元代著名科学家郭守敬及其贡献

元代著名科学家郭守敬及其贡献

郭守敬作为一个科学家,他的专长和造诣是多方面的,在天文、水利、机械制造以及地理、数学、物理等各个领域都有杰出的创造和贡献。

七百年来,他以非凡的科技成就而蜚声中外。在西方,有人称他为“中国的第谷”。第谷是丹麦的著名天文学家,晚于郭守敬三个世纪以上,成就也不如他。因此,与其把郭守敬称为“中国的第谷”,倒不如把第谷推为“欧洲的郭守敬”更为确当。

从有关史料来看,郭守敬的父母已不可考。我们只知道他自幼由祖父郭荣一手带大,及长,这两位老人对郭守敬的成长,曾起了很大作用。

郭守敬从小喜欢思考问题,对观察自然界和天象很有兴趣,有关他少年时期的传说很多,历来为人们所称道、有一个故事说他十五、六岁时,被《尚书漩巩图》所吸引,便用竹蔑仿制了一座浑天仪,放在土台上,每逢晴朗的夜晚,用以观测二十八宿。

还有一个故事说他偶然获得一幅拓印的古代计时器—莲花漏图,这种计时器的原理和构造相当复杂,成人尚且费解,然而少年郭守敬经过悉心琢磨:“已能穷尽其理”。二十岁时,他在家乡疏俊沟渠、修复石桥的工程中,表现了卓越的才干,引起人们的注意。当时著名诗人元好问特意为此写了一篇碑文《邢州新石桥记》,称许他“雏凤清于老凤声”,前途未可限量。

1262年,郭守敬由于“习知水利,且巧思绝人”(《元史》卷五《世祖本纪》二),被左兼宣抚使张文谦推荐给朝廷,受到元世祖忽必烈的召见。胸怀抱负的郭守敬自然不会放过这个大好机会,他当场提出六条兴修水利的建议,切实可行,对恢复华北地区的农业生产很有意义。元世祖不由赞叹说:“任事者如此,人不为素餐矣。”遂任命他为提举诸路河渠,次年又提升他为副河渠使。

蒙古人是以落后的游牧民族而入主中原的,为了巩固统治,元世祖不得不采取鼓励农桑、兴修水利的政策。郭守敬正是一位应时而出的人物,他一生经办了许多农田水.利与河道工程,一对恢复和发展遭受战争破坏的北方农业经济,起了重要作用。126年,郭守敬随张文谦到西夏地区(今甘肃、宁夏及内蒙古西部一带),主持修复了沿河古渠,使渠水四达,稻麦丰收,黄河河套地方又呈现出一派生机勃勃的景象。

为此当地人民特意建立一座生祠来纪念他。郭守敬作为一个开拓者,他的功绩也不容抹煞。在长期的水利实践中,郭守敬都能够实地考察,测量地形,绘制地图,把整治河道、发展航运和兴修农田水利一并考虑。

“又尝以海面较京师至诈梁地形高下之差”,这是地理学中的重要概念—“海拔”的初步运用,在世界上要早于西方。1265年,郭守敬回到上都,被任命为都水少监,1271年升任都水监。1276年,都水监并入工部,他被任命为工都郎中。

1276年(至元十三年),元军攻下南宋首都临安,全国统一已成定局。元世祖有感于旧行历法误差积累日渐显著,不利于活动和农业生产,乃下令成立“太史局”,调集全国各地的天文学者另修新厉。

主持这项工作的王询、许衡、杨恭都是精通天文、历法、一数学的一时俊选。王询是一个相当自负的人,唯独对郭守敬推崇备至,因此举荐他参加修历,负责制造仪器,进行实际观测。郭守敬由一个水利工程学家而步入天文学领域,在他的科学活动史上揭开了新的一页。

治历工作一开始,郭守敬首先指出:“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表。”他突破前代框框,将“浑仪”改制成具有世界先进水平的“简仪”,又改进了己有两千年历史的“圭表”结构。此外,他还设计制作了浑天仪、仰仪、景符、窥凡等大小二十多种天文仪器。

特别是“简仪”,实际是世界上第一台赤道仪,类似现代的“天图式望远镜”。象这种结构的测天仪器,西方要到十八世纪以后才开始从英国流传开一来,因此受到国外天文学家.的盛誉。郭守敬的师友许衡也曾以手加额赞美他说:“似此人世岂易得!”

