中国古代科学家传记(下)[格式PDF]（531页）

1、郭 守 敬陈 美 东郭守敬 字若思。顺德邢台（今河北邢台）人。元太宗三年（1231 年）生；延三年（1316 年）卒。天文学、水利工程学。郭守敬出生在一个殷实的家庭，从小跟随祖父郭荣长大，得到良好的教育。郭荣不但通晓五经，而且精通数学和水利之学，这对郭守敬产生了很大的影响。约 1246 年，郭守敬得到一幅拓印的北宋燕肃的莲花漏图，依图他能将这一计时仪器的原理讲得十分清楚。他还曾依据古图用竹篾扎制成浑仪，并积土为台，用扎制的浑仪进行恒星观测。这些都显露出年轻的郭守敬对天文观测的浓厚兴趣，和在仪器制作方面的才华。约 1247 年，郭荣把郭守敬送到他的老朋友刘秉忠处学习深造。刘秉忠是当时著名的学者，

2、深通天文、数学、地理等学问，这时正在磁州西紫金山（今河北武安），与另两位学识渊博的学者张文谦、张易一起读书并研讨学术，参与其间的还有一位少年朋友，名叫王恂，他比郭守敬小四五岁，也是才华出众。郭守敬与这些良师益友朝夕相处，经过数年的共同学习和钻研，学问大有长进，尤其是在天算历法方面打下了坚实的基础。这些人后来先后出仕元廷，张文谦、张易，特别是王恂又都是参与制定授时历的重要人物，他们此时的聚会，很可能已经对历法改革的问题进行了初步讨论。约 1250 年，郭守敬返回家乡。1251 年，受张文谦等人的邀请，他在邢台参与了一项河道疏浚的规划工作，妥善地设计了其中的关键工程，已在水利工程上崭露头角。此后数

3、年中，他一直在家潜心学习与研究，不断增长自己的学识。1260 年，应张文谦的邀请，郭守敬到大名（今河北大名一带）任职，协助处理有关政务。其间，他考察了该地区的水利状况以及地形水势，多有心得。他还曾仿制成燕肃的莲花漏，以供城市计时之用。1262 年，张文谦正式将郭守敬推荐给忽必烈。晋见时，郭守敬依据多年对水利的考察与思考，向忽必烈提出了兴修 6 项水利工程的建议，受到了忽必烈的重视和赞赏，被授予提举诸路河渠的职务。自此到 1276 年的10 余年中，郭守敬一直在水利部门任职，先后升任副河渠使（1263）、都水少监（1265）、都水监（1271）、工部郎中（1276）等职，分管以至全面负责全国河渠

4、、水利的治理工作。其间，他先后完成了修复西夏古渠、兴修北京地区若干水利设施、黄河下游诸水系的整治等重要工程。1276 年，忽必烈诏令编制新历法，为此设立了专门机构太史局，并任命王恂和郭守敬二人为主要负责人，先后参与改历工作的还有张文谦、张易、许衡、杨公懿等人，他们各尽所能，分工合作，终于在 1280 年编成了新历法，即著名的授时历。在 4 年的编历过程中，郭守敬共创制了简仪、高表等 17 种天文仪器，并主持开展了一系列卓有成效的天文观测工作，他还积极参与对前代历法的研究和新历法的编修，为授时历的制定做出了重大贡献。其间于 1279 年，忽必烈改太史局为太史院，诏令王恂为太史令，郭守敬为同知太史

5、院事，共同负责太史院这一规模宏大的皇家天文台的筹建工作，郭守敬为太史院的规划和建设付出了大量心血。1281 年，授时历颁行天下，但由于时间紧迫，授时历所采用的天文数据、天文表格以及推算方法都还未经缜密的考定，只是一堆未经整理的草稿。到 1282 年，编制授时历的主要参与者王恂、许衡、张易先后去世，张文谦、杨公懿则隐退还乡，因此，完成定稿的工作全部落在了郭守敬身上。又经过约 4 年的艰辛努力，郭守敬撰成了推步7 卷，立成2 卷，历议拟稿3 卷，转神选择2 卷和上中下三历注式12 卷，共 5 种 26卷，圆满地完成了这项任务。1286 年，郭守敬升任太史令，继续进行天文历法的研究工作。又先后完成了

6、一批重要的天文历法著作：时候笺注2 卷，修改源流1 卷，仪象法式2 卷，二至晷景考20 卷，五星细行考50 卷，古今交食考1 卷，新测二十八舍杂座诸星入宿去极1 卷，新测无名诸星1 卷，月离考1 卷，共 9 种 79 卷。其中有对日、月、五星运动以及二至晷影、交食等的详细考证，有关于历法改革源流的论述，有关于天文仪器制造方法、尺度的详细说明，有恒星位置测量的最新成果，它们是郭守敬对 1276 年以来，特别是新近的天文历法工作进行的总结。这些与前述 5种 26 卷合计 14 种 105 卷，构成了一个十分严密、完整的天文历法巨著。1291 年，郭守敬又向忽必烈提出了兴修 10 余处水利工程的新建

