郭守敬

 

    郭守敬，字若思，河北邢台人，生于公元1231年，卒于公元1316年，享年八十六岁。他是我国元代杰出的科学家，在天文、水利、数学和仪器仪表制造等方面，都有很高的造诣，为我国科学事业的发展作出了不可磨灭的贡献。

少年初志

 

    郭守敬出生在一个知识分子的家庭里，祖父郭荣，别号“鸳水翁”，通五经，精算术、水利。他自幼在其祖父教养下，不贪玩，爱学习，成绩优异，闻名乡里。在十五、六岁的时候，他得到了一幅拓印的“莲花漏图”，这个莲花漏是北宋科学家燕肃在古代漏壶的基础上改进制做的一种计时器，如依据一幅图就想掌握制造的方法和原理，对一般成年学者来说也不是一件容易的事，而年仅十几岁的郭守敬，当时对图做了精细的研究，居然把它弄得一清二楚，并仿制成功。另外，郭守敬还按照古图，试制竹浑仪，并积土为台，用竹浑仪观测星空。可见，郭守敬从小就已显露出聪明与才智。

 

紫金求学

 

    郭荣为了让孙儿开阔眼界，得到深造，把郭守敬送到自己的同乡好友刘秉忠门下去学习。史载：“那时有刘秉忠、张文谦、张易、王恂等同学于邢州西南紫金山”。“刘秉忠的学问很渊博，对于天文、地理、律历等无不精通，议论天下的事情了如指掌”。“文谦早年跟着秉忠研究算学和历法等学问”。“恂早年就以精通算术著名”。郭守敬在紫金山和这些人一起学习，对于他在天文、地理、律历、算学等方面知识的增长起到了显著作用。刘、郭、王及二张，自成学派，史称“邢州学派”或“紫金学派”，后来，他们均成为元代著名的学者、科学家或政治家。

邢州治水

 

    金、元之际，由于长期的战乱，中国北方地区大片农田废弃，经济萧条，民不聊生。邢台的州治所在地邢州，本来在金代人口蕃盛，经济殷实，计有八万多户，可眼下只剩“五、七百户”了。

时年，郭守敬二十一岁，他刚刚从紫金山学习回来，面对社会的动荡，百姓的积怨，这位立志于科学上有所作为的年轻人，决心以自己所学到的知识，在科学实践活动中，为家乡的建设出一把力。那时，邢州城北有三条河流，南面一条最大的名潦水，靠城流经两三里后，东向流入蔡水。由于蒙、金战争，河渠无人管理，造成河水破堤而出，四散弥漫。北面有两条小河，近潦水的名达活泉，稍外一条名野狐泉。在漫流、泥沙堆积下，也一起淤塞了。出邢州城北门，原有三座石桥跨越三条河流，是城北通衢大路。中间达活泉上那座古老的小石桥，战乱后淤泥壅阻，倾没在沉积的泥沙中。三十年过去，连影踪也看不到了。人们行经那里时，不得不涉水而过。这时，郭守敬应州官张耕和刘肃之邀，相度地形地貌，考察河流的来踪去迹，请教当地的乡亲父老。勘查之后，按照水位、流量和灌溉需要等条件，进行了综合治理的设计工作。并在郭守敬等人的指挥下，征用民工400余人，用工40余天，对三条河流进行了全面治理。治水中，民工们根据郭守敬的指点，竟一下子挖出了久被埋没的达活泉旧石桥基，并在此基础上，建立了一座新石桥。整治后，达活泉、野狐泉二泉顺河道东去，汇合于柳公泉；潦水依然沿旧河道由南桥下流去，不再泛滥。郭守敬治水事迹很快在邢台周围传播开去，受到当地人民的赞扬。当时著名的文学家元好问还专门为此写了一篇文章，叫做《邢州新石桥记》，记下了郭守敬在水利工程上初露头角所创造的业绩。

世祖召见

 

    公元1260年忽必烈即位，为元世祖。张文谦以中书左丞的身份，外任大名、彰德（今河北南部、河南北部一带）等路宣抚使。郭守敬随师友张文谦来到大名，协助张文谦整治河道，发展灌溉农业。1262年，在中书左丞张文谦的推荐下，“习知水利，巧思绝人”的郭守敬，破例受到忽必烈的召见。守敬根据他多年在华北考察水道，勘测地形积累的丰富知识，当即向忽必烈面陈水利六事：一、疏浚中都(后改称大都，今北京)旧漕河，东到通州(今北京通州区)，引玉泉水以通舟，每年可节省车钱六万缗；从通州南温榆河入运河处，开凿一渠，经沧州孟村跳梁务到天津杨村还河，可以避免浮鸡 盘浅滩和恶风险浪转圈绕远的祸患。二、将邢州城北达活泉水引入城中，再分三条河道引出城外，可灌溉城东农田。三、邢州澧河东流至任城(今河北省任县东)，埋没河道，淹没农田一千三百余顷，重新开挖此段河道，既可灌溉农田，又可以通舟。四、从磁州(今河北邯郸磁县、武安、永年、成安一带)滏、漳二水合流处，引水经滏阳(今河北邯郸磁县)、邯郸、洺州(今河北永年县东南)、永年、鸡泽，流入澧河，可以灌溉农田三千余顷。五、从怀孟(今河南沁阳一带)沁河、丹河相合处，开渠东引，到武陟县北，合入御河，可以灌溉农田二千余顷。六、自孟州(今河南孟县)西面的黄河开一条分水渠，经新旧孟州中间，顺黄河古岸东下，到温县南，重新引入黄河，可以灌溉农田二千余顷。每奏一事，忽必烈都称赞不已，最后感慨地说：“任事者如此，人不为素餐矣！”意思是说，担任公职的人都能像郭守敬这样认真地思考问题，就不算白吃饭了。当即，忽必烈就授予郭守敬为提举诸路河渠，让他负责各路河渠事务。并下令各地按郭守敬的建议施工，取得了显著的效果。次年，郭守敬又晋升为银符副河渠使。

