郭守敬编订《授时历》

郭守敬编订《授时历》

    忽必烈自登上汗位后
，财政困难的问题就一直在困扰他。平定叛乱
，攻打南宋
，赏赐皇亲臣属
，都需要大笔的钱
，可朝廷的收入却很有限
，他急需会当家理财的人。就在这样的情况下
，公元１２６２年春
，中书省左丞（中央政府机关中的最高负责长官）张文谦
，向忽必烈举荐了郭守敬。
    郭守敬
，字若思
，顺德邢台（今河北邢台）人。是我国杰出的天文学家、数学家和水利工程专家。
    郭守敬从小是由祖父郭荣抚养长大的。郭荣也是个极有学问的人
，尤其精通数学和水利。在祖父的教导下
，郭守敬从小勤奋好学
，并且培养了很强的动手能力。北宋的科学家曾在古代漏壶的基础上
，改制了一种计时比较精确的计时器“莲花漏”。但到郭守敬时
，莲花漏已经失传
，只有从石碑上拓印下来的图样
，可以知道它的外部形状。当时仅十五六岁的郭守敬
，根据这样一幅图就弄清了莲花漏的工作原理。忽必烈召见郭守敬时
，郭守敬刚好把莲花漏仿制成功。大约因为他把作为装饰的莲花作了改动
，这个漏壶被改称为“宝山漏”。献给朝廷后
，元代的司天台（国家天文台）将它作为计时器而采用。
    忽必烈召见郭守敬之前
，郭守敬已在邢台地区从事了一段时间的水利整治工作
，并且取得了很好的成效。见到忽必烈后
，他提出了六项水利工程计划
，其中最重要的就是修复燕京到通州（今北京通州）的河道
，接通大运河
，以节省到京都的漕运费用。
    由于郭守敬的计划资料可靠、筹划翔实
，能为元政府带来大笔赋税
，因此忽必烈当即同意了他的计划
，并任命他为提举诸路河渠
，掌管各地的河渠整修和管理工作。第二年
，他又升任银符副河渠使。
    公元１２７６年
，元军攻下南宋的京城临安
，全国统一已成定局。忽必烈下令设立太史局（后改称太史院）
，负责改革历法
，编修元朝自己的历法。负责太史院的王恂是郭守敬的老同学
，他聘请当时已任工部郎中的郭守敬负责制造仪器和观测天文的工作。
    仪器和观测
，是编修新历法的最基本的工作。可是经郭守敬检查发现
，当时司天台上的天文仪器
，大多是金朝遗留下来的。浑天仪是最重要的天文观测仪器
，可司天台上的浑天仪还是金兵攻下北宋京都汴梁后抢来的。由于燕京和汴梁的纬度不同
，这架仪器无法直接使用。其他仪器也大多破损
，不能使用了。为此
，郭守敬制作了十二件在司天台上使用的仪器
，四件可搬运到野外使用的仪器。其中
，最著名的就是“简仪”。
    简仪是将传统的浑天仪简化、改造而成的。浑天仪是测定星球在天体中位置的仪器
，由七八个同心圆环套叠组成。在这些圆环中夹着一根细长的“窥管”
，把窥管对准哪个星球
，就可以推定这个星球在天体中的位置。但由于圆环有七八个之多
，每个都有一两寸宽
，观测时这些圆环挤在一起
，很不方便
，甚至会错失观测机会；而且读数也不太精确
，只达到四分之一度。
    郭守敬对这些圆环作了分析
，他发现有些星体的运行位置的度数
，可以用数学方法来计算
，相应的圆环可以撤消。此外
，他又把测读地平方位角的圆环分离出来
，另外建了一架独立运用的“立运仪”。经他改造后的简仪
，运用起来既方便又清晰
，精密度也达到了三十六分之一度。
    郭守敬运用简仪对天体作了观测。他测定了黄道与赤道的交角
，以及二十八宿（星座）的距度
，其精确度都大大提高。这为编制一本高精确度的历法
，奠定了科学的基础
，而简仪的装置原理
，后来则在现代天文望远镜中得到了广泛的运用。
    为了编好新历法
，他还主持了大规模的天文观测活动
，在全国建立了二十七个观测点。其中最南端的观察点在南海（今西沙群岛）
，最北端的观察点在北海（今西伯利亚）。公元１２８０年
，新历法初步编成
，被定名为《授时历》。《授时历》以３６５．２４２５天为一年
，与地球绕太阳一周的实际时间相比
，仅仅只差了二十六秒钟。《授时历》同我们现在使用的公历周期相同
，但比现行公历要早了三百年。
    １２９１年
，六十岁的郭守敬再次主持开通大都到通州的运河工程。
    其实
，在忽必烈召见郭守敬后不久
，开通燕京到通州的运河工程就开工了。当时引的是燕京城西北玉泉山的水
，但玉泉山的水量有限
，对恢复航行作用不大
，第一次开通工程失败了。第二次
，他考虑利用京郊水流量最大的浑河水。但浑河泥沙较多
，为了泥沙淤积问题
，他没有在运河上建立闸或坝。可是浑河的河道坡度较大
，水流又急
，没有河闸控制
，运粮船无法逆流而上。结果运河只对农田灌溉有用
，仍解决不了漕运问题。
    这次
，郭守敬经过详细的勘察
，在离大都西北三十公里处的神山（今凤凰山）脚下
，发现了水流量较大的白浮泉。如果引白浮泉向南流
，沿途可拦截其他泉水
，使水量增大。山泉清澈
，也没有泥沙淤积问题。忽必烈很高兴
，立刻批准了这个方案
，并重设都水监管理工程。
    开工后
，郭守敬没有直接开渠将白浮泉向东南引
，而是先把泉水引向西边的西山
，然后再回东南。原来
，从神山到大都
，当中有不少地区的海拔都比大都低
，直接往东引
，水就进不了运河了。而迂回到西山
，可保持河道始终高于大都
，并能拦截更多的泉水。
    １２９３年秋
，从神山到通州全长一百六十多华里的运河
，全程贯通
，忽必烈将它命名为“通惠河”。

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