郭守敬的故事

　　据史料记载，1279年，元代著名天文学家郭守敬奉旨进行“四海测验”，在南海的测量点就在黄岩岛。这说明，至少在元朝中国就已发现了黄岩岛。

　　当一个人的贡献惠及国家和广大百姓时，人们会以各种各样的方式赞美他、纪念他；当一个人的贡献不仅利在当时而且还功在当今时，人们更会以感恩的心情怀念他、感激他。

　　742年前，33岁的郭守敬因在西夏治水，再现了塞北江南的盛景，当地百姓在渠旁为他立了生祠“郭氏祠”；1962年，中国邮电部发行了两枚郭守敬纪念邮票；1970年，国际天文组织将月球背面一座环行山命名为郭守敬山；1977年，国际天文组织将太空中2012号小行星命名为郭守敬星；1984年，郭守敬的家乡邢台，在全市最美丽的地方达活泉，为他建立了全市最大规模、最高规格的纪念馆；2006年5月，首都北京在什刹海风景区又为郭守敬建立了一座高3.2米，重2.5吨的铜像。

　　七百多年来，郭守敬为什么受到人们如此连绵不断的怀念和这么隆重、高规格的纪念呢？

　　这里是邢台市西皇镇的郭村。公元1231年，郭守敬诞生在一个石头砌成的普通院落里。

　　与儿时的其他孩子不同，小小的郭守敬自幼便受到良好的科学熏陶。史书记载，郭守敬“生有异操，不为嬉戏事”，爷爷郭荣“通五经、精于算术水利”，在同伴都已进入梦乡的时候，深邃奥妙的天空被爷爷指点得清晰而明白。

　　十五岁时，郭守敬根据古书中的浑仪图画，以“竹篾为仪，积土为台”模仿制作并观测天象。在同伴们面朝黄土背朝天时，郭守敬早已把自己的眼光投向了更为广阔的天空。

　　“莲花漏”是北宋的科学家在古代漏壶的基础上，改制的一种计时比较精确的计时器械，但元朝时“莲花漏”已经失传。十六岁时，郭守敬按照从石碑上拓印下来的图样，研制出了 “莲花漏”，后来被元朝天文台采纳为标准记时器。

　　这是位于邢台市西部的一座著名的风景旅游区，他的名字叫紫金山。紫金山书院位于紫金山山顶，始建于唐代，是一座历史十分悠久的古代书院，被后人称为古代的“清华大学”。

　　郭守敬十六岁时，在紫金山书院拜刘秉忠为师，潜心学习数学、地理和水利，开始了自己洞天察地的学业。

　　1262年，32岁的郭守敬向元世祖忽必烈陈述了六项治水建议。忽必烈大为惊叹，感慨地对臣僚说，干事的都这样，就不算白吃饭的了。随即，郭守敬被委以重任，开始了他经天纬地的事业。

　　郭守敬最突出的贡献应该是水利建设。

　　在邢台市达活泉东部有一座石桥。金元战争的时候，这座桥被破坏了，桥身陷在泥淖里。日子一久，竞没有人说得清它的所在。郭守敬查勘了河道上下游的地形，对旧桥基就有了一个估计。根据他的指点，居然一下子就挖出了这久被埋没的桥基，引起了很多人惊讶。那一年，他刚刚20岁。当时的大文学家、曾写出“问世间情是何物”的元好问写了一篇题为《邢州新石桥记》的文章，记下了郭守敬在水利建设上初露头角所创造的业绩。

　　宁夏、甘肃的黄河两岸一向是中国北方的粮仓，但经历了长期战争的破坏，这里闸坝失修，河道淤塞，土地荒芜，民不聊生。郭守敬体恤民情，力求“因旧谋新”，在旧渠道的基础上，建成渠道纵横的灌溉水网，使九万多亩田地稻菽丰收。当地百姓特地为他立了一座庙，叫“郭氏祠”。若非贡献巨大，为活人立庙，自古至今都是少之又少的事情。

