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郭守敬(1231—1316),河北邢台人,是中国古代著名的科学家,在水利、天文历法、仪器制造等方面都有杰出成就。他出身书香世家,幼承祖父郭荣家学,攻研天文、算学、水利;后又师从对天文、地理、律历、占卜无不精通的饱学之士,元朝唯一一位以汉人身份位列三公的名臣,同时也是他的同乡刘秉忠。郭守敬的家学渊源,加上其勤奋好学、乐于钻研的精神,使他在少年时期就在仪器制造、水利设计等方面展露才华。他十五六岁时得到一幅绘有计时器“莲花漏”的旧图,“已能尽究其理”,据之复原了古老的莲花漏;二十岁时负责指导疏浚家乡的河道,经多次勘察,找到了当地一座被淹没多年的古石桥,朝廷派来巡视的安抚使按照他设计的开河建桥方案,修成了一座比以前更坚固的石桥,郭守敬从此名扬乡里。
蒙中统三年(1262),31岁的郭守敬被蒙廷重臣张文谦推荐给忽必烈,他“面陈水利六事”,令忽必烈大为叹赏。蒙至元一年(1264),郭守敬跟随张文谦整修西夏河渠,依照他的方案修建的水坝、水闸,设计精良,质量坚固,直到明代中叶仍在发挥效用。
在水利方面,郭守敬最杰出的贡献是开凿通惠河。古代社会的交通主要靠漕运。元朝建都北京时,金朝早年开凿的运河已经荒废,江南源源不断运往大都的粮食等物资,都只能送到通州,然后再靠畜力运往京城,劳民伤财耗时,若遇秋雨,“驴畜死者,不可胜计”。解决大都漕运问题成当务之急。元世祖至元二十八年(1291),郭守敬被任命为中央政府的都水监,主持北京至通州间的运河开凿工程。面对当时水源不足的困难,郭守敬发挥了卓越的才能。他利用大都周边的地形,除引用金朝曾经利用过的瓮山泊(今北京颐和园昆明湖)和高梁河(今北京西郊紫竹院一带)的水源之外,还引用昌平东南凤凰山山麓和西山山麓的泉水。他设计了一条长达30公里的河渠,将多处水源分别汇入其中。运河修通后,被定名为通惠河。通惠河的通航,使南来的漕粮船只可从通州直接驶入北京的积水潭,对繁荣大都经济、稳定元朝政权起到了重要作用。当年张文谦曾以四字评价郭守敬在水利方面的杰出才能:“巧思绝人”。
在天文历法方面,郭守敬也有着不可磨灭的贡献,这集中体现在《授时历》的编制上。元朝建立全国统一政权之前,中国南北方所用的不是同一个历法,且误差较大。元至元十三年(1276),元世祖下令重修历法。负责具体实施这项任务的郭守敬再次展现其惊人的才华。郭守敬认为:“历之本在于测验,而测验之器莫先于仪表。”他和当时著名的天文学家、机械制造专家一起,在短短三年时间里精心研制出了用于天文测量的简仪、圭表、浑天象、玲珑仪、仰仪、日月食仪、星晷定时仪等12种新仪器。这些仪器的功能和精度都大大超越了前代。经过反复勘测,他在大都城东主持建立了当时世界上规模最大、设备最完善的司天台(天文台),同时在全国布设了27个天文观测点,分布在东到高丽、西到云南滇池、南至南沙、北至西伯利亚的广大区域。这是一个空前浩大的天文测量工程,包括实测各站点的经纬度,观测二十八宿及其他恒星的位置,测定黄赤交角、日影、北极出地高度(观察北极星的视线和地平面形成的夹角的度数)、春分秋分昼夜时刻及冬至时刻等多项内容。这次观测所得出的数据都达到较高的精确度,为《授时历》的编制提供了重要的参照。
元世祖至元十七年(1280),一部集古代历法之大成、空前精确的历法编制成功,根据古书“授民以时”的命意,它被定名为《授时历》。作为当时世界上最先进的历法,《授时历》有许多革新创造:它废除了过去许多不合理、不必要的计算方法,创立了几种新的算法(如用弧矢割圆术来进行黄道坐标和赤道坐标数值之间的换算等);它科学地总结了前人经验,从南朝刘宋时期的大明六年(462)到元朝近900年间的天文资料中,选出了六个比较准确的数据,经过运算,确定一回归年为365.2425日,其精确度比地球绕太阳公转一周的时间只差了26秒,与现行公历(格里高利历)一年的长度完全相同,而《授时历》的颁行比格里高利历(1582)足足早了300年。
元人齐履谦曾如此评价郭守敬:“公以纯德实学为世师法,然其不可及者有三,一曰水利之学,二曰历算之学,三曰仪象制度之学。”尤其在天文历法方面,郭守敬的成就彪炳千古。1970年,国际天文学会将月球背面的一座环形山命名为“郭守敬环形山”;1977年,经国际小行星组织批准,中国科学院紫金山天文台在1964年发现的一颗小行星被命名为“郭守敬星”。
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