7、议，其中以修建通惠河工程最为重要。同年，忽必烈复置都水监这一统理全国水利的机构，命郭守敬兼职主管其事。1293 年，通惠河通航，郭守敬又被任命兼提调通惠河漕运事。1294 年，由于在天文历法以及水利工程上的杰出贡献，郭守敬被任命为昭文馆大学士，并兼管太史院的工作。这一年，他制成了七宝灯漏和木牛流马。次年，他又制成柜香漏、屏风香漏、行漏等计时仪器。1298 年，他还制成了灵台水浑运浑天漏，并曾对京郊的一项水利工程提出重要的建议。后又曾试图仿制张衡地动仪，可惜未获成功。1303 年，郭守敬请求退休，但没有得到批准，一直到 1316 年，卒于任上。纵观郭守敬的一生，他对科学技术的贡献是令人赞叹不已的

8、。在 31岁以前，是他勤奋学习、增长才干并在天文和水利方面初露锋芒的时期。31 岁至 45 岁和 60 岁至 62 岁这两个阶段，他在水利工程方面大显身手，前后向朝廷提出了兴修 20 多项水利工程的建议，治理了大大小小数百处河渠泊堰工程，其中有不少是高质量的水利工程，在中国古代水利史上写下了光辉的一页。46 岁至 59 岁和 63 岁至 67 岁这两个阶段，他在天文历法领域大放异彩，在天文仪器制造、天文观测和历法编算诸方面都硕果累累，在中国古代天文学史上写下了辉煌的篇章。史籍没有关于郭守敬在去世前10 多年时间里的科技活动的记载，这可能是他的科技活动的休止期，一个创造欲望如此炽热的科学家为什么

9、突然中止了他的求索，至今仍是一个谜。郭守敬一生中创制的天文仪器不少于 22 种，其中有 17 种是他在参与编制授时历的数年中创制的，它们分别是：简仪 这是一种崭新的测量天体位置的仪器，它是为克服传统浑仪环圈繁多、众环圈同心安置在技术上的困难以及运转不够灵活等弊病而精心设计的。它由两组彼此独立的仪器组合而成，第一组由赤经环、赤道环和百刻环组成，其中赤道环和百刻环重叠安置，二者之间平放四个圆筒形的短铜棍，这是世界上滚筒轴承的最早利用，可使赤道环灵活地沿固定的百刻环转动；第二组由阴纬环和地平环组成。赤经环（或阴纬环）垂直安置于赤道环（或地平环）的环心之上，均可绕环心自由转动，采取的是环圈垂直安置法。

10、两组仪器又均以线照准替代传统窥管的小孔照准法。第一组仪器是赤道坐标装置，可用于测量天体的去极度（沿赤经环）、入宿度（沿赤道环）和地方真太阳时（沿百刻环），这是世界上最早的大赤道仪；第二组仪器是地平坐标装置，可用于测量天体的地平高度（沿阴纬环）和地平方位角（沿地平环），这与近现代的地平经纬仪相当。这两组仪器具有统一的底座，又相距甚近，二者错落有致，浑然一体。这就是著名的简仪，它设计新颖、合理，结构严整、牢固，功能多样，应用灵便。候极仪 它安置在简仪赤经环转轴的顶端，是一与赤道环遥相平行的小环圈。用它观测北极星，令北极星在该小环圈内运转，运转的圆心即天北极的方向，使赤经环转轴沿此方向安置。所以，它

11、是使简仪的赤道坐标装置校正到正确位置上的重要仪器。由于它与简仪组装在一起，也可视作简仪的一个构件。立运仪 即简仪上的地平坐标装置。高表 这是为提高晷影测量的精度而设计的，传统的圭表表高一般为8 尺，郭守敬将表高增至 4 丈，圭长亦相应增加。在北京，郭守敬先以木为表，后又以铜铸表，表端均为一悬空的横梁。而在河南登封县，郭守敬建造了城墙式高表，系以砖砌为台，其中起高表作用的是台面正中的垂直凹槽，横梁置于凹槽的顶端，横梁的中轴与圭面垂直距离为 4 丈，圭面自南向北延伸，圭面中轴线两侧开有两条平行的水槽，用于校正圭面处于水平面上。这一设计既十分别致，又十分合理和科学。景符 这是依小孔成象原理设计成的测