　　郭守敬在西夏治水期间，曾“挽舟溯流”探寻黄河源头，这是历史上首次以科学考察为目的的专程探寻黄河之源的伟大壮举。

　　不过，让人们最为称颂的应该是郭守敬开通了京杭大运河。

　　一位诗人曾这样描述到，如果说万里长城是保家卫国的父亲，那么，京杭大运河则是养家糊口的母亲，这一撇一捺构成的“人”字，支撑起了中华民族的脊梁。

　　这位诗人说的并不夸张。

　　京杭大运河北起北京，南至杭州，全长1800公里，是世界上最长的一条人工运河，它纵贯南北，是我国重要的一条南北水上干线，它和长城一样被人们视为中国古代的两大工程奇迹。

　　元朝定都北京后，每年需要从南方输入大量的粮食。当时大运河只开通到通县，通向京城的物资输入多有不便。

　　1291年，六十二岁的郭守敬担负起开挖京杭大运河的总工程负责人。他重新规划改造京杭大运河线路，疏浚淤塞河道，并根据北京地势特点，引北京西部白浮泉水， 贯通了京城到通州的全长一百六十多华里的运河，至此，江南的大批物资可一路北上，直抵京城。忽必烈高兴地将这条运河命名为“通惠河”。今天，安放在北京什刹海旁的郭守敬铜像，就是为纪念开凿通惠河、贯通大运河712周年而特别制作的值得一提的是，在这次治水中，郭守敬创造性地以闸坝调节河水流量，实行节水行舟，成功解决了高落差下船只顺利通航的难题，当今的葛洲坝、三峡等水利工程仍运用了这一节水行舟原理。

　　郭守敬关注着水，同时也在仰望着天。《授时历》就是他呕心沥血铸就的的另一杰作。

《授时历》是中国古代一部很精良的历法。王恂、郭守敬等人曾研究分析汉代以来的四十多家历法，吸取各历之长，力主制历应“明历之理”（王恂）和“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”（郭守敬），采取理论与实践相结合的科学态度，取得许多重要成就。 　

　　郭守敬和王恂、许衡等人，共同编制出我国古代最先进、施行最久的历法《授时历》。为了编历，他创制和改进了简仪、高表、候极仪、浑天象、仰仪、立运仪、景符、窥几等十几件天文仪器仪表；还在全国各地设立二十七个观测站，进行了大规模的“四海测量”，测出的北极出地高度平均误差只有0.35；新测二十八宿距度，平均误差还不到5；测定了黄赤交角新值，误差仅1多；取回归年长度为365.2425日，与现今通行的公历值完全一致。 　

　　元朝初年，历法混乱，多误农时。为编制历法，郭守敬先后创制了简仪、仰仪、高表、浑天象、窥几、日月蚀仪、悬正仪等20多种天文仪器。

　　郭守敬为了使简仪的主要圆环转动灵便，在仪器上设制了滚球轴承装置。这要比西方文艺复兴时期达·芬奇设计的滚筒轴承早两个世纪。他创建了世界上第一台自鸣报时钟――大明殿灯漏；这些仪器仪表，构造巧妙，观测精确，使用方便，遥遥领先于当时的世界水平。

　　16世纪丹麦天文学家第谷，也曾制造过许多天文仪器，被西方誉为“天文仪器之父”。但郭守敬创制这些天文仪表要比第谷早300多年。

　　郭守敬四海测验

　　早在北齐年间，邢台清河的天文学家张子信就曾经在海岛上孜孜不倦的做了连续30年的天文观测工作，到了唐代，邢台巨鹿的天文学家僧一行领导了全国范围的天文大测量，僧一行命令南宫说带领人员北起蔚州(今河北蔚县东北)、太原、南至安南都护府(今越南河内市)、林邑(今越南顺化)，在全国范围内设置13个测量点，进行不同地区北极高度的实测，这是世界上第一次对地球子午线进行实测。元代邢台籍科学家郭守敬继承了本地天文学家“观象授时”的传统，他于至元十六年（１２７９年3月14日）向忽必烈提出在全国范围进行大规模天文测量的建议。他指出唐朝开元年间天文学家僧一行曾命令南宫说带领一组人员，在全国13处观测点进行天文测量，现今元代的疆域比唐代还大，若不分赴各地进行实测，就不能了解日月食的时刻和食分数，各地昼夜长短的差距，日月星辰在天球上的位置等等，忽必烈听后非常赞同，并马上批准实施。由此四海大测验拉开帷幕。史书记载：公（郭守敬）因奏：“唐一行开元间（723）令南宫说天下测景，书中见者凡十三处。今疆宇比唐尤大，若不远方测验，日月交食分数、时刻不同，昼夜长短不同，日月星辰去天高下不同，即目测验，人少，可先南北立表，取直测景。”上（忽必烈）可其奏。遂设监候官一十四员，分道而出。”（齐履谦：《知太史院事郭公行状》）。

