郭守敬：我国古代科技巨星

陈 陆 石自灵

郭守敬：我国古代科技巨星

陈 陆 石自灵

郭守敬（1231-1316年）——我国古代科技的旷世奇才，和祖冲之等人被称为我国古代卓有成就的科技大家。在他一生的科技成就中，有二十几项遥遥领先当时世界水平，为人类科学事业的发展作出了巨大贡献。

二十世纪七十年代，国际天文学组织把月球背面的一座环形山和太空中编号为2012号的小行星分别以郭守敬命名，以纪念他在天文学上的伟大贡献。他在天文学及天文仪器制造中成绩斐然，在水利方面的成就也同样令世人惊叹。

世界上里程最长、工程最大、最古老的运河——京杭大运河，经历了三个很重要时期：一是春秋时期大运河的肈始阶段；二是于隋代开凿形成，并于唐宋得以发展；三是在元代成为沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系、纵贯南北的水上交通要道。

正是元代大科学家郭守敬，成就了大运河发展的第三个高峰。

旷世奇才是这样炼成的

我国古代能工巧匠和奇人异士不少，但翻开我国浩如烟海的史书，能象郭守敬那样在有生之年实现自己的理想，并能写进正史的人并不多。很幸运，他生长于在一个世势造英才的大环境里，有一个师生提携、精英协作的团队，加之其本人有浓厚的家学渊源，及不满足于前人的科技成果，不拘泥于已有科技手段，学而笃于行。

大胆创新、勇于突破的精神，使郭守敬脱颖而出，成为我国古代历史上杰出的科技巨星。

郭守敬，河北邢台人，出生于元代初期。由于多年的战乱，特别是北方金人与蒙古人之间连年不断的战争与野蛮的掠夺，以及后来元朝与南宋政权之间多年的征战，使得农业遭到极大的破坏，百业凋弊，民不聊生。

元世祖在统一中国初期，为了巩固自己的统治，不能不采取措施发展农桑。

发展农业离不了水利建设，耕田播种更要顺应天时。于是元世祖任用了一批人才，重新制定历法，修筑和修复了一批水利工程。在这批人才中，就有郭守敬的老师刘秉忠、张文谦，在他们的推荐下郭守敬和他的同窗王恂也先后进入元朝的朝廷。这批精英后来都在国家政务及科技方面做出了突出贡献。

郭守敬自幼在祖父郭荣的教诲下成长。郭荣精通五经，熟知天文、算学、尤其擅长水利。郭守敬在祖父的严格教育下，小小年纪就显露出了罕有的科学才能和动手能力。他十五六岁就能根据一幅“莲花漏”图，制作出北宋科学家燕肃创制的漏壶——一种结构较复杂、原理较深奥的计时工具——莲花漏。二十岁时经过察勘和计算，他在邢台附近，准确判断出一座被冲毁并掩埋在河中多年的石桥桥基的方位，为家乡人们重新修桥立下了奇功。

为了使“巧思绝人”的孙儿能开阔眼界，继续深造，郭荣将郭守敬送到自己的好友刘秉忠门下去学习。刘秉忠是当时有名的大学问家，届时正在家中服丧。他深通天文、算法、地理、音律等。

宋末元初，我国北方民间讲学之风兴盛，志同道合的人们集聚在一起研讨各种学问。刘秉忠利用三年服丧时间，在邢台家乡附近的紫金山读书讲学，其中有他的好友张文谦等人，均是一些杰出人物。

北京京杭大运河北端起点通州段景象。700多年前，元代水利专家郭守敬开凿通惠河，京杭大运河自此全线贯通，元、明、清整整三个朝代都倚仗着它来维系京城的粮食和物资供应。摄影/罗先明/CFP

