郭守敬

人物生平

郭守敬于1231年（金哀宗正大八年）生于邢州邢台县（今河北省邢台市信都区）。其父情况史传未载，可能早逝。郭守敬由祖父郭荣抚养成人。郭荣是金、元之际一位颇有名望的学者，精通五经，熟知天文、算学，擅长水利技术。在郭荣的教养下，郭守敬从小勤奋好学，少年时代就养成了很强的动手能力。

郭守敬十五六岁时，曾根据书上的一幅插图，用竹篾扎制出一架测天用的浑仪，并堆土做台阶放置进行天文观测。他还根据北宋燕肃一幅拓印的石刻莲花漏图，弄清了这种可以保持漏壶水面稳定的计时仪器的工作原理。这种早慧的动手能力和钻研精神，预示了他日后在仪器制造和天文观测方面的卓越成就。

当时，忽必烈的重要谋士、学者刘秉忠因居父丧，在邢台西南的紫金山中结庐读书，从学者有张文谦、张易、王恂等人。郭荣与刘秉忠交好，便将少年郭守敬送到刘秉忠门下深造。刘秉忠精通经学和天文学，郭守敬在这里获得了颇多教益，并与张文谦、张易、王恂等人建立了同学之谊。这段紫金山求学经历，对郭守敬的学术生涯产生了深远影响。

1251年（蒙哥汗八年），刘秉忠被当时总领漠南汉地事务的忽必烈召入幕下，离开邢台后，将郭守敬介绍给了张文谦。郭守敬成年不久后，受命来安抚邢台一带地方的脱兀脱和刘肃等，发起整治开挖水流河道的工作，并专门聘请郭守敬承担工程的规划设计。郭守敬根据家传学问，加上认真的调查勘测，很快弄清了因战乱而破坏的河道系统。随后的疏浚整治工程，使蔓延的水泽各归故道，并且在他的指点之下，一举挖出已被埋没了近三十年的石桥遗物。这项工程受到时人传颂，文学家元好问专门为此写了一篇《邢州新石桥记》，文中提到的“郭生”就是年轻的郭守敬。

1260年（中统元年），忽必烈在开平府（后称上都）即位，命张文谦到大名路（今河北大名一带）等地担任宣抚司长官，郭守敬也跟随一同前往学习。所到之处，他做了许多河道水利的调查勘测工作，还在大名召集匠人，鼓铸了一套他少年时所探究的莲花漏，并作了改进，改称为宝山漏。

1262年（中统三年），因时任左丞的张文谦推荐，郭守敬在开平府受到忽必烈召见。他面陈关于水利的建议六条，每奏一事，忽必烈都点头称是，颇为赞赏，随即任命他为提举诸路河渠，掌管各地河渠的整修和管理工作。1263年（中统四年），朝廷加授郭守敬银符，升其为副河渠使。

1264年（至元元年），郭守敬与唆脱颜前往西夏故地视察河渠水道。数月后，张文谦又作为朝廷的代表治理西夏。郭守敬在张文谦的领导和支持下，奉命修浚西夏境内的唐来、汉延等古渠，更立闸堰，使当地农田得到灌溉，受到西夏百姓的爱戴，当地百姓曾在渠头上为他建立生祠。1265年（至元二年），升任都水少监。

1276年（至元十三年），都水监并入工部，郭守敬任工部郎中。同年，忽必烈根据刘秉忠生前的建议，命许衡“领太史院事”，郭守敬与王恂为副，研订新历。郭守敬等率南北日官进行实测，提出了“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”的正确主张。

1279年（至元十六年），太史局扩建为太史院，王恂任太史令，郭守敬任同知太史院事。进呈所制仪表时，郭守敬对忽必烈详加解说，直到日暮，忽必烈仍未疲倦。同年，在郭守敬的领导下开展了全国范围的天文测量，后世称之为“四海测验”。他在奏对中提出：“唐一行开元间令南宫说天下测景，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。”忽必烈同意其奏，遂设监候官一十四员，分道而出，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。

1280年（至元十七年），《授时历》完成，制历工作结束。1281年（至元十八年），王恂去世，郭守敬承担太史院的全部工作，陆续整理成《推步》《立成》等多种著作。1286年（至元二十三年），郭守敬升任太史令。

1291年（至元二十八年），有人建议利用滦河和浑河溯流而上，作为向上都运粮的渠道。忽必烈不能决断，派郭守敬去实地勘查。郭守敬探测到中途，就已发现这些建议不切实际。他乘着报告调查结果的机会，提出了许多新建议，其中包括大都运河新方案：不用一亩泉旧源，别引北山白浮泉水，西折而南，经瓮山泊，自西水门入城，环汇于积水潭，复东折而南，出南水门，合入旧运粮河。每十里置一闸，比至通州，凡为闸七，距闸里许，上重置斗门，互为提阏，以过舟止水。忽必烈览奏后大喜，说“当速行之”，于是重置都水监，由郭守敬领之。

1292年（至元二十九年）春，运河工程动工，开工之日忽必烈命丞相以下官员一律到工地劳动，听郭守敬指挥。郭守敬领导开辟了大都的白浮堰，开凿了由通州到大都积水潭（今北京什刹海）大运河最北的一段——通惠河。他不仅根据大都的地形地貌解决了通惠河的水源问题，而且按地形地貌变化及水位落差，在运河中设闸坝、斗门，解决了河水的水量和水位。1293年（至元三十年）七月，通惠河成。忽必烈从上都回到大都，路过积水潭，见其上“舳舻蔽水”，大悦，亲赐名为通惠河，并赐郭守敬钞一万二千五百贯，命他仍以太史令职兼提调通惠河漕运事。

