思维特征》中说道:元代科学家郭守敬在天文、水利、测绘、仪器制造等方面成就辉煌,有多项发明遥遥走在世界的前端。郭守敬以毕生精力从事科学活动,服务社会,恢复经济,发展经济,造福民众,以至于在元朝当代就有人赞叹“天佑我元,似此人世岂易得,呜呼,其可谓度越千古矣”。他的科学思想与科学思维方式是我国宝贵的历史文化财富。