郭守敬利用这些仪器对天象进行了精密的观测,取得了辉煌成就。他所测定的黄道和赤道交角以及二十八宿距度,对于新历的编算具有重大意义。郭守敬测定“黄赤交角”与现代推算的数值,实际误差只有很少,精确度极高,曾为十八世纪天文学家关于黄道倾角变易性的理论提供了证据。

二十八宿距度的测定是古代天文测量的重要数据。在此基础上,郭守敬又测量了全天一的恒星,著有《新测二十八宿杂坐诸星入宿去极》一卷及《新测无名诸星》一卷。我国自古以来见诸史籍,已经测定命名的诸星约有1464颗,郭守敬不但对这些星重新进行了测量,而且选取了相当数目未经命名的星,测定了它们的入宿度和去极度,编制成中世纪世界上最为先进和详备的星表。西方著名的“第谷星表”,完成于十六世纪末叶,表内星数也只有,可见郭守敬的成就实在非同一般。

与此同时,郭守敬、王询同尼泊尔建筑师阿尼哥合作,在大都兴建了一座新的天文台,台上安置着郭守敬创制的那些天文仪器。其地址在今天北京建国门内大街中国社会科学院一带,位于现存的明清古观象台不远处。

我国历朝都有在京城建造一天文台的习惯,被视为朝廷盛举。这个传统大约可以追溯到三千年前的周初。郭守敬等人所建造的天文台规模宏伟、设备齐全、人员众多,在当时世界上,堪称首屈一指。由于郭守敬的建议,元世祖派十四名天文学家,到国内二十六个地点进行了几项重要的天文观测。

《授时历》有不少革新创造,例如废除了许多不合理的计算方法,定一回归年为8652425日,与现行公历年一样。自然,一部历法的正确与否,首先要经受实践的检验。《元史。齐履谦传》记述了、件有趣的故事:依照《授时历》,大德三年八月己酉朔巳时“日食三分有奇”,然而“至期不蚀”。是《授时历》计算有错误吗?

据现代推算,那一天确实有日食发生,那是一次路线经过西伯利亚极东部的日环食,只是食分太小,加之时近中午,阳光过盛,肉眼没能观察出来,以至误认为“至期不蚀”。要之,《授时历》经受住了时间的考验,先后沿用了三百余年,对后世也有较大的影响。

《授时历》颁行不久,许衡、杨恭能相继告老还乡,王询病逝,郭守敬升为太史令。当时这部新历的许多算草、数表还只是一堆草稿,郭守敬花了两年多时间,把这些草稿整理清楚,写出定稿。

其中一部份就是《元史二历志》中的《授时历经》。在以后的几年里,他又将自己制造天文仪器、观测天象的经验和结果编写成书,共有百余卷之多。郭守敬治学严谨,从不采用古代流行的占验和分野等浮说,而把我国的天文学纳入了科学的轨道。

至元末期,郭守敬已是六十岁左右的老人,在主持太史院工作的同时,他又领导修建了一条全长一百六十多华里的运河—通惠河。迫切需要修建一条从通州直达京城的运河,与隋唐以来修建的大运河连成统一的运输系统,使船舶可以直接驶入大都城中。

但是限于大都的地理、水源条件,几经尝试,均以失败告终。元世祖深感头疼,不禁又想到了郭守敬,命令他主管其事。郭守敬不辞辛苦,亲自进行实地勘测,在总结以往失败教训的基础上,经过深思熟虑提出了一个完整、周密的方案。“帝览奏,喜日:‘当速行之。’于是复置都水监,悴守敬领之。帝命承相以下皆亲操备倡工,待守敬指授而后行事。”热闹非常,促进了南货北销,繁荣了大都经济。

1294年,郭守敬以昭文馆大学士身份知太史院事,兼任天文、水利两方面的领导工作,他的声望达到了顶点。不幸第二年恰遇暴雨,山洪如注,河渠难容,泛滥成灾,“漂没人畜庐帐,几犯行殿。”

(同上)元成宗不由对左右宰臣感叹说:“郭太史神人也,借其言不用耳。”(同上)1303年,元成宗下诏,几年满一七十岁的官员都可以退休。唯独郭守敬,因为朝廷的许多工作要依靠他,不准他退休。

元成宗以后,元政权日益落后,空气大变,也由于郭守敬年事已高,生活优裕,他晚年的创造活动相对地说就沉寂了下去。1316年,这位为祖国科学事业辛劳六十余年的科学巨星陨落了,终年八十六岁。

综观郭守敬的一生,他之所以能够作出众多的创造和贡献,而达到一个时代科学技术的高峰和世界水平,并不是偶然的。我国的科学技术,经唐宋两代的发展,到十三世纪初期,无论在天文、数学,还是测绘、水利工程方面,都已达到了相当的水准。

郭守敬少年学业有所师承,长期锲而不舍,在工作中善于去粗取精、发微阐幽,因此能在前人的基础上更上一层楼,取得出类拔萃的成绩。他的主要特点是重视实践,不断从事科学实验,将理论知识应用到实际工作中去。

这些都足以启人深思,能够将自己的名字写入天际,在广漠的太空中建立起两座永不磨灭的纪念碑,郭守敬是我国古代科学家中唯一的人。在中国和世界天文学史上,他的业绩将永垂不朽。

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