1294年（至元三十一年），郭守敬任昭文馆大学士，兼知太史院事。1298年（大德二年），有人提议在上都西北的铁幡竿岭下，开出一条宣泄山洪的渠道。元成宗铁穆耳把郭守敬召到上都商议。郭守敬根据地势和历年山洪资料，指出渠道要宽到五十步至七十步（约80~115米）。但经办此事的人认为郭守敬夸大，把宽度缩减了三分之一。次年山洪暴发时，果然因渠道太窄，泛滥成灾，还险些冲及成宗的行帐。成宗在避水时叹道：“郭太史真是神人呐，可惜没有听他的话！”

1303年（大德七年），成宗下诏，凡年满七十岁的官员皆可退休，唯独郭守敬，因为朝廷还有工作依靠他，不准退休。由此形成了一个新例：太史院的天文官都不退休。元成宗之后，元朝政权腐朽，统治集团内部斗争日益剧烈，郭守敬的创造活动受到极大限制。与同他当时不断提高的名望相对照，他晚年的创造活动十分沉寂。1316年（元仁宗延祐三年），郭守敬去世，享年八十六岁。

主要事迹

郭守敬参与制定的《授时历》除了在天文数据上的进步之外，在计算方法方面也有重大的创造和革新。主要特点有：

废除上元积年：1281年（改用至元十八年）天正冬至为其主要起算点。其他各种天文周期的历元，均推算出与该冬至时刻的差距，称为相关的“应”。由此形成一个天文常数系统。在这个天文常数系统中，《授时历》提出了七应（气应、转应、闰应、交应、周应、合应、历应）。

以万分为日法：古代的天文数据都以分数形式来表示，难以立即比较数值大小，计算中又需作繁杂的通分运算。从唐代开始就有人企图打破分数表达法的传统，如南宫说于705年（唐中宗神龙元年）编的《神龙历》以百进制为天文数据的基础，曹士蒍于唐德宗建中年间（780年－783年）编的《符天历》更明确提出以万分为日法。但《神龙历》未获颁行，《符天历》只行于民间，被官方天文学家贬称为“小历”。到《授时历》中始以宏大的革新精神，断然采用以万分为日法的制度，使天文数据的表达方式走上了简洁合理的道路。

发明正确的处理三次差内插法方法：自隋代刘焯以来，天文学家使用二次差内插法来计算日、月等各种非均速的天体运动。但唐代天文学家已发现，许多运动用二次差来计算不够精确，必须用到三次差，而三次差内插公式却一直没有找到。《授时历》发明了称之为“招差法”的方法，解决了这个三百多年未能解决的难题。招差法从原理上来说，可以推广到任意高次差的内插法。

采用弧矢割圆术：郭守敬采用了类似现在球面三角算法的“弧矢割圆术”来处理黄道和赤道的坐标换算。

确定精确数据：确定了一个月为29.530593日，一年为365.2425日。正式废除以前历法积累的时差，以实际观测为准。确定以一年的1/24作为一个节气，以没有中气的月份为闰月，此原则一直采用至今。

为修订历法，郭守敬改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器。他提出了“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”的主张，强调精密仪器对于天文观测的重要性。王恂、郭守敬等同尼泊尔建筑师阿尼哥合作，在元大都兴建了一座新天文台，台上安置着郭守敬所创制的天文仪器，是当时世界上设备最完善的天文台之一。现存于河南嵩山的郭守敬观星台是研究天文的仪器，系郭守敬所建。

邢台河道疏浚：郭守敬成年不久后，受命规划设计邢台河道疏浚工程，使蔓延的水泽各归故道，并挖出被淤没近三十年的石桥。

西夏治水：1264年（至元元年），奉命修浚西夏境内的唐来、汉延等古渠，更立闸堰，使当地农田得到灌溉。共修复疏浚兴州、灵州、应理州、鸣沙州等四州主干渠12条、支渠68条，使宁夏平原9万余顷土地恢复了灌溉。他提出建滚水坝以减弱水势，在渠道引水处筑堰以提高水位，建渠首进水闸以保证渠道有充足水量，建退水闸以调节流量等技术方案，为水利工程之创新。这次修复的沿河渠道坝闸，设计精细，质量坚固，直到明代中期还在继续使用。

通惠河工程：1291年（至元二十八年），郭守敬提出大都运粮河新方案，引白浮泉水入城，环汇于积水潭，每十里置一闸。1292年（至元二十九年）春动工，1293年（至元三十年）七月成，忽必烈赐名“通惠河”。通惠河发展了南北交通和漕运事业。

铁幡竿渠：1298年（大德二年），郭守敬建议渠道宽至五十步至七十步，未被采纳，次年山洪暴发果然成灾。

1279年（至元十六年），郭守敬提案“四海测验”，奉旨后进行。听从郭守敬的建议，元世祖派了14位天文家，除大都外到当时国内另外26个地点，进行几项重要天文观测。这一天文观测的规模之大，在世界天文史上也是少见的。在其中的6地点特别测定了夏至日的表影长度和昼、夜的时间长度。这些观测的结果，都为编制全国适用历法提供了科学的数据。他还组织测定了恒星位置，测定冬至点、近地点以及黄道和白道交点位置，编制月亮运动表，测定全国27个观测点的纬度。