中国历史：著名的天文学家—郭守敬

北宋时代，在10到1106年之间，曾先后进行过5次大规模的恒星位置观测工作，使其精度大大提高。1078～1085年间的第四次观测结果被绘成了星图，在1247年由王志远按黄裳原图刻石，这便是闻名世界的苏州石刻天文图，碑石高216厘米、宽108厘米，碑额上题“天文图”三字。碑石上部是一幅圆形全天星图，星图外圈直径91厘米，星图本身直径85厘米。画法是按古法，以天球北极为圆心，用3个同心圆加宿度线来表示的。

整个天文图共刻恒星1434颗，星图下方有2000多字的说明，概括的叙述了当时所知的一些天文知识，具有极高的科学研究价值。元代郭守敬在1276年根据实测编制了星表，记录的星数由传统的1464颗增加到2500颗。而西欧到14世纪文艺复兴前观测的星数只有1022颗。宋代还对新星和超新星进行了观测，如1054年对天观客星的观测便是一例。近几十年来，天文学界已广为承认天观星附近的蟹状星云就是1054年爆发的超新星遗迹。

中国对这次超新星爆发的详细记录，为现代科学界对蟹状星云以及与之相关的中子星等理论问题的研究提供了宝贵的历史资料。中国古代传统的天文仪器——漏壶、圭表、浑仪，在古代，“浑”字含有圆球的意义。依据浑天说，星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸，地球则是蛋黄，人们在这个蛋黄上观测天体。因此，把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”，浑象，是指演示天体视运动的仪器，基本结构是一个球体，象征天体，球面上标出全天可见的恒星、地平圈、黄道圈等。

相当于现在的天球仪等，到宋、元时期都有了重大改进。1031年，燕肃发明了莲花漏法，在漏壶中首次使用漫流系统，即在漏壶上部开孔，使多余的水由此溢出，以保持水壶有一个恒定的水位，从而消除了漏壶水位变化对流量的影响，大大提高了漏壶计量时间的准确度。另外，温度的变化对水的黏滞系数的影响，不利于漏壶流量和计时的精度。为了减少这种影响，张思训于979年制作的浑仪中以水银代替水。元代的詹希元制作“五轮沙漏”，以沙代水。这些都提高了时间计量的精度。圭表测影技术，宋、元时期有显著进步。

为克服表端影像受日光散射的影响，提高圭表影子的清晰度，沈括使用了“付表”，苏颂使用瞭望筒，郭守敬则创用了比原圭表高五倍的四丈高表，还发明了“景符”，这是安在一个小架子上，可以转动的中间开有小孔的薄铜片，这一重要的测影器具。这些方法的采用使测影精度大大提高。在河南登封的古观星台，现仍可以看到四丈高表的遗迹。圭表测影技术的这些进步，为回归年长度、黄赤交角值等天文常数的测量精度的提高创造了条件。明代表高增至6丈，使回归年的长度值与理论值仅差2秒。

北宋制造的浑仪特别多，仅从995年至1092年就先后造了5架巨型浑仪，每架用铜均多达2万斤，足见宋代制造技术的高超和对天象观测的重视。宋代浑仪结构越来越复杂，这促使郭守敬创造性地设计制造了著名的简仪。简仪是由浑仪发展而来，因其简化了过去浑仪的环圈重叠体系，又将赤道坐标与地平坐标分开，不遮掩天空，观测简便，故后人称之为“简仪”。1088年苏颂、韩公廉等制成了水运仪象台，其中有齿轮系统和擒纵器，用以减低轮速，能用多种形式反映及观测天体的运行。它既能演示、观测天象，又能计时、报时。

水运仪象台高36.65尺，宽21尺，是一座上狭下广的正方形木结构建筑物，以水为动力。苏颂还为后人留下了巨著《新仪象法要》，它是现今研究古代天文学和天文仪器的一把钥匙。书中记载，台分为3层，上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，其上有遮蔽风雨的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可随意开闭。中层是放置浑仪的密室。下层设有向南打开的大门，门里装置有5层木阁，里面的木人可准确报时。木阁后面是机械转动系统。3部分共有一套转动装置和漏壶组，运转时能够保持天体周日视运动同步。

水运仪象台也是世界上最古老的天文钟，获得国际上高度的评价。认为其活动屋顶是今天天文台活动圆顶的祖先，浑象一昼夜自转一圈，是现代天文台的跟踪器械－转仪钟的祖先。生活在元初的郭守敬，字诺斯，河北邢台人，是一位博学多才的科学家，对天文和水利尤为精通。他参与制定的授时历，1280年完成，次年正式颁行，是中国古代衍用时间最长的历法，取“敬授民时”之意，定名为《授时历》。《授时历》采用更为精确的天文资料，而且计算精度非常高。

它推算出的一个回归年为365.2425日，与今天测量的地球绕太阳公转的实际时间只差26秒钟，和现在通用的《格里高利历》的周期一样，但比后者要早300年。郭守敬是一位著名的天文仪器制造家，除前述圭表、简仪外，还设计制造了用于观测太阳位置的仰仪（仰仪的主体是一直径约3米的铜质半球面，形如一口大锅仰面朝天，因而得名。仰仪采用直接投影方法，专门用来测量太阳的赤经赤纬。浑仪不能直接测太阳的位置，因为刺眼的阳光使窥管很难对准日面中心。仰仪的半球内侧刻有赤道坐标网，通过小孔使太阳成像于内侧，太阳的赤经赤纬便一目了然。

利用小孔成像原理制造天文仪器，仰仪是世界仅见，自动报时的七宝灯漏，观测恒星位置以定时刻的星晷定时仪，以及水运浑象、日月食仪、玲珑仪等10余种天文仪器。他还是一位著名的天文观测家，曾组织进行过一次空前规模的测地工作，从西沙群岛至北极圈附近，每隔10度设1观测台，共27处，测量夏至日影长度和昼夜长短，取得丰硕成果。这就是历史上有名的“四海测验”。因此，在《授时历》中他所采用的天文常数值是比较准确的。郭守敬在历法计算中还创立了三次内插法和弧矢割圆术。

他还是一位水利工程专家，曾主持修建过若干重要的水利工程。如修复唐来渠400公里，汉延渠250公里等，还在大都西北设计修筑了长达30公里的白浮堰以解决通惠运河的水源问题。过去大运河只通到通县，从通县到北京全靠陆路运输，郭守敬提出开挖新运河的建议。1291年他主持了这条运河的建设，当年完工后，从南方运粮可直达北京，对发展南北交通和漕运事业起了很大的作用。他又是一位杰出的地理学家，他的水利工程设计都是以他自己的实际地理勘测资料为基础的。

他亲自考察黄河的河源，发明了以海平面为标准来比较大都和汴梁两地地形高低之差的方法。他是地理学中一个重要概念——“海拔”的提出者。郭守敬在天文、数学、水利以及仪器制造方面的成就，在当时独步世界，领先西方至少300年，为纪念他的伟大贡献，国际上将月球上一座环形山命名为“郭守敬山”，将编号为号的小行星命名为“郭守敬星”。

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