郭守敬

　　郭守敬，字若思，河北邢臺人，生于公元1231年，卒于公元1316年，享年八十六歲。他是我國元代杰出的科學家，在天文、水利、數學和儀器儀表制造等方面，都有很高的造詣，為我國科學事業的發展作出了不可磨滅的貢獻。

　　少年初志

　　郭守敬出生在一個知識分子的家庭里，祖父郭榮，別號“鴛水翁”，通五經，精算術、水利。他自幼在其祖父教養下，不貪玩，愛學習，成績優異，聞名鄉里。在十五、六歲的時候，他得到了一幅拓印的“蓮花漏圖”，這個蓮花漏是北宋科學家燕肅在古代漏壺的基礎上改進制做的一種計時器，如依據一幅圖就想掌握制造的方法和原理，對一般成年學者來說也不是一件容易的事，而年僅十幾歲的郭守敬，當時對圖做了精細的研究，居然把它弄得一清二楚，并仿制成功。另外，郭守敬還按照古圖，試制竹渾儀，并積土為臺，用竹渾儀觀測星空。可見，郭守敬從小就已顯露出聰明與才智。

　　紫金求學

　　郭榮為了讓孫兒開闊眼界，得到深造，把郭守敬送到自己的同鄉好友劉秉忠門下去學習。史載：“那時有劉秉忠、張文謙、張易、王恂等同學于邢州西南紫金山”。“劉秉忠的學問很淵博，對于天文、地理、律歷等無不精通，議論天下的事情了如指掌”。“文謙早年跟著秉忠研究算學和歷法等學問”。“恂早年就以精通算術著名”。郭守敬在紫金山和這些人一起學習，對于他在天文、地理、律歷、算學等方面知識的增長起到了顯著作用。劉、郭、王及二張，自成學派，史稱“邢州學派”或“紫金學派”，后來，他們均成為元代著名的學者、科學家或政治家。

　　邢州治水

　　金、元之際，由于長期的戰亂，中國北方地區大片農田廢棄，經濟蕭條，民不聊生。邢臺的州治所在地邢州，本來在金代人口蕃盛，經濟殷實，計有八萬多戶，可眼下只剩“五、七百戶”了。

　　時年，郭守敬二十一歲，他剛剛從紫金山學習回來，面對社會的動蕩，百姓的積怨，這位立志于科學上有所作為的年輕人，決心以自己所學到的知識，在科學實踐活動中，為家鄉的建設出一把力。那時，邢州城北有三條河流，南面一條最大的名潦水，靠城流經兩三里后，東向流入蔡水。由于蒙、金戰爭，河渠無人管理，造成河水破堤而出，四散彌漫。北面有兩條小河，近潦水的名達活泉，稍外一條名野狐泉。在漫流、泥沙堆積下，也一起淤塞了。出邢州城北門，原有三座石橋跨越三條河流，是城北通衢大路。中間達活泉上那座古老的小石橋，戰亂后淤泥壅阻，傾沒在沉積的泥沙中。三十年過去，連影蹤也看不到了。人們行經那里時，不得不涉水而過。這時，郭守敬應州官張耕和劉肅之邀，相度地形地貌，考察河流的來蹤去跡，請教當地的鄉親父老。勘查之后，按照水位、流量和灌溉需要等條件，進行了綜合治理的設計工作。并在郭守敬等人的指揮下，征用民工400余人，用工40余天，對三條河流進行了全面治理。治水中，民工們根據郭守敬的指點，竟一下子挖出了久被埋沒的達活泉舊石橋基，并在此基礎上，建立了一座新石橋。整治后，達活泉、野狐泉二泉順河道東去，匯合于柳公泉；潦水依然沿舊河道由南橋下流去，不再泛濫。郭守敬治水事跡很快在邢臺周圍傳播開去，受到當地人民的贊揚。當時著名的文學家元好問還專門為此寫了一篇文章，叫做《邢州新石橋記》，記下了郭守敬在水利工程上初露頭角所創造的業績。

