自從炎黃人類始出,就開始與天文歷法糾纏不休。從最早的觀象授時(shí)開始,經(jīng)過世代的不斷努力,人們積累了越來越多的天文學(xué)知識,并逐漸形成了內(nèi)容豐富且具有獨(dú)特風(fēng)格的天文學(xué)體系。而郭守敬與王恂等人共同編制的《授時(shí)歷》,則是我國古代歷法發(fā)展到巔峰狀態(tài)的標(biāo)志。 時(shí)間:1280年12月19日 科學(xué)家:郭守敬 科研項(xiàng)目:天文歷法 科研成果:《授時(shí)歷》,規(guī)定365.2425天為一年 科研著作: 105卷 科研專利:簡儀、回歸年、割圓法 科研天賦:創(chuàng)制世界首臺自鳴報(bào)時(shí)鐘 元朝科學(xué)家郭守敬,十五六歲時(shí)就表現(xiàn)出了對科學(xué)研究的潛質(zhì)。那時(shí),他得到一幅“蓮花漏圖”(蓮花漏是一種計(jì)時(shí)器,由北宋科學(xué)家燕肅在古代漏壺的基礎(chǔ)上改制而成。圖上畫的器具由好幾部分結(jié)成。上面有幾個(gè)漏水的水壺,壺內(nèi)水面高度要保持不變,往下漏水的速度保持均勻。這樣,漏水量就能顯示出時(shí)間變化。 僅依據(jù)燕肅留下的蓮花漏圖,想掌握蓮花漏的制造方法和原理,可不是件容易的事。郭守敬對圖樣做了深入研究,居然摸清了制作方法,并對蓮花漏進(jìn)行了改進(jìn),還親自動手制作了不少蓮花漏。 元太史院內(nèi)靈臺上有一個(gè)銅壺刻漏,就是郭守敬制作的蓮花漏。1276年前后,郭守敬制作了一架自動報(bào)時(shí)的七寶燈漏,獻(xiàn)給元朝政府。元朝政府在召集會議時(shí),常把七寶燈漏陳設(shè)在大明殿上。 七寶燈漏高一丈六尺,用水流推動機(jī)件自動運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)件中有云珠和珠梁,梁的兩端有龍頭,可以用來調(diào)整水流的緩急。七寶燈漏里有12個(gè)抱著時(shí)辰牌子的木偶,輪流走出來報(bào)時(shí),還有4個(gè)木頭分別去撞鐘、敲鼓、擊鉦、打鐃,報(bào)告時(shí)間。七寶燈漏后來被人們稱做“大明殿燈漏”,是一種獨(dú)立的機(jī)械性計(jì)時(shí)儀器,也是世界上第一臺自鳴報(bào)時(shí)鐘。 圭表增高 渾儀洗“心”革面 至元十三年(1276年),元世祖遷都大都,下令改訂舊歷,調(diào)動了全國各地的天文學(xué)者修新歷。負(fù)責(zé)歷局事務(wù)和具體編算工作的是精通天文、數(shù)學(xué)的王恂。王恂馬上想到了老同學(xué)郭守敬,雖然郭守敬一直在都水監(jiān)從事與水利有關(guān)的工作,但他也通曉天文和長于制器。因此,在王恂的推薦下,郭守敬參加了修歷,奉命制造儀器,進(jìn)行實(shí)際觀測。 修歷一開始,郭守敬指出:“歷之本在于測驗(yàn),而測驗(yàn)之器莫先儀表?!惫糯鷼v法制定工作中要求的天文觀測,主要是兩類:一類是測定二十四節(jié)氣,特別是冬至和夏至的確切時(shí)刻,用的儀器是圭表;一類是測定天體在天球上的位置,應(yīng)用的工具是渾儀。 圭表中的“表”是一根垂直立在地面的表竿或石柱;“圭”是從表的底部以水平位置伸向北方的一塊石板。每當(dāng)太陽轉(zhuǎn)到正南方向時(shí),表影就落在圭面上。量出表影的長度,就可以推算出冬至、夏至等各節(jié)氣的時(shí)刻。 郭守敬把圭表的表竿加高了5倍,觀測時(shí)的表影也加長了5倍。表影加長了,按比例推算各個(gè)節(jié)氣時(shí)刻的誤差大為減少。 渾儀是個(gè)不斷轉(zhuǎn)動的天體圓球。圓球里有許多一重套一重的圓環(huán)。圓環(huán)有的可轉(zhuǎn)動,有的不能旋轉(zhuǎn)。圓環(huán)中間夾著一根細(xì)長的管子,叫做窺管。把這根細(xì)管瞄準(zhǔn)某個(gè)星球,從那些圓環(huán)上就可以推定這個(gè)星球在天空中的位置。因?yàn)檫@個(gè)儀器的外形像一個(gè)渾圓的球,所以稱為渾儀。 郭守敬簡化了渾儀,只保留渾儀中最主要、最必需的兩個(gè)圓環(huán)系統(tǒng),并把其中的一組圓環(huán)系統(tǒng)分出來,改成另一個(gè)獨(dú)立的儀器,再把作為固定支架用的圓環(huán)全撤除,用一對彎拱形的柱子和另外四根柱子承托著儀器。圓環(huán)四面凌空,便于觀測。改良后的儀器,取名“簡儀”,即最早的大赤道儀。在歐洲,這種結(jié)構(gòu)的測天儀器,到18世紀(jì)以后才開始從英國流傳開。 郭守敬用簡儀做了許多精密觀測,其中兩項(xiàng)觀測對新歷的編算有重大意義。一項(xiàng)是黃道和赤道交角的測定,另一項(xiàng)是二十八星宿距度的測定。為編制新歷,郭守敬創(chuàng)造了近20種儀器和工具。 