　　郭守敬经过认真规划和测算，决定在东起朝鲜半岛、西低川滇和河西走廊、南及南海（今中沙群岛黄岩岛附近），北达西伯利亚，设立27个观测点，并分拨派遣测量队伍，派了4个监侯官负责，分道而出，开始了空前规模的四海大测验。史书记载：“东至高丽，西极滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，四海测验，凡二十七所。”（宋濂等：《元史·郭守敬传）郭守敬本人也在忽必烈批准后不到1个月，就亲自带领人马从大都出发，先到上都，再折返向南，经过阳城等处，一直到达广州和南海，他不辞辛劳，亲自动手观测天象，还在沿途设计指导建设观测站，等他到达广州，去南海测量时，已经是第二年的三月了，时间整整过去了1年。通过对27个观测点的实测，都测出了夏至的日影长度和昼夜的时刻数，并测出了北极的出地高度，也就是当地的地理纬度，同现代所测比较，有9处误差小于0.2°，20处平均误差0.35°，其中2处和现代完全吻合，整体而言，都非常准确。用记载的夏至圭影长度资料计算出的北极出地高度和黄赤交角，以大都为例，同今天所测的北京的地理纬度39°55′和当时的黄赤交角理论值23°32′1″相比，仅差3′2″和27″，如此微小的差距实在惊人。《元史·天文志》称“是亦古人之所未及为者也”。

　　郭守敬的四海测验是规模宏大影响深远的，他从中国南海到西伯利亚，从朝鲜半岛到川滇及河西走廊，南北总长一万多里（北纬15°至北纬65度），比邢台唐代天文学家僧一行的测量范围（北纬17°至北纬40°）高出一倍多，东西绵延五千多里（东经128°至102°），其地域之广、规模之大，以及测得数据之精，在我国历史和世界历史上都是空前的无可比拟的天文测量壮举。他比西方成立维度局开始实地测量早了602年。

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　　《元史·天文志》记载的“四海测验”中“南海”的数据为：“南海，北极出地一十五度，夏至景在表南，长一尺一寸六分，昼五十四刻，夜四十六刻。”就是说，在“南海”这个观测点，北极的地平高度为15度（古度）；夏至这天的8尺表的影子在表的南边（太阳在头顶的北边），影长1.16尺，白天的长度是54刻，夜间的长度是46刻。

　　这三个测量值均与观测点的地理纬度有关。夏至影长为1.16尺，最小读数为0.01尺（分），则可以认为测量误差为0.005尺，这样夏至影长的相对误差是0.005/1.16=0.4%，这也是纬度的相对误差。北极的地平高度为15度（古度），最小读数是1度，故认为其测量误差为0.5度，则相对误差是0.5/15=3%，这也是纬度的相对误差。而昼夜长度随纬度的变化很缓慢。这样，确定纬度可以使用夏至影长和北极出地两个数据，而使用夏至影长则精度更高。

　　在至元十六年夏至日（１２７９年6月15日），对于给定地理经度和纬度，可以算出太阳上中天的地平高度，由此求出夏至影长；而在夏至日午夜（大都时），计算出北极星（小熊α）的地平高度；由此得到夏至影长和北极出地的计算值与观测值的卡方；从而得到卡方最小时的纬度和经度及其误差。具体结果为：地理纬度为15.02度，1倍标准差范围为14.99-15.05度，地理经度的1倍标准差范围为106.75-118.90度。查南海地图，可知上述计算结果为：纬度线恰好经过黄岩岛南侧，东至九段线处，西至老挝。实际在15度的纬线上，仅有黄岩岛可以作为测量点。中沙黄岩岛的纬度在15.10-15.23度之间，与计算值相比在3倍标准差之内。因此郭守敬“四海测验”的“南海”观测点就是在黄岩岛上。