　　世祖召見

　　公元1260年忽必烈即位，為元世祖。張文謙以中書左丞的身份，外任大名、彰德（今河北南部、河南北部一帶）等路宣撫使。郭守敬隨師友張文謙來到大名，協助張文謙整治河道，發展灌溉農業。1262年，在中書左丞張文謙的推薦下，“習知水利，巧思絕人”的郭守敬，破例受到忽必烈的召見。守敬根據他多年在華北考察水道，勘測地形積累的豐富知識，當即向忽必烈面陳水利六事：一、疏浚中都(后改稱大都，今北京)舊漕河，東到通州(今北京通州區)，引玉泉水以通舟，每年可節省車錢六萬緡；從通州南溫榆河入運河處，開鑿一渠，經滄州孟村跳梁務到天津楊村還河，可以避免浮雞 盤淺灘和惡風險浪轉圈繞遠的禍患。二、將邢州城北達活泉水引入城中，再分三條河道引出城外，可灌溉城東農田。三、邢州澧河東流至任城(今河北省任縣東)，埋沒河道，淹沒農田一千三百余頃，重新開挖此段河道，既可灌溉農田，又可以通舟。四、從磁州(今河北邯鄲磁縣、武安、永年、成安一帶)滏、漳二水合流處，引水經滏陽(今河北邯鄲磁縣)、邯鄲、洺州(今河北永年縣東南)、永年、雞澤，流入澧河，可以灌溉農田三千余頃。五、從懷孟(今河南沁陽一帶)沁河、丹河相合處，開渠東引，到武陟縣北，合入御河，可以灌溉農田二千余頃。六、自孟州(今河南孟縣)西面的黃河開一條分水渠，經新舊孟州中間，順黃河古岸東下，到溫縣南，重新引入黃河，可以灌溉農田二千余頃。每奏一事，忽必烈都稱贊不已，最后感慨地說：“任事者如此，人不為素餐矣！”意思是說，擔任公職的人都能像郭守敬這樣認真地思考問題，就不算白吃飯了。當即，忽必烈就授予郭守敬為提舉諸路河渠，讓他負責各路河渠事務。并下令各地按郭守敬的建議施工，取得了顯著的效果。次年，郭守敬又晉升為銀符副河渠使。

　　西夏治水

　　1264年，郭守敬隨從張文謙視察了甘肅、寧夏一帶。主持修復了已“廢壞淤淺”的長達200公里的唐來渠和長達125公里的漢延渠，以及其它十條大渠和六十八條支渠，不誤農時，及時趕上了春播灌溉，萬余頃農田得到了灌溉，渠水四達，稻菽豐收，再現了“塞北江南”的景象。當地居民為了紀念他的功績，在他還活著的時候，就在河渠上修建了“郭氏祠”。鑒于其造福人民，功績卓著，第二年他被晉升為都水少監。1271年，又被提升為都水監，擔任全國負責修治河渠水利的最高職務。

　　史載：“郭守敬在西夏，曾經乘船溯流而上，考究所謂的黃河上源。又曾自孟門（即孟門山）往東，沿著黃河舊道，縱橫幾百里間，都測量了地平，有的可以分殺水勢，有的可以灌溉田土，都繪有圖志。又曾以海面考較京師至汴梁（即開封）地形的高下差別，謂汴梁的水離海較遠，其流峻急，而京師的水離海較近，其流且緩，證明汴梁高于京師”。古往今來，曾有不少人試探黃河源頭，但以科學考察為目的，專程來探求黃河真源的，要推郭守敬為第一人。郭守敬“以海面較汴梁至京師地形高下之差”，是世界上對“海拔”概念的最早運用。比德國科學家高斯1828年提出的平均海平面概念早560余年。

　　創制儀器

　　我國古代以農為本，農事與歷法密切相關。元朝初年，沿用金朝的重修《大明歷》，誤差日增，“前日中秋節，今霄月方圓”，尤其嚴重的是連農事活動所遵循的二十四節氣的推算也失準，影響了農業生產，在人民生活中也造成了某些紊亂。為此，重新修改歷法已是迫切需要的。

