学究天人的大科学家——郭守敬

赵之珩

月球上有一座“郭守敬环形山”，我国有一架“郭守敬望远镜”，你知道郭守敬是何许人也吗？今天，我们就来讲讲郭守敬的故事。

笃学好思，崭露头角

郭守敬是我国元代著名的科学家，他在天文学、数学、地理学、机械制造学、水利工程学等方面都做出了卓越贡献，为了纪念他的功绩，我国目前最大的光学望远镜——LAMOST就以他的名字命名。

郭守敬出生在公元1231年河北邢台的一个书香世家。自幼丧父的郭守敬由祖父郭荣抚养长大。祖父郭荣是一位读书人，不仅通晓四书五经，还精通数学、天文学和水利工程，结交了一批知名的学者。耳濡目染之下，郭守敬也十分热爱科学技术，十岁时就能自己动手制作一些有趣的小玩具。十五岁时，他发现了一本深奥的天文学著作——《璇玑图》。通过认真研读，他弄清楚了书中的一个个原理，用竹篾（miè）制造了一架“浑天仪”。他还在院子里修筑了一座高台，把浑天仪架于其上，并在旁边放上一个小小的写字台，挂上一盏小灯笼。到了夜晚，他登上高台，慢慢转动仪器上的“窥管”，瞄准星星，测量它们的位置和运行路线，然后再伏案记录。就这样，少年郭守敬已初步掌握日月星辰的运行规律，长大后逐渐成为远近闻名的年轻学者，每天都有许多仰慕者前来访问和求教。

在郭守敬的青年时代，我国北方还在金国的统治下，后来塞北的蒙古国大军跨过万里长城，大举南下打败了金国，统治了北方，建立了元朝。因为北方经常闹水灾，元世祖忽必烈在公元1260年召集水利专家整治河道。29岁的郭守敬和他的老师张文谦被朝廷授予官职，到河北、河南一带监督、指导河道整治工作。郭守敬非常认真，通过广泛的考察，对河道的走向、水利设施情况、泛滥的原因等都做了详细记录，并绘制成地图。忽必烈非常赏识郭守敬的才干，给予了嘉奖。

临危受命，编制历法

公元1276年，郭守敬45岁的时候，元朝的军队攻下了南宋的首都临安（现今的杭州）。南宋灭亡了，元朝统一了中国。忽必烈把元朝的京城从燕北大草原迁移到了燕京（现今的北京），定名为大都。

国家统一后，人们急需一部全国统一的历法，用以指导农业生产，而且此时距离一行编制《大衍历》已经过去五百多年，旧的历法也早已不适用。在忽必烈的敦促下，朝廷建立了一个编制历法的“太史局”。郭守敬被招入京，进入太史局专门负责编制历法。

编制新的历法，从何处入手呢？郭守敬提出“历之本在于测验，测验之器先于仪表”，也就是说要编历法首先要进行观测，在观测之前必须先制造好观测工具。郭守敬召集了几十名匠人，在宽大的场院里搭起了一座大棚，棚底下修起了一座座大大小小的冶炼炉。郭守敬忙着设计观测仪器、绘制图纸，工匠们则按图制造。郭守敬精通数理、天文学、机械制造，又有实际的观测经验，深厚的学养使他迸发出无穷的创造力，他先后制造出15种以上的新仪器，解决了许多观测难题。他发明的“候极仪”，解决了给北天极定位的难题;他发明的“仰仪”能精确测量太阳方位，把太阳的影像投在一个“大锅”内就可以测定日食从开始到结束的时刻;他发明的“玲珑仪”能够随时测到每一颗星星在天空中的位置。这些仪器的复制品如今大都陈列在邢台市的“郭守敬纪念馆”里。

简仪

郭守敬制造的最著名的仪器当数“简仪”。在郭守敬以前，历代天文学家都使用浑仪测定星辰的位置，浑仪的经度环、纬度环、黄道环、白道环、子午环、地平圈环环相套、复杂多变，转动起来非常困难，各环之间还互相遮挡，常会掩盖住要观测的天体，给测量工作带来很多麻烦。郭守敬用思辨哲学，反其道而行，将这些环一个个地分开，安装在一个支架上，每个环都可以独立旋转，分别完成不同的观测项目，不会互相干扰。这样，他就把这种化繁为简的仪器取名为“简仪”。郭守敬设计的简仪测量精度很高，代表了当时世界最高水平。英国的科学史专家李约瑟曾说：“对于现代望远镜广泛使用的赤道装置来说，郭守敬的简仪堪称‘先驱。”

巧用工具，躬身观测

公元1279年，简仪制造成功后，朝廷在大都建造了一座司天台（现北京古观象台前身）。郭守敬就在这座司天台上成年累月地进行天文观测，他测量的黄赤交角度数为23°33′5.3″，与后来测得的当时真实的黄赤交角相比仅有1′6.8″的误差。18世纪，法国著名的天文学家拉普拉斯在论述黄赤交角逐渐变小的理论时，引用了郭守敬的测定值，并对郭守敬的观测给予高度评价。

通过测量每一年的冬至时间，郭守敬算出了一个回归年的长度——365.2425日。三百年后，欧洲出现的《格里历》采用的也是这个数据，非常接近当今的365.2422日。不仅如此，郭守敬还对1 000多颗恒星位置进行了测定，编制成了星表。这些都为制定新的历法打下了坚实的基础。

除了在司天台进行观测外，他还组织了全国范围的四海测量，从东到西、从南到北，设立了27个观测点，其中一个观测点就是如今的河南登封观星台。这个观星台于公元1279年建成，台高9.46米，量天尺长31.19米。每当正午时分，太阳光将台顶的影子投射在量天尺上，从影子的长度就可以确定二十四节气，冬至日影子最长，夏至日影子最短。郭守敬不辞辛劳，亲自到南海、北疆去测量，取得了丰富的资料。

河南登封观星台

公元1280年，郭守敬已近50岁。这一年的二月，他和同事们根据累积的观测数据，进行了精密筹划，编制出一部崭新的历法——《授时历》。从公元1281年起《授时历》正式在全国颁行，且在此后一直沿用了三百六十多年。這部历法汇集了我国古代历法的精华，较前人的旧历也更加精准。

公元1286年，郭守敬升为太史令;公元1301年，郭守敬年满70岁，按照当时的官方规定，郭守敬已经可以退休了。他提出申请，可是皇帝并没有批准，一直让他连任到86岁去世。

明朝时，德国传教士汤若望把郭守敬称为“中国的第谷”。第谷（1546—1601）是丹麦的天文学家，比郭守敬晚生315年，他在汶岛上建立了一座边长为75米的正方形“观天堡”，制作了13架观测仪器，其中的浑仪直径3米，精确度达到了1″。他观测20年，测定了777颗恒星的位置，出版了《鲁道夫星表》，为16世纪欧洲大航海的船只定位打下了基础。1601年第谷去世后，他的学生开普勒根据他的观测资料发现了行星运行的三大定律，也就是著名的“开普勒定律”。

第谷与郭守敬所做的贡献有许多相似之处，他们也同为世界一流的天文学家，不过比较起来，第谷比郭守敬晚出生了300余年，汤若望应该反过来说第谷是“欧洲的郭守敬”才对！