　　郭守敬四海测验观测站今古对照表

　　观测点现代对应的地点元测纬度现测维度

　　南海西沙及中沙群岛以南或东南15

　　衡岳湖南衡阳衡山附近24.6

　　岳台河南开封市区西部宋浚仪县岳台坊34.5

　　和林蒙古国乌兰巴托西南鄂尔浑河上游右岸额尔德尼桑图附近喀拉和林44.4铁勒俄罗斯贝加尔河西部叶尼塞河上游安加拉河一带54.2北海俄罗斯西伯利亚中部通古斯卡河一带64.1

　　大都北京市40.239.9

　　上都内蒙古自治区正蓝旗闪电河北岸兆乃曼苏默42.642.4北京辽宁省宁城西北大明城41.541.6

　　益都山东省益都县36.736.7

　　登州山东省蓬莱37.737.8

　　高丽朝鲜开城37.7

　　西京山西大同39.740.1

　　太原山西太原37.737.8

　　安西府陕西西安34.134.3

　　兴元陕西汉中33.133.1

　　成都四川成都31.130.7

　　西凉州甘肃武威39.5

　　东平山东东平35.235.9

　　大名河北大名东35.536.3

　　南京河南开封34.334.8

　　阳城河南登封告成镇之北34.234.4

　　扬州江苏扬州32.532.4

　　鄂州湖北武汉市武昌31.130.5

　　吉州江西吉安26.127.1

　　雷州广东海康20.520.9

　　琼州广东海口南琼山19.520

　　郭守敬除了用仪器观测天象外，还在全国范围内进行大规模的天文地理实测。在地形测量中，他首次提出并运用了“海拔”概念。这要比德国数学家高斯提出海拔概念早560多年。

　　在制历过程中，郭守敬还精密测量出一回归年的长度为365.2425日。这和现在世界各国通用的格里历完全一致，但郭守敬提出这一数值要比格里历早301年。郭守敬还测得黄赤交角值为23度90分，实际误差只有1分25秒。这在当时远远领先世界水平。同时，郭守敬还进行了大规模的恒星测量，写出了《新测二十八宿杂座诸星入宿去极》、《新测无名诸星》二卷，这是当时世界上收录恒星数目最多、记录最准确的星表。

　　郭守敬在历法编制过程中，在数学上首次提出并运用了三次内插法公式，比牛顿提出内插法一般公式早了400多年。 此外，郭守敬还创立了类似球面三角的计算方法。这一方法开辟了通向球面三角的道路，在世界数学史上有重要意义。

　　力经四年左右时间的精心计算、编制，公元1280年新历制成。忽必烈取“敬授民时”之意，定名“授时历”，通令第二年在全国颁行。由于它是我国古代最精良的一部历法，所以从元代一直使用到明代，共使用了364年，而且还传到日本、朝鲜，是我国古代影响范围最广的一部历法。

　　在繁忙的公务之余，郭守敬先后撰写了《推步》、《历议拟稿》、《仪象法式》、《上中下三历注式》等天文学著作凡14种，共105卷，从理论上系统总结自己的实践经验。可惜这些宝贵的著述后来都散失了。

　　1303年，郭守敬已72岁高龄，朝廷发布命令，凡年满70岁的官员都要退休，惟独要郭守敬继续留任。

　　郭守敬81岁时，仍在关心着国家的水利事业。通惠河上的24座水闸原来都是木制，但木闸容易朽毁。于是他上书朝廷，建议把所有木闸改建为石闸。

　　郭守敬86岁时去世。可以说他为国为民贡献了自己的一生。

　　郭守敬死后，他的遗体归葬邢台故乡，据《邢台县志》记载：邢台城西北三十里，有郭守敬墓。