在那里郭守敬有幸结识了同窗王恂，一位数学、天文方面的天才少年。

刘秉忠、张文谦先后被召进宫廷，担负起国家政务以及天文、水利方面的要职，他们向元世祖推荐了自己的得意门生郭守敬和王恂。从此这两位同窗便携手步入元朝最高科研机构，他们密切合作，互相协作，成就了天文历法方面的多项成果。

俯望长空 吐纳星河 制定《授时历》

在河南省登封市东南15公里的地方，有一座观星台。这是我国保存下来的古代观测天文的为数不多的一座砖石建筑，已有700多年的历史。它由台身和石圭组成，台身形如覆斗，台上放有观天象的石圭。这是元代大科学家郭守敬观测和制定《授时历》的地方，它代表了我国元代在世界天文学上的最高水平。

中国古代天文学在世界上一直较为领先，至元朝达到世界高峰。农业生产与天文历法密切相关。历法准确，农业生产作业方式才能更加精细。因为播种和收获均有极强的季节性，早晚相差几天，收成便大不相同。我国自古就重视天文历法，《尚书·尧典》上就记载了尧任命专门官员观测天文来制定历法的事。

元朝初期沿用的是金朝旧的历法，由于旧历极不准确，已严重影响到农业生产。1276年元世祖迁都大都，决定采纳已故刘秉忠的建议重修历法，于是成立历局，由张文谦负责。张文谦将历局的事务和具体工作交给了精通天文、数学的王恂，王恂又请郭守敬负责天文仪器的制作和测量。两人从此一生携手同攀我国古代天文历法新高峰。

上：北京朝阳区高碑店漕运庙会在高碑店漕运码头遗址举行。学生们为郭守敬雕像敬献花篮。摄影/京华时报张斌/CFP

下：北京朝阳区高碑店漕运庙会在高碑店漕运码头遗址举行。市民向运河中抛洒花瓣以纪念水利先驱郭守敬。 摄影/程功/CFP

河北邢台市各中小学校的学生和志愿者们，来到邢台市达活泉公园开展清明节祭奠先贤郭守敬的大型公祭活动。 摄影/陈克家/CFP

工作之初，郭守敬就将天文实测放在最重要的位置。他提出“历之本在于测验，而测验之器，莫先于仪表”的新主张。他创制和改进了简仪、高表、候极仪、浑天象、仰仪、立运仪、景符、窥几等十几件天文仪器仪表，为以后的观测创造了良好的条件。

为了准确编历，他建议元世祖开始一次史无前例的天文测量。元世祖接受了他的建议，派了14位天文学家，在国内27个地点，进行了大规模的“四海测量”，测量的中心站点便是登封的观星台。观测从北纬15°的南海起，每隔10°设一个点，直至纬度65°。最南至西沙群岛，最北至北极圈内。测出的北极出地高度平均误差只有0.35；新测二十八宿距度平均误差还不到5′；测定了黄赤交角新值,误差仅1′多。法国大科学家拉普拉斯称其具有“卓绝的精度”。

经过郭守敬、王恂等人四年的观测和计算，1280年春，一部新的历法——《授时历》终于完成。新历法《授时历》定一年为365.2425天，即365天5时49分20秒，与地球绕太阳公转的实际时间，只差26秒钟。与现今通行的《格里高利历》（即俗称的阳历）的周期值完全一致。但现今通用的公历是从1582年开始使用的，《授时历》比它整整早了300多年，可见元朝时我国天文学上的水平是当时任何一个国家都难以望其项背的。

俯瞰大地 经纬山河 重整大运河

郭守敬一生在水利方面成就卓著。他的大半生都献身于水利工程的建设，他的足迹踏遍了大半个中国，先后治理了大小河流上百条。

1262年春，在他的老师张文谦的推举下，31岁的郭守敬第一次觐见了元世祖忽必烈，便力陈其水利建设的六项大计。他以高远的目光，预见到元朝定都大都后，面临的最大问题是如何开发和利用大都的水资源，因此在六条大计中第一条便是开通通州至大都的漕运河道。