西夏治水

 

    1264年，郭守敬随从张文谦视察了甘肃、宁夏一带。主持修复了已“废坏淤浅”的长达200公里的唐来渠和长达125公里的汉延渠，以及其它十条大渠和六十八条支渠，不误农时，及时赶上了春播灌溉，万余顷农田得到了灌溉，渠水四达，稻菽丰收，再现了“塞北江南”的景象。当地居民为了纪念他的功绩，在他还活着的时候，就在河渠上修建了“郭氏祠”。鉴于其造福人民，功绩卓著，第二年他被晋升为都水少监。1271年，又被提升为都水监，担任全国负责修治河渠水利的最高职务。

    史载：“郭守敬在西夏，曾经乘船溯流而上，考究所谓的黄河上源。又曾自孟门（即孟门山）往东，沿着黄河旧道，纵横几百里间，都测量了地平，有的可以分杀水势，有的可以灌溉田土，都绘有图志。又曾以海面考较京师至汴梁（即开封）地形的高下差别，谓汴梁的水离海较远，其流峻急，而京师的水离海较近，其流且缓，证明汴梁高于京师”。古往今来，曾有不少人试探黄河源头，但以科学考察为目的，专程来探求黄河真源的，要推郭守敬为第一人。郭守敬“以海面较汴梁至京师地形高下之差”，是世界上对“海拔”概念的最早运用。比德国科学家高斯1828年提出的平均海平面概念早560余年。

创制仪器

 

    我国古代以农为本，农事与历法密切相关。元朝初年，沿用金朝的重修《大明历》，误差日增，“前日中秋节，今霄月方圆”，尤其严重的是连农事活动所遵循的二十四节气的推算也失准，影响了农业生产，在人民生活中也造成了某些紊乱。为此，重新修改历法已是迫切需要的。

对历法的改革，刘秉忠曾上书忽必烈，只因当时元朝统一中国的战争尚在进行，难以实现。不久刘秉忠去世了。1276年，元军攻陷南宋国都临安，至此，长江南岸全部归顺元朝，天下一统。这时，忽必烈才采纳刘秉忠改制历书的建议，在北京设立太史局，由张文谦、张易牵头领导，王恂、郭守敬等具体负责新历的编算工作。

    改历之初，郭守敬首先指出：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”。他曾焚毁阴阳伪书，破除迷信，坚持科学态度，集中精力研制新的观测仪器，并本着简化、实用两条原则，在1276年—1279年间，先后研制出简仪、高表、候极仪、浑天象、仰仪等十八种天文仪器。《元史·天文志》称这些仪器“臻于精秒，卓见绝识，盖有古人所未及者”。其中最重要的是简仪和高表。高表，是在我国传统八尺圭尺的基础上，增高5倍，又称四丈高表。河南登封告城镇的观星台，就是郭守敬亲自设计，主持建造的建筑式高表，它是用来观测日影长短，推算回归年长度和二十四节气时刻的天文观测仪器。简仪是一大创造，它是在我国传统观天仪器浑仪的基础上，创制的一种新型的观天仪器，在结构上属于赤道坐标系。因此，郭守敬又是赤道装置的创始人。简仪比1598年丹麦天文学家第谷制造的同类仪器早300余年。明末来中国的德国传教士汤若望曾赞扬郭守敬为“中国的第谷”。另外，郭守敬还创制了玲珑仪、宝山漏、大明殿灯漏、屏风香漏、行漏等多件天文观测、计时仪器。

四海测验

 

    为了提高新历法的精密程度，在仪器研制工作即将完成时，王恂、郭守敬联名上书忽必烈，提出重建司天台（即天文台）。忽必烈采纳了他们的意见，改太史局为太史院（即北京司天台）。大都司天台不仅建筑宏伟，设备完善，而且网罗人才众多，是当时世界上最大的天文台。

