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​郭守敬制订出通行三百六十多年的授时历,比西方早了足足三百年

来源:讲历史2019-06-17 19:59:21责编:流星人气:
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【内容导读】郭守敬是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,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)…

郭守敬是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,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。

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郭守敬出生在一个学者的家庭里,郭守敬的爷爷郭荣学富五车,天文、数学、水利,无所不通。在他的影响下,郭守敬从小就对科学和数学兴趣浓厚。郭荣很重视对孙儿的教育,不仅教他书本上的知识,还时常带他到大自然中去参加实践活动,培养他的观察能力和动手能力。这对郭守敬日后的发展大有帮助。

后来,郭守敬被爷爷送到故交刘秉忠家中学习深造,在那里,郭守敬认识了日后的挚友王恂。在《授时历》的编制过程中,王恂的功劳也不可小觑

郭守敬的水利成就

元世祖忽必烈贵州快3中统元年(1260),刘秉忠的老同学、当时任中书左丞的张文谦把郭守敬带到自己的身边工作,奉命巡视大名、彰德等路(今河北西南部和河南东北部地区),负责水利建设。郭守敬利用业余时间进一步钻研莲花漏,还带着工匠,亲自动手仿制了一台铜质莲花漏。两年以后,张文谦把他推荐给忽必烈。在忽必烈召见他的时候,郭守敬献上了这个莲花漏,同时提出了水利建设的6条建议。忽必烈很欣赏他,提举他负责各路河渠的整修管理事务。至元元年(1264),他随同张文谦到陕西、甘肃、宁夏一带,修复了唐来、汉延两条古渠。

至元十二年(1275),郭守敬奉命踏勘黄淮平原地形和通航水路,同时建立“水站”(水上交通站)。自孟津(今河南孟津东南)以东,沿黄河故道,在方圆几百里内进行了地形测绘和水利规划工作,并且画成地图,一一详细说明。绘图过程中,他以海平面作为标准,初步运用地理学和测量学中重要概念——“海拔”。

郭守敬在水利方面的最大贡献是,开凿从大都到通州的一段运河(大运河当时只通到通州,即今北京通州区一带)。至元二十八年(1291),郭守敬提出了包括兴修大都运粮河在内的11条水利建议。第二年,他以太史令兼领都水监事,主持了这项工作。这条长160里的运河和配套工程,仅用一年半时间就全部完成了,取名叫“通惠河”。南方的运粮船可以一直沿着大运河直达北京。京杭大运河至此全部完成。

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编定《授时历》

至元十三年(1276),郭守敬被调到太史局,负责制订新历。元朝统一全国以前,使用的历法是《大明历》。《大明历》已经使用700多年了,跟当时的天象越来越不符,误差很大。所以刘秉忠曾经提出过修改历法的建议,但是当时正在战争期间,一时还顾不上这件事。直到南宋灭亡以后,忽必烈才决定设立专门机构修改历法,派郭守敬和王恂主持这项工作。

在修历过程中,郭守敬提出了“历之本在于测验,而测验之器莫先于仪表”的主张。为此,他首先集中精力研制新的天文仪器,他对旧有的仪器做了仔细检查。他和工匠一起,研制了近20种天文仪器。其中最主要的有简仪、仰仪、圭表以及和它配合使用的景符等仪表。

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简仪是根据浑天仪改制的。我国早在春秋战国时期就发明了测定天体的浑天仪。以后,经历代改进,有所发展。然而,在郭守敬之前,这个测天仪器存在着许多缺点。重叠的圆环把许多天空区域遮住了,缩小了仪器的观测范围;同时,好几个环都有各自的刻度,读数系统复杂,使用不便。郭守敬在此基础上,针对浑天仪存在的缺点进行了大胆的革新改造。

他保留了最必需的两个圆环系统,又把其中的一组分出来,改成另一个独立的仪器,而将其他圆环系统完全取消。这样一来,既不会再发生因为圆环数过多而遮掩星体的现象,所测得的二十八宿星距的位置也比较准确。由于这一仪器既精确又简单,故又称其为“简仪”。简仪的结构与现代的“天图式望远镜”基本上是一致的。在欧洲,像这样结构的天文仪器,直到18世纪才从英国流传开来。

贵州快3仰仪是郭守敬独创的一种天文仪器。它是个铜铸的中空的球面,看上去就像一口锅,所以取名“仰仪”。在半球的口上,刻着东、西、南、北4个方向,凹部刻有与观测地纬度相应的纵横网格。半球口上用一纵一横的两根竿子,架着一块小木板。板上开了一个小孔,孔的位置正好在半球面的球心上。太阳光通过小孔,在球面上投下一个圆形的像,映照在所刻的线格上,这样便可测得太阳在天空中的位置。当发生日食时,仰仪面上的日像,也相应发生亏缺。因此,通过仰仪便可以直接观察到日食的方向、亏缺部分的大小和各种食像的时刻。

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圭表是测定二十四节气的主要仪器。表是一根垂直于地面的标杆,当太阳在子午线上时,表影投影在北方向圭面上,量取影子的长,就可以推算节气。旧圭表影边缘不清晰,影长不精确。用来量长度的尺,一般只能计算到分,在推算时刻时,易发生误差。另外,它只能观测日影,而不能观测光弱的月、星的影子。

为了解决影界不清的问题,郭守敬同时创制了—个叫做“景符”的仪器,利用小孔成像的原理,使日光通过一个薄钢片上的小孔,再射到圭面,从而收到影界清晰的效果。研究中,郭守敬发现按比例推算二十四节气时发生误差的重要原因之一是圭表的表影不长。于是,他把圭表的表高加大到40尺,比旧表增高5倍。

为了改进量取长度的技术,他又将原来只能量到“分”位的,分别提到“厘”位,尽量减少误差。郭守敬这些大胆改革措施,使圭表的精确度提高了,基本上弥补了自唐宋以来圭表存在的缺陷之处。这些仪器都有实用、简便、灵巧、精确的特点。可惜原物都早已损毁,没有保存下来。

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郭守敬等人根据大量观测资料,并仔细研究了自西汉以来的70种历法,编制出了新历法——《授时历》。从至元十八年(1281)起,《授时历》开始在全国颁布实行,使用时间长达363年(1281~1643)。《授时历》也是中国古代精密的一部历法,和南宋杨忠辅制的《统天历》一样,以365.2425天作为一回归年,如果以小时计算,是365天5小时49分12秒,比地球绕太阳公转一周的实际时间只差26秒,经过3320年后才相差一日,跟目前国际通用的公历(就是格里历)完全相同。

另外,授时历在数学上也有很大的贡献。授时历应用招差术推算太阳、月亮以及五星逐日运行的情况,早于欧洲400年。1670年,英国天文学家格里高里最先对招差术作了在欧洲的首次说明。

《授时历》编成以后,郭守敬集中精力从事著述,先后撰成《推步》、《立成》、《历议拟稿》等天文书稿10多种,100多卷。这些书籍,包括极其珍贵的两个星表,后来都失传了,具体内容已经无从知悉。仅《授时历经》、《授时历议》和简仪、圭表等几种仪器的构造和使用方法,由于载入《元史》,才得以保存下来。至于郭守敬创制的简仪和其他被后人誉为“臻于精妙”的天文仪器,曾经完整地保存到清初。但是在康熙贵州快3五十四年(1715),却被西方传教士纪理安当作废铜毁掉了。

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可以说郭守敬是当时在中国,乃至在13世纪的整个世界,在天文学、水利工程、地理学、数学和机械工程等方面都是首屈一指的杰出科学家。

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