他的建议得到了元世祖的大力赞扬，当下就任命他为提举诸路河渠，掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他为银符副河渠使。

他面临的第一个大的水利工程是治理宁夏一带的黄河灌渠。公元1264年，郭守敬以河渠副使身份，随同西夏中兴等路行省(今宁夏、甘肃、青海一带)长官张文谦巡视宁夏，负责修浚因长期战乱被破坏淤塞的渠道。

当时，宁夏两条最长的干渠——汉延渠、唐徕渠均都淤废，不能发挥原有的灌溉作用。郭守敬实地考察地形水情之后，结合实际提出了“固旧图新”的办法，疏浚了旧渠道，开挖了新渠道，建立了水闸，筑起了水坝。不到两年时间，宁夏引黄灌区灌溉农业重现生机。原来四处逃荒的农民又纷纷返回家园，开荒种地，大兴农桑，塞上江南的面貌重现在黄河两岸。宁夏的老百姓以最高礼仪——为他建立祠堂，来纪念他的功绩。今天，宁夏唐徕公园还立有郭守敬塑像一尊，以纪念他不可磨灭的功绩。

从隋唐至宋，大运河都是以洛阳为中心的一条南北运输线，到金元建都大都（北京）后，南北大运河已无法满足时代的需要。元大都，从统治半个中国的金朝的都城中都，一跃成为元朝政治、经济的中心，对于水资源的需求日显重要。

作为都城，要满足日益增长的人口的日常用水、宫廷林园浇灌的需要，更要完成每年从南方往都城调运几百万石粮食的任务。

但元朝初期，南方几百万石粮食和大量物资的运输，主要依靠隋朝开凿的南北大运河和华北的几条河流。老的大运河从洛阳至杭州走了一条“弓形”，且最北端只达通州，从通州至元大都还要依靠陆地运输。

为了缩短从元大都至杭州要绕道洛阳的航运路线，元世祖先下令开凿临清至济州之间的运河。工程分两期进行：先开济州河，再开会通河。济州河南起济州（今济宁市）南的鲁桥镇，北至须城（今东平县）的安山，长150里。会通河南起安山，接济州河，凿渠向北，经聊城，到临清接卫河，长250里。这两段运河开凿成功后，南方来的粮船可经此段运河到达通州。

但从通州至元大都的运输，仍要靠车拉马驮，费时费力，且耗费巨大。每至雨天道路泥泞，山陡路滑，车马倒毙，役夫苦不堪言。解决通州至元大都的漕运，是关系到国计民生的大事，是从金朝到元代的统治者最纠结的问题。

金朝大定年间，曾开凿过一条京都至通州的运河：自浑河（今永定河）引水东下，过京都向东，注入通州城东的白河。由于永定河水泥沙过多，常常淤积，洪水来时，河水泛滥成灾。一次发大水，几乎将京城淹没，于是当局不得不将其上游堵塞。漕运的问题便以失败告终。

至元朝后，漕运的问题几经波折，最终还是在郭守敬手中得到解决。

郭守敬先是引元大都附近玉泉山的清泉，利用金朝时旧运河的河道，引水至通州。可惜一条泉水的水量有限，难以承载巨大的漕运量。

接着郭守敬又改用水量充沛的浑河的水流。为了解决泥沙问题，他在上游修了分水闸，遇到洪水时，可将一部分水流从分水河分出，以减少运河下游的水量，避免了河水的泛滥。

社会各界人士参观郭守敬纪念馆。摄影/黄涛/CFP

但因上下游水流的落差太大，要控制水流的流速，必须修筑闸门。而河流的泥沙过多，容易将闸门淤死。最终运河修成以后，因无闸门控制水流，运河的流速过大，漕运的船只难以航行，漕运又一次宣告失败。