　　對歷法的改革，劉秉忠曾上書忽必烈，只因當時元朝統一中國的戰爭尚在進行，難以實現。不久劉秉忠去世了。1276年，元軍攻陷南宋國都臨安，至此，長江南岸全部歸順元朝，天下一統。這時，忽必烈才采納劉秉忠改制歷書的建議，在北京設立太史局，由張文謙、張易牽頭領導，王恂、郭守敬等具體負責新歷的編算工作。

　　改歷之初，郭守敬首先指出：“歷之本在于測驗，而測驗之器莫先儀表”。他曾焚毀陰陽偽書，破除迷信，堅持科學態度，集中精力研制新的觀測儀器，并本著簡化、實用兩條原則，在1276年—1279年間，先后研制出簡儀、高表、候極儀、渾天象、仰儀等十八種天文儀器。《元史·天文志》稱這些儀器“臻于精秒，卓見絕識，蓋有古人所未及者”。其中最重要的是簡儀和高表。高表，是在我國傳統八尺圭尺的基礎上，增高5倍，又稱四丈高表。河南登封告城鎮的觀星臺，就是郭守敬親自設計，主持建造的建筑式高表，它是用來觀測日影長短，推算回歸年長度和二十四節氣時刻的天文觀測儀器。簡儀是一大創造，它是在我國傳統觀天儀器渾儀的基礎上，創制的一種新型的觀天儀器，在結構上屬于赤道坐標系。因此，郭守敬又是赤道裝置的創始人。簡儀比1598年丹麥天文學家第谷制造的同類儀器早300余年。明末來中國的德國傳教士湯若望曾贊揚郭守敬為“中國的第谷”。另外，郭守敬還創制了玲瓏儀、寶山漏、大明殿燈漏、屏風香漏、行漏等多件天文觀測、計時儀器。

　　四海測驗

　　為了提高新歷法的精密程度，在儀器研制工作即將完成時，王恂、郭守敬聯名上書忽必烈，提出重建司天臺（即天文臺）。忽必烈采納了他們的意見，改太史局為太史院（即北京司天臺）。大都司天臺不僅建筑宏偉，設備完善，而且網羅人才眾多，是當時世界上最大的天文臺。

　　1279年，郭守敬又上書忽必烈，要求在全國建立天文觀測站進行長期觀測。上奏時間從早晨到傍晚，忽必烈細心傾聽，興致勃勃，十分贊賞。于是立即派十四名監候官，分幾路出發，在“東至高麗（今朝鮮），西極滇池（今云南），南逾朱崖（今西沙附近），北盡鐵勒（今俄羅斯的東西伯利亞）”的廣大區域內，設立了二十七個測量所（即天文觀測站），分別測量當地冬至和夏至日影長度、晝夜時刻數及北極出地高度。這就是著名的四海測驗。郭守敬對這次觀測進行了總體規劃，合理布局，科學選擇觀測站的位置。他為了掌握第一手資料，跋涉千里，領導了大都——河南——南海方面的實施觀測工作。通過長期的天文觀測，得到了大量、精密的天體運行相關數據，為編制新歷法創造了條件。

　　編制歷法

　　編歷工作從1276年開始，到1280年，經過了四年多時間完成。忽必烈取“敬授民時”之意，為新編歷法賜名《授時歷》。1281年正月初一，新歷法正式在全國頒布實行。它雖然是多數人的集體創作，但郭守敬卻是擔任了主要的工作，起了決定的作用。