科研成果 14位天文學(xué)家27個(gè)觀測點(diǎn)定《授時(shí)歷》 郭守敬從800多年前祖沖之所做的冬至?xí)r刻觀測開始,選取歷史上比較可靠的六次冬至?xí)r刻的測定,由此定出了一個(gè)回歸年(地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周花費(fèi)的時(shí)間)數(shù)值為365.2425日。 此數(shù)值與南宋楊忠輔的《統(tǒng)天歷》(制成于1199年)中的數(shù)值相同,是祖沖之以來最精密的數(shù)值。 郭守敬進(jìn)一步證實(shí)了回歸年長度逐漸縮小的規(guī)律,定為每百年往后減少萬分之一日。此數(shù)雖較現(xiàn)代天文學(xué)家測定的數(shù)值要大,但卻優(yōu)于前輩楊忠輔。在郭守敬的建議下,元世祖派了14位天文學(xué)家,在國內(nèi)27個(gè)地點(diǎn)(注:最南至西沙群島,最北至北極圈內(nèi))進(jìn)行了重要的天文觀測。在其中的6個(gè)地點(diǎn),特別測定了夏至日的表影長度和晝、夜的時(shí)間長度。這些觀測的結(jié)果都為編制全國適用的歷法提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)。 這次天文觀測的規(guī)模之大,在世界天文學(xué)史上也少見。經(jīng)過王恂、郭守敬等人的集體努力,到至元十七年(1280年)春天,一部新的歷法宣告完成。按照“敬授民時(shí)”的古語,取名“授時(shí)歷”。12月19日,朝廷正式頒發(fā)了根據(jù)《授時(shí)歷》推算出來的下一年的日歷。 從元代到清初的360多年中所用的歷法實(shí)際上都是《授時(shí)歷》?!妒跁r(shí)歷》計(jì)算精度非常高,它的回歸年長度365.2425日,和世界通用的公歷,即格里高利歷一樣,但比格里高利歷早了300年。 另外,《授時(shí)歷》在計(jì)算方法上也有很大創(chuàng)新,如為了對太陽、月亮的不均勻運(yùn)動進(jìn)行改正,創(chuàng)造了三次差內(nèi)插法;為了進(jìn)行黃道和赤道宿度之間的轉(zhuǎn)化及太陽視赤緯的轉(zhuǎn)化,創(chuàng)立了類似球面三角法的數(shù)學(xué)方法——割圓法。 在新歷頒行后不久,主要骨干有的去世,有的辭歸,惟獨(dú)剩下郭守敬繼續(xù)工作,一人整理了《授時(shí)歷》全部文稿。因此,后人把《授時(shí)歷》的成就都?xì)w于郭守敬。 細(xì)節(jié) 郭守敬紀(jì)念館 郭守敬紀(jì)念館在北京西城區(qū)西海北沿匯通祠內(nèi),為社科類專題人物紀(jì)念館, 1988年10月建成開館。匯通祠始建于元代,最初名為鎮(zhèn)水觀音庵,乾隆年間重修,改名匯通祠。1986年復(fù)建。 紀(jì)念館分三個(gè)展廳,記錄了郭守敬一生的科技成就。在紀(jì)念館中可以發(fā)現(xiàn),他的20多項(xiàng)研究遙遙領(lǐng)先于世界水平。他在大地測量中首次運(yùn)用了海拔概念原理,并首次以科學(xué)考察為目的探尋黃河之源。他晚年著書立說,完成《推步》、《月離考》等105卷科學(xué)巨著。 郭守敬最大的成就是在水利方面。他一生中大部分時(shí)間從事水利建設(shè),足跡遍及半個(gè)中國,完成大小百余處河渠泊堰的治理,對大都水利的建設(shè)貢獻(xiàn)最為突出,曾主持開發(fā)當(dāng)時(shí)為大都水源的白浮堰,開通惠河,促進(jìn)了元大都的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。館內(nèi)還展出有元代水關(guān)模型、元代糧船的鐵錨和有關(guān)的書籍。 鏈接 觀象臺 北京建立觀象臺,可上溯到金代。金滅北宋后,將天文儀器從汴梁(今河南開封市)運(yùn)到金中都(今北京右安門一帶),并設(shè)立太史局、司天臺。繼金之后,元仍定都北京(稱作大都),到元至元十六年(1279年),天文學(xué)家郭守敬、王恂等人,在大都東南建立了一座當(dāng)時(shí)世界上規(guī)模最大的司天臺,并用他們自己設(shè)計(jì)制造的天文儀器進(jìn)行觀測,把我國古代天文學(xué)推上了新的高峰。元末明初,由于連年戰(zhàn)爭,元司天臺的全部建筑均遭毀壞。 現(xiàn)存的北京建國門立交橋西南角的古觀象臺始建于明正統(tǒng)年間,當(dāng)時(shí)除建臺子、造儀器外,臺下還建了紫微殿庭院,明正統(tǒng)十一年(1446年)又造晷影堂,這時(shí)的觀象臺已初具規(guī)模。除臺頂因清代儀器增多曾東擴(kuò)三米外,至今無大變化。北京古觀象臺當(dāng)年配備有眾多天文觀測儀器。八國聯(lián)軍入侵北京后,古觀象臺上的儀器被洗劫一空。 |
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