12、影器具，它由一个 2 寸见方的框子和一片 4 寸长、2 寸宽的铜叶组成，铜叶的一边用枢纽与框子的一边连接，可随意转动，铜叶的中间开一小孔。测影时将景符在圭面上移动，令铜叶面与阳光垂直，又令高表横梁的影子正好平分米粒大小的太阳像圆面，此时横梁影子所指处，就是 4 丈高表的影长。从理论上讲，高表比 8尺表增长 5 倍，其测影精度应提高 5 倍，但由于表高影淡，在圭面上很难看清楚横梁的影子，景符的创造，则使影子清晰可见，所以，景符是保证高表测影精度得以提高的关键性器具。窥几 其形制类似于几案，在几面的正中开一长方形的缺口，与缺口相垂直装有两根中间带有刀口的小木条。夜间观测时，将窥几置于高表圭面上，沿

13、南北方向移动，观测者位于窥几下，通过缺口移动几面上的两根小木条，令它们的刀口分别与高表横梁的上、下边缘同所观测的天体处于一条直线上。然后，在几面上取这两根小木条所处位置的中点，由铅垂线读取圭面上的圭长值，再用一定的数学方法便可求出天体南中天时的地平高度值。仰仪 它是一铜制的中空半球，宛如一铜釜，直径约 10 尺，釜口向上，平放嵌入砖砌的台座中。取一根小木条让其一端架在釜口的正南边缘上，另一端附一铜片，中间开孔，令小孔正与半球心相重合。又取一根较短的小木条，令与前一根小木条垂直，两端分别平放在釜口的东南和西南边缘。通过釜口正南点和半球心在釜内壁作一大圆，由正南点向下沿该大圆弧40.75 度（北京

14、北极出地高度）处取一点，以此点为极心，在釜内壁绘出一极坐标网格，这就是与北京相应的赤道坐标网格。观测时，令太阳光通过铜片小孔，成象在釜内壁上，由网格可以直接读取太阳的赤纬值和地方真太阳时刻。若遇日食，食相可以连续在釜内壁成象，由此可以测定日食的初亏、食甚、复圆等的时刻和方位，以及食分的大小等等。赤道式日晷和星晷定时仪 前者可用于测量地方真太阳时，而后者是一种星盘，可用于测量天体的高度，也可用于测定时间。浑天象 这是一种天球仪，在一圆球面上缀有众恒星，并绘有黄、赤道和可随时移动的白道。圆球半隐半现于一方柜内外，圆球的南北两极出入方柜顶面各 40.75 度，柜内设有机械装置，使圆球自动随天球同步旋

15、转，能自动演示日月星辰的运动。证理仪和日月食仪它们是分别用于演示日、月运动状况和日月交食原理的仪器。玲珑仪 这是一中空的圆球，圆球用半透明的材料制成。在圆球面上绘有纵横交错的赤道坐标网格，网格的交叉点均凿有小孔；又绘有星官的位置，亦凿出小孔。圆球在机械装置的驱动下，可绕极轴自动旋转，且与天体的转动同步。人居于圆球中心观测太阳或月亮，可以由坐标网格直接读得它们的赤道坐标值，即玲珑仪可用于测量日、月的位置，同时它又相当于假天仪，具有演示天象的功能。正方案 它是一块 4 尺见方的木板，以木板正中为圆心画 19 个同心圆，半径各差 寸，最外圆边缘分划成度。将正方案平置，在圆心上1365 14安插一根小

16、棒，标出自日出到日没棒影依次与这些同心圆的交点，取棒影出入同一个圆的两个交点连线的中点，这些中点的轨迹即为当地的正南北方向。若将正方案沿正南北方向竖直安置，则可用于测量当地的北极出地高度，其原理与唐代一行创制的复矩相同。丸表、悬正仪和座正仪 它们分别是用于测量地方真太阳时的天球仪式日晷，以及校正仪器的竖轴处于铅直方向和校正仪器的底座处于水平方向的仪器。上述 17 种仪器是郭守敬为新编历法的需要，或为太史院设计制造的，其中前 9 种和后 4 种为观测用仪器，玲珑仪为观测、演示并用的仪器，其余则为演示用仪器。七宝灯漏 这是一种大型自动报时的仪器。灯漏通高 17 尺，作球状，共分四层，每层分别置神象、四象、木人等，它们或依时刻隐现，或依时刻跳跃、鸣叫、鸣钟、打鼓、敲钲、击铙等等，以丰富多彩的音象形式来报时。水浑运浑天漏 这是一种自动演示日月星辰运行状况的仪器，它较浑天象具有更复杂的结构和更多的演示功能，它们与七宝灯漏一样，都是以漏壶的流水为原动力，通过复杂的齿轮系统等的传动，达到与天同步、自动运行的成效的。柜香漏、屏风香漏和行漏 它们都是计时用的仪器，前二者是供皇室日常使用的，很可能是以点燃