元代著名科学家郭守敬的故事

郭守敬（公元1231—1316），字若思，元代邢州邢台（今河北邢台）人。是我国宋元时代著名的天文学家和水利工程专家。

　　郭守敬生活在我国的宋元时代，这个时代我国封建经济文化高度发达，火药、罗盘和印刷术的发明对世界科学文化发展具有重要的影响。他勤奋好学、刻苦钻研，善于汲取前辈科学家的研究成果，并注重总结劳动人民的生产经验，勇于实践和创新，在科学上做出了许多贡献。他不仅精通天文历法，还擅长水利工程，而且在数学、地理和机械工程等方面也有很高的造诣。郭守敬主要科学成就在天文历法和水利工程这两方面，其中天文历法的成就尤为突出。他是以优秀天文学家的名字列入世界古代著名科学家之林的。

　　元世祖忽必烈称帝并入主中原后，雄才大略，广罗人才，运用“汉法”。他吸取历代统治经验，改变蒙古旧制，采用宋、金以来封建政治经济制度，他不仅重用蒙古族人才，而且对汉族和其他民族的人才也加以使用，授以官职，使其为朝廷出力。这样不久推动了蒙古的社会进步，而且促进了全国的安定和发展。他还提倡兴修水利，重视农桑，开凿会通河、通惠河，使南北水路畅通。还实行屯田，兴建水利工程，推广农业生产先进技术等，这些措施都有利于元代农业生产的发展。1262年，忽必烈在上都召见了郭守敬听取他对水利的建议，郭守敬提出对北方水利资源及华北水利灌溉问题的具体意见。

　　公元1276—1280年间（元世祖至元十三年至十七年），郭守敬被元世祖忽必烈任命为主管历法方面的官员，主持历法的修订工作。元初，由于旧历法年久失修，旧有的天文仪器已经陈旧不堪，无法准确观测天象，发生了节气差错、日月食不准等各种弊病。公元1276年忽必烈下令修订历法，由许衡、张文谦、王恂和郭守敬等主持，但实际负责的却是郭守敬。他认为：“历之本，在于测验；而测验之器，莫先仪表。”于是就把研制天文仪器作为主要问题来进行。在修历过程中，郭守敬一共创制了简仪、高表、候极仪、浑天仪、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷、定时仪等十三件精巧的天文仪器，这些仪器主要用于观测天体、日月、星辰和日食等。《元史》称他研制的这些天文仪器“皆臻于精妙、卓见绝识，盖有古人未及者。”这些仪器具有精致、灵巧、简便、准确的特点，不仅元代以前我国历史上没有，而且达到了当时世界的先进水平。

　　1279年天文仪器制成后，郭守敬在大都（今北京）城东设计、修建了一座观测天象的司天台—灵台。灵台里陈设有各种有关天文学的图书和仪器，是当时世界上设备最完善的天文台。以后明、清两代的观象台，就是在灵台的基础上扩建而成的。

　　郭守敬通过观测工作，对于“黄赤大距”（黄指太阳，赤指赤道，大距是指赤道平面和太阳平面形成的交角，是天文学上最基本的数据之一）和二十八宿距度（即赤经差）的测定有了重要发现，这也是他在天文学上的两项重要成就，对于改进历法具有重大意义。他于1280年春编写了一部新的历法—《授时历》，第二年颁行全国实行。《授时历》确定一年为365.2425天，比地球绕太阳公转一周的实际时数仅差26秒，和现代世界通用的公历完全相同，却比它早三百年发现。它是我国古代最优良的一部历法，体现了郭守敬在科学上的创新精神。

　　除天文学外，郭守敬还在水利工程方面有不少成就和贡献。由于他擅长地理，精通数学，在二十岁时就对邢州城外的古老石桥进行过疏通和重修，解决了当地交通和农业灌溉方面的需要。后在元政府的支持下，在经过对各地地形、河川进行勘测的基础上，制定出在华北地区整治河道、兴修农田水利和发展航运的规划。如，在元上都设计、兴修了铁幡竿渠；修复、扩建了西北河套平原的灌溉渠道；开辟了大都水源与凿通通惠运河等。

　　元上都城建成后，由于城内和城周围河流、湖泊较多，山洪下来，危及城池。1293年因下大雨，洪水冲坏上都城池，皇帝发派三万虎贲（侍卫）军来修复。为解决上都城的防洪和排泻洪问题，大德二年（1298年）郭守敬经实地勘测，设计了著名的水利工程“铁幡竿渠”。在上都城西北的铁幡竿山（铁幡竿高数十丈，以此镇海）上修渠，将铁幡竿山上的洪水引向滦河。铁幡竿渠东岸仅距上都城西城墙一公里，水利工程遗址至今尚存。这是我国北方草原唯一保存下来的水利工程。

　　1264年（元世祖至元元年），郭守敬随同西夏中兴等路行省（今宁夏、甘肃、青海一带）长官张文谦前往西北地区，负责修复河套平原的水利。河套平原，土地肥沃，河流众多，为西北地区盛产五谷的米粮川。这里的人民开凿渠道，利用黄河之水灌溉农田。其中有两条水渠最长，一条唐来渠，长四百里；另一条叫汉延渠，长二百五十里（都在今宁夏境内）。此外，还有数十条干渠和支渠。元初，由于战争等原因，使这些水利工程受到严重破坏，影响了农业生产。由于郭守敬精心设计，他带领当地人民用了两年多的时间，修复了旧有的水渠，还兴建了不少新的渠道，并在各渠道的入口处修建了用以调节水量的水坝和水闸。这些坝闸设计合理，坚固结实，直到明代中叶还继续使用。

　　元朝建首都于大都后，大都成为全国的政治、经济、文化中心。为了解决大都的物资供应，把粮食等物品从南方调运来京，急需开凿一条沟通大都与通州之间的运河，以便与杭州至通州的大运河连接。1292—1293年郭守敬授命开辟新水源和开凿新运河的任务。这项工程比较艰巨，辽金以来几番动工都未成功。郭守敬经过对大都周围地形、水文勘测、调查之后，终于找到了水源，制定出切实可行的计划。他在大都西北修建了一条长达三十公里的白浮堰，把昌平以南神山附近的白浮泉水引进大都城，然后利用旧有运粮道顺流东下，把通州和大运河连接起来。为了解决河床倾斜坡度问题，郭守敬还设计了设置二十座水闸、斗门来调节水位和控制流量，以保证船只顺利通行。这条运河全长一百六十余里，由两万多名工匠、兵士和水手化了一年多时间修成。通惠河的修成不仅解决了大都的漕运问题，同时也促进了元朝南北经济文化的交流。他还在测量华北地形时“又尝以海面教京师至汴梁（今开封）地形高下之差”，是我国地理学上首次用“海拔”测量地形。

　　 齐·斯秦巴托　　　 本文参考《中国古代科学家史话》、《蒙古族简史》等书