如何将泥沙、水量、河道的坡度，这三个问题统筹考虑妥善解决，成了困扰郭守敬的最大问题。

郭守敬又一次踏勘元大都周围山区的泉流和水道。经过其认真勘察和精密测量，发现大都城西北30公里外的神山（今凤凰山）下有一眼白浮泉，水量充沛，而且海拔高于大都城10米，离都城的直线距离仅为60多华里。问题是引水直线向东，要经过沙河和清河的两大河谷，而两河谷的地势均低于大都。

郭守敬大胆决策，先将白浮泉水背离大都方向引向西行，沿着西山山麓开渠转向东南，绕开两个河谷，沿平缓的山坡一路汇集西山上流下的众多泉水，导入瓮山泊（昆明湖的前身）。虽说运河增加了里程，却增加了水量，又减缓了河道的坡度，而沿途接纳的清泉含泥沙少，又避免了泥沙淤积，便于修筑闸门，利于漕运船只航行。

元世祖对郭守敬的新方案极为重视，命郭守敬兼职领导，并且调动几万军民，在1292年（至元二十九年）春天动工。这条从神山到通州高丽庄，全长160多华里的运河，连同全部闸坝工程在内，只用了一年半的时间，到1293年秋天就全部完工了。

当时南方来的船舶可以一直驶进大都城中的积水潭（包括现今的什刹海、后海一带）。史载，当年元世祖忽必烈从上都归来，“过积水潭，见舳舻蔽水，大悦”，于是命名这条河为通惠河。

通惠河是南北大运河最北端的一段，自通惠河开凿成功后，新的南北大运河全线开通。新的大运河全长1700多公里，它由隋朝的“弓形”，改为南北纵向的“直弦”，航程缩短了900多公里。大运河将海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系连接起来，密切了元大都与最富庶的江南的联系，促进了元朝经济的发展。

南北大运河自元代起使用，至明、清均得到维护，并一直沿用至20世纪初叶。

科技巨星 世代景仰

在北京什刹海西海的西北角有一个闹中取静的去处，那里假山叠石，树林葱郁。从曲折的小径，沿清流前行，在一小丘之巅有一座“汇通祠”，这里便是郭守敬纪念馆。

汇通祠建于元代，是当时的“北水关”，通惠河的河水当年便是从这里的一个喷水的大石螭流出，然后进入北京城的。当年郭守敬就曾长期在此主持全国水系的水利建设的设计。

从纪念馆内的“什刹海与元大都缩略图”、元代水关模型、元代粮船铁锚等，可以想见通惠河开凿成功后，漕运终点——元大都当年千帆聚泊、万船竞渡的热闹、繁盛的场面。

通惠河的开通，给北京城带来了富庶、繁华，它无疑成了北京城建史上重要的里程碑。

著名科学家侯仁之指出，通惠河修建中，郭守敬在世界首次运用了以海平面为基准点的测量方法，显示了当年郭守敬在勘测设计施工的高超水平。

郭守敬还是以科学考察为目的探寻黄河源头的第一人，只是他的考察结果未能保存下来。

遗憾的是，在郭守敬晚年，元代统治者迅速腐败，他们忙于享受和争权夺利，早已失去了当初积极进取的精神，郭守敬也因此失去了潜心科研的政治和社会环境，合作伙伴王恂也在制定出《授时历》不久病逝，合作团队离散，郭守敬也再也没有什么重大的科研创制。但不甘寂寞的他，又开始埋头著书立说，完成了《推步》、《月离考》等105卷科学著作。

1316年，郭守敬这位元代的科技巨星殒落了，享年86岁，他为我国科研事业整整工作了60多年。

漫步展馆，睹物思人，感慨万端，“天地有正气，杂物赋流形。下则为河岳，上则为日星……”南宋著名诗人文天祥的诗句蓦然涌上心头，这正是郭守敬吞吐日月，经纬山河，甘于奉献、勇于创新精神的真实写照。他的精神已化为以他的名字命名的星月，与天地共存，与日月同辉。

（编辑/于翔汉）