历史上的今天——1280年12月19日,元朝颁行著名天文学家郭守敬的《授时历》

《授时历》,为公元1281年(元至元十八年)实施的历法名,因元世祖忽必烈封赐而得名,原著及史书均称其为《授时历经》。其法以365.2425日为一岁,距近代观测值365.2422仅差25.92秒,精度与公历(指1582年《格里高利历》)相当,但比西方早采用了300多年。公元1276年(元十三年)元世祖命许衡“领太史院事”,全面负责这一工作,并以王询、郭守敬为副,共同研订。

元朝初年沿用过去金国的《重修大明历》。这个历法是公元1180年(金世宗大定二十年)修正颁行的。行用了几十年后,误差积累已经相当严重,所以发生了好几次预推与实际现象不符的事。再一次重新修改是迫切需要的了。

公元1276年(元至元十三年),元军占有了南宋都城临安。就在这一年,元世祖忽必烈迁都大都,并且采纳已死大臣刘秉忠的建议,决定修订历法,颁行元朝自己的历法。于是,元朝廷下令在新的京城里组织历局,调动了全国各地的天文学者,修订历法。这件工作名义上以张文谦为首脑,但实际负责历局事务和具体编算工作的是精通天文、数学的王恂。当时,王恂就想到了好友郭守敬。他长于制器和通晓天文。因此,郭守敬就由王恂的推荐,参加修历,奉命制造仪器,进行实际观测。从此,在郭守敬的科学活动史上又揭开了新的一章,他在天文学领域里发挥了高度的才能。

郭守敬(1231年—1316年),字若思,汉族,顺德府邢台县(今河北邢台市邢台县)人。元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家。早年师从刘秉忠、张文谦,官至太史令、昭文馆大学士、知太史院事,世称“郭太史”。元仁宗延祐三年(1316年),郭守敬逝世,享年八十六岁。著有《推步》、《立成》等十四种天文历法著作。郭守敬父亲的情况史传未载,有可能是早逝。他是由祖父郭荣抚养成人的。

郭荣是金、元之际一位颇有名望的学者。郭守敬幼承祖父郭荣家学,精通五经,熟知天文、算学,擅长水利技术。在郭荣的教养下,郭守敬从小勤奋好学,在少年时代就养成了很强的动手能力。郭守敬十五六岁时,曾根据书上的一幅插图,用竹篾扎制出一架测天用的浑仪,而且还堆土做了一个土台阶,把竹制浑仪放在上面,进行天文观测。他还曾根据北宋燕肃一幅拓印的石刻莲花漏图,弄清了这种可以保持漏壶水面稳定的、在当时颇为先进的计时仪器的工作原理。

当时,忽必烈(元世祖)的重要谋士、著名学者刘秉忠因居父丧,正于邢台西南的紫金山中结庐读书,从学的人有著名学者张文谦、张易、王恂等人。郭荣与刘秉忠交好,便将少年郭守敬送到刘秉忠门下深造。刘秉忠精通经学和天文学,郭守敬在他那儿获得了颇多的教益。

蒙哥汗八年(1251年),刘秉忠被当时总领漠南汉地事务的忽必烈召入幕下。刘秉忠离开邢台后,把郭守敬介绍给了张文谦。

郭守敬在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就。他自至元十三年(1276年)起,奉命修订新历法,历时四年,制订出了通行三百六十多年的《授时历》,成为当时世界上最先进的一种历法。为修订历法,郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器。

郭守敬首先检查了大都城里天文台的仪器装备。这些仪器都是过去金国的遗物。其中浑仪还是北宋时代的东西,是当年金国占有北宋的京城汴京以后,从那里搬运到金国中都来的。当初,一共搬来了三架浑仪。因为汴京的纬度和金中都相差约四度,不能直接使用。金国的天文官曾经改装了其中的一架。这架改装的仪器在元初也已经毁坏了。郭守敬就把余下的另一架加以改造,暂时使用。另外,天文台所用的圭表也因年深日久而变得歪斜不正。郭守敬立即着手修理,把它扶置到准确的位置。这些仪器终究是太古老了,虽经修整,但在天文观测必须日益精密的要求面前,仍然显得不相适应。

郭守敬不得不创制一套更精密的仪器,为修历工作奠定坚实的技术基础。历法的制定工作中所必须的天文观测,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,应用的主要工具是浑仪。圭表中的“表”是一根垂直立在地面的标竿或石柱;“圭”是从表的跟脚上以水平位置伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向的时候,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。表影最长的时候,冬至到了;表影最短的时候,夏至来临了。它是我国创制最古老、使用最熟悉的一种天文仪器。这种仪器看起来极简单,用起来却会遇到几个重大的困难。

所以为了修订历法,元朝廷修建了观星台,并且进行了有史以来最大规模的天文学实际测量的工作,最北到达了西伯利亚,最南则到达了南海诸岛。通过一系列精准的天文测量,并且在南宋《成天历》的基础上,郭守敬等杰出的科学家终于克服了修订历法中的种种困难,非常成功的精确制订完成了《授时历》这部卓越的历法。

至元元年(1264年),郭守敬奉命修浚西夏境内的古渠,更立闸堰,使当地农田得到灌溉。至元二十八年(1291年),郭守敬任都水监,负责修治元大都至通州的运河,耗时一年,完成了全部工程,定名通惠河,发展了南北交通和漕运事业。1970年,国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。1977年3月,国际小行星中心将小行星2012命名为“郭守敬小行星”。

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