1279年，郭守敬又上书忽必烈，要求在全国建立天文观测站进行长期观测。上奏时间从早晨到傍晚，忽必烈细心倾听，兴致勃勃，十分赞赏。于是立即派十四名监候官，分几路出发，在“东至高丽（今朝鲜），西极滇池（今云南），南逾朱崖（今西沙附近），北尽铁勒（今俄罗斯的东西伯利亚）”的广大区域内，设立了二十七个测量所（即天文观测站），分别测量当地冬至和夏至日影长度、昼夜时刻数及北极出地高度。这就是著名的四海测验。郭守敬对这次观测进行了总体规划，合理布局，科学选择观测站的位置。他为了掌握第一手资料，跋涉千里，领导了大都——河南——南海方面的实施观测工作。通过长期的天文观测，得到了大量、精密的天体运行相关数据，为编制新历法创造了条件。

编制历法

 

    编历工作从1276年开始，到1280年，经过了四年多时间完成。忽必烈取“敬授民时”之意，为新编历法赐名《授时历》。1281年正月初一，新历法正式在全国颁布实行。它虽然是多数人的集体创作，但郭守敬却是担任了主要的工作，起了决定的作用。

    《授时历》有许多独到之处，它采用的一些数据，由实际观测得出，其精密程度，堪称当时世界之最。《元史》称：“郭守敬等遍考历书四十余家，昼夜测验，创立新法，参以古制，推算极为精密”。比如它测定一回归年长度为365.2425日，与现在通行的《格里历》（即公历）回归年数值一致，但《格里历》颁布于1582年，比《授时历》晚了301年。郭守敬等人创立了相当球面三角公式的算法，用于计算天体的黄道坐标和赤道坐标及其相互换算；创立了三次差内插法，使天体位置算得更精确，比世界著名科学家牛顿提出的同类公式早396年。还废除了历代编算历书中的分数计算，采用百进位制，使计算工作大为简化。由于郭守敬等人的开创性工作，使得《授时历》成为我国古代最优秀的历法，它从元初一直使用到清初，长达364年之久，并且还传到朝鲜和日本等国。

大都治水

 

    1291年，郭守敬年逾花甲，又转而从事水利建设。当时民间传说，滦河自开平至永平河段，泸沟河自麻峪至寻麻林河段，加以整治疏浚后，即可通行船只。元世祖一时不能决断，便委派太史令郭守敬去考察。郭守敬沿两河的新旧水道，仔细勘测后，认为，两条河道流域面积小，降雨量少，即使投入大量人力挖深河道，也会因缺乏水源，难以通行船只,建议元世祖忽必烈放弃这一计划。郭守敬的真知灼见，避免了一次劳民伤财的大浪费，元世祖深为赞赏。与此同时，郭守敬建议开挖北京至通县的运河，这样可把通过南北大运河从江浙运到通县的官粮，直接运到北京城。以前，从通县到北京，全靠陆运，花费大量金银不说，而且一遇大雨陆运非常困难。牲畜死伤，不计其数。元世祖采纳郭守敬建议，令“当速行之”。经过两年挖凿，1293年，运河通航，长26公里。为了解决运河的水源问题，郭守敬不辞劳苦，走遍大都西北郊，查勘地形，寻找水源，选择路线，最后他选择了大都西北昌平神山脚下白浮、一亩等十多处泉水作为水源。为使泉水顺利引入大都城，他设计出一条沿西山山麓长达30公里的河渠，即著名的“白浮瓮山河”。为防止引水东泄，郭守敬设计在河渠东岸修筑了一条大堤，史称“白浮堰”，这样将西山大部分地面水和地下水引入河渠。大致沿着50米等高线平稳顺利引入瓮山泊，再注入大都城内的积水潭。使南来的船只一路北上直达大都城内积水潭。运河开通后，元世祖从上都返回北京，见到积水潭上“舳舻蔽水”，盛况空前，十分高兴，欣然亲自赐名为“通惠河”。

著书立说

 

    郭守敬博学多识，才华横溢。一生中，他不仅脚踏实地做了大量实际工作，并且还呕心沥血写了大量科学巨著。

    1280年，在《授时历》刚刚编制完成，王恂去世。但历书编算公式、计算方法及其精化工作，还没有最后定稿。郭守敬随即竭尽全力，精心整理，编成了《推步》七卷、《立成》二卷、《历议拟稿》三卷、《转神选择》二卷、《上中下三历注式》十二卷等二十六卷天文著述。1286年，郭守敬继为太史令，仍埋头研究天文、整理资料，续著《仪象法式》二卷、《时候笺注》二卷、《修改源流》二卷、《二至晷景考》二十卷、《五星细行考》五十卷、《古今交食考》一卷、《新测二十八舍杂座诸星入宿去极》一卷、《新测无名诸星》一卷、《月离考》一卷等七十九卷。著书总共一百零五卷。当郭守敬把这些历稿上奏朝廷后，即被全部深藏于宫庭以内。由于封建社会的禁锢，可惜的是，致使这些灿烂的科学文化大多失传了。但郭守敬孜孜不倦，勤奋好学的精神却永远流传民间。

    1316年，为祖国的科学事业辛劳了大半生的郭守敬去世了，享年八十六岁。他的遗体归葬故乡邢台。邢台城西北三十里，曾有郭守敬墓。郭守敬的一生，是勇于探索，在科学事业上不断做出贡献的一生。他的辉煌成就，将永远为我中华民族所骄傲；他那科学精神将永远激励后人。