　　《授時歷》有許多獨到之處，它采用的一些數據，由實際觀測得出，其精密程度，堪稱當時世界之最。《元史》稱：“郭守敬等遍考歷書四十余家，晝夜測驗，創立新法，參以古制，推算極為精密”。比如它測定一回歸年長度為365.2425日，與現在通行的《格里歷》（即公歷）回歸年數值一致，但《格里歷》頒布于1582年，比《授時歷》晚了301年。郭守敬等人創立了相當球面三角公式的算法，用于計算天體的黃道坐標和赤道坐標及其相互換算；創立了三次差內插法，使天體位置算得更精確，比世界著名科學家牛頓提出的同類公式早396年。還廢除了歷代編算歷書中的分數計算，采用百進位制，使計算工作大為簡化。由于郭守敬等人的開創性工作，使得《授時歷》成為我國古代最優秀的歷法，它從元初一直使用到清初，長達364年之久，并且還傳到朝鮮和日本等國。

　　大都治水

　　1291年，郭守敬年逾花甲，又轉而從事水利建設。當時民間傳說，灤河自開平至永平河段，瀘溝河自麻峪至尋麻林河段，加以整治疏浚后，即可通行船只。元世祖一時不能決斷，便委派太史令郭守敬去考察。郭守敬沿兩河的新舊水道，仔細勘測后，認為，兩條河道流域面積小，降雨量少，即使投入大量人力挖深河道，也會因缺乏水源，難以通行船只,建議元世祖忽必烈放棄這一計劃。郭守敬的真知灼見，避免了一次勞民傷財的大浪費，元世祖深為贊賞。與此同時，郭守敬建議開挖北京至通縣的運河，這樣可把通過南北大運河從江浙運到通縣的官糧，直接運到北京城。以前，從通縣到北京，全靠陸運，花費大量金銀不說，而且一遇大雨陸運非常困難。牲畜死傷，不計其數。元世祖采納郭守敬建議，令“當速行之”。經過兩年挖鑿，1293年，運河通航，長26公里。為了解決運河的水源問題，郭守敬不辭勞苦，走遍大都西北郊，查勘地形，尋找水源，選擇路線，最后他選擇了大都西北昌平神山腳下白浮、一畝等十多處泉水作為水源。為使泉水順利引入大都城，他設計出一條沿西山山麓長達30公里的河渠，即著名的“白浮甕山河”。為防止引水東泄，郭守敬設計在河渠東岸修筑了一條大堤，史稱“白浮堰”，這樣將西山大部分地面水和地下水引入河渠。大致沿著50米等高線平穩順利引入甕山泊，再注入大都城內的積水潭。使南來的船只一路北上直達大都城內積水潭。運河開通后，元世祖從上都返回北京，見到積水潭上“舳艫蔽水”，盛況空前，十分高興，欣然親自賜名為“通惠河”。

　　著書立說

　　郭守敬博學多識，才華橫溢。一生中，他不僅腳踏實地做了大量實際工作，并且還嘔心瀝血寫了大量科學巨著。

　　1280年，在《授時歷》剛剛編制完成，王恂去世。但歷書編算公式、計算方法及其精化工作，還沒有最后定稿。郭守敬隨即竭盡全力，精心整理，編成了《推步》七卷、《立成》二卷、《歷議擬稿》三卷、《轉神選擇》二卷、《上中下三歷注式》十二卷等二十六卷天文著述。1286年，郭守敬繼為太史令，仍埋頭研究天文、整理資料，續著《儀象法式》二卷、《時候箋注》二卷、《修改源流》二卷、《二至晷景考》二十卷、《五星細行考》五十卷、《古今交食考》一卷、《新測二十八舍雜座諸星入宿去極》一卷、《新測無名諸星》一卷、《月離考》一卷等七十九卷。著書總共一百零五卷。當郭守敬把這些歷稿上奏朝廷后，即被全部深藏于宮庭以內。由于封建社會的禁錮，可惜的是，致使這些燦爛的科學文化大多失傳了。但郭守敬孜孜不倦，勤奮好學的精神卻永遠流傳民間。

　　1316年，為祖國的科學事業辛勞了大半生的郭守敬去世了，享年八十六歲。他的遺體歸葬故鄉邢臺。邢臺城西北三十里，曾有郭守敬墓。郭守敬的一生，是勇于探索，在科學事業上不斷做出貢獻的一生。他的輝煌成就，將永遠為我中華民族所驕傲；他那科學精神將永遠激勵后人。