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元代著名科学家郭守敬的故事

  发表日期:2006年12月30日      作者:齐·斯秦巴托     【编辑录入:admin


郭守敬(公元1231—1316),字若思,元代邢州邢台(今河北邢台)人。是我国宋元时代著名的天文学家和水利工程专家。

  郭守敬生活在我国的宋元时代,这个时代我国封建经济文化高度发达,火药、罗盘和印刷术的发明对世界科学文化发展具有重要的影响。他勤奋好学、刻苦钻研,善于汲取前辈科学家的研究成果,并注重总结劳动人民的生产经验,勇于实践和创新,在科学上做出了许多贡献。他不仅精通天文历法,还擅长水利工程,而且在数学、地理和机械工程等方面也有很高的造诣。郭守敬主要科学成就在天文历法和水利工程这两方面,其中天文历法的成就尤为突出。他是以优秀天文学家的名字列入世界古代著名科学家之林的。

  元世祖忽必烈称帝并入主中原后,雄才大略,广罗人才,运用“汉法”。他吸取历代统治经验,改变蒙古旧制,采用宋、金以来封建政治经济制度,他不仅重用蒙古族人才,而且对汉族和其他民族的人才也加以使用,授以官职,使其为朝廷出力。这样不久推动了蒙古的社会进步,而且促进了全国的安定和发展。他还提倡兴修水利,重视农桑,开凿会通河、通惠河,使南北水路畅通。还实行屯田,兴建水利工程,推广农业生产先进技术等,这些措施都有利于元代农业生产的发展。1262年,忽必烈在上都召见了郭守敬听取他对水利的建议,郭守敬提出对北方水利资源及华北水利灌溉问题的具体意见。

  公元1276—1280年间(元世祖至元十三年至十七年),郭守敬被元世祖忽必烈任命为主管历法方面的官员,主持历法的修订工作。元初,由于旧历法年久失修,旧有的天文仪器已经陈旧不堪,无法准确观测天象,发生了节气差错、日月食不准等各种弊病。公元1276年忽必烈下令修订历法,由许衡、张文谦、王恂和郭守敬等主持,但实际负责的却是郭守敬。他认为:“历之本,在于测验;而测验之器,莫先仪表。”于是就把研制天文仪器作为主要问题来进行。在修历过程中,郭守敬一共创制了简仪、高表、候极仪、浑天仪、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷、定时仪等十三件精巧的天文仪器,这些仪器主要用于观测天体、日月、星辰和日食等。《元史》称他研制的这些天文仪器“皆臻于精妙、卓见绝识,盖有古人未及者。”这些仪器具有精致、灵巧、简便、准确的特点,不仅元代以前我国历史上没有,而且达到了当时世界的先进水平。

  1279年天文仪器制成后,郭守敬在大都(今北京)城东设计、修建了一座观测天象的司天台—灵台。灵台里陈设有各种有关天文学的图书和仪器,是当时世界上设备最完善的天文台。以后明、清两代的观象台,就是在灵台的基础上扩建而成的。

  郭守敬通过观测工作,对于“黄赤大距”(黄指太阳,赤指赤道,大距是指赤道平面和太阳平面形成的交角,是天文学上最基本的数据之一)和二十八宿距度(即赤经差)的测定有了重要发现,这也是他在天文学上的两项重要成就,对于改进历法具有重大意义。他于1280年春编写了一部新的历法—《授时历》,第二年颁行全国实行。《授时历》确定一年为365.2425天,比地球绕太阳公转一周的实际时数仅差26秒,和现代世界通用的公历完全相同,却比它早三百年发现。它是我国古代最优良的一部历法,体现了郭守敬在科学上的创新精神。

  除天文学外,郭守敬还在水利工程方面有不少成就和贡献。由于他擅长地理,精通数学,在二十岁时就对邢州城外的古老石桥进行过疏通和重修,解决了当地交通和农业灌溉方面的需要。后在元政府的支持下,在经过对各地地形、河川进行勘测的基础上,制定出在华北地区整治河道、兴修农田水利和发展航运的规划。如,在元上都设计、兴修了铁幡竿渠;修复、扩建了西北河套平原的灌溉渠道;开辟了大都水源与凿通通惠运河等。

  元上都城建成后,由于城内和城周围河流、湖泊较多,山洪下来,危及城池。1293年因下大雨,洪水冲坏上都城池,皇帝发派三万虎贲(侍卫)军来修复。为解决上都城的防洪和排泻洪问题,大德二年(1298年)郭守敬经实地勘测,设计了著名的水利工程“铁幡竿渠”。在上都城西北的铁幡竿山(铁幡竿高数十丈,以此镇海)上修渠,将铁幡竿山上的洪水引向滦河。铁幡竿渠东岸仅距上都城西城墙一公里,水利工程遗址至今尚存。这是我国北方草原唯一保存下来的水利工程。

  1264年(元世祖至元元年),郭守敬随同西夏中兴等路行省(今宁夏、甘肃、青海一带)长官张文谦前往西北地区,负责修复河套平原的水利。河套平原,土地肥沃,河流众多,为西北地区盛产五谷的米粮川。这里的人民开凿渠道,利用黄河之水灌溉农田。其中有两条水渠最长,一条唐来渠,长四百里;另一条叫汉延渠,长二百五十里(都在今宁夏境内)。此外,还有数十条干渠和支渠。元初,由于战争等原因,使这些水利工程受到严重破坏,影响了农业生产。由于郭守敬精心设计,他带领当地人民用了两年多的时间,修复了旧有的水渠,还兴建了不少新的渠道,并在各渠道的入口处修建了用以调节水量的水坝和水闸。这些坝闸设计合理,坚固结实,直到明代中叶还继续使用。

  元朝建首都于大都后,大都成为全国的政治、经济、文化中心。为了解决大都的物资供应,把粮食等物品从南方调运来京,急需开凿一条沟通大都与通州之间的运河,以便与杭州至通州的大运河连接。1292—1293年郭守敬授命开辟新水源和开凿新运河的任务。这项工程比较艰巨,辽金以来几番动工都未成功。郭守敬经过对大都周围地形、水文勘测、调查之后,终于找到了水源,制定出切实可行的计划。他在大都西北修建了一条长达三十公里的白浮堰,把昌平以南神山附近的白浮泉水引进大都城,然后利用旧有运粮道顺流东下,把通州和大运河连接起来。为了解决河床倾斜坡度问题,郭守敬还设计了设置二十座水闸、斗门来调节水位和控制流量,以保证船只顺利通行。这条运河全长一百六十余里,由两万多名工匠、兵士和水手化了一年多时间修成。通惠河的修成不仅解决了大都的漕运问题,同时也促进了元朝南北经济文化的交流。他还在测量华北地形时“又尝以海面教京师至汴梁(今开封)地形高下之差”,是我国地理学上首次用“海拔”测量地形。

       本文参考《中国古代科学家史话》、《蒙古族简史》等书


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