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)行實際觀測。

修歷一開始，郭守敬指出：“歷之本在于測驗，而測驗之器莫先儀表。”古代歷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，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)氣的時刻。

郭守敬把圭表的表竿加高了5倍，觀測時的表影也加長了5倍。表影加長了，按比例推算各個節(jié)氣時刻的誤差大為減少。

渾儀是個不斷轉(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)某個星球，從那些圓環(huán)上就可以推定這個星球在天空中的位置。因為這個儀器的外形像一個渾圓的球，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，改成另一個獨立的儀器，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，其中兩項觀測對新歷的編算有重大意義。一項是黃道和赤道交角的測定，另一項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。