科学家郭守敬是做什么的(数学家郭守敬制造仪器的故事)(1)

数学家郭守敬

郭守敬(1231年-1316年),字若思。邢州邢台县(今河北省邢台市)人。元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家。早年师从刘秉忠、张文谦,官至太史令、昭文馆大学士、知太史院事,世称“郭太史”。元仁宗延祐三年(1316年),郭守敬逝世,享年八十六岁。著有《推步》、《立成》等十四种天文历法著作。

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郭守敬小时候家庭生活很富裕,在他祖父郭荣的熏陶下,他钻研数学、天文学和水利。他的学习特点是对任何事物都好追根问底。更喜欢自己动手制作一些小型简易的测量器具。他十五、六岁时,弄到一本石印《莲花漏图》,如获至宝,爱不释手,通宵达旦地钻研起来。祖父察觉到孙子天资聪明,就把他送到紫金山,跟当时的学者刘秉忠、张文谦、王恂学习。他刻苦求学,进步很快,老师们都十分赏识。

1267年,元朝政府下令由郭守敬等修订历法。郭守敬提出建议,在修订历法前,对天象进行一次大规模的观测,以便准确地根据数据科学的制订出新的历法来。观测天象,首先要解决仪器问题。郭守敬除了修复部分旧仪器外,还创制了一些精密的仪器。他制造的仪器简仪、圭表、候极仪、浑天仪、玲珑仪、仰仪等13种。为了去各地观测的需要,他又绘制了一套便于携带的图表。如:正方案、丸表、悬图、异方浑盖图、仰规变规图、导方浑盖图、日出入永短图等。

郭守敬创制的天文仪器,不但在数量上、而且在精巧准确上都超过了先人的成就。浑天仪是古代用来测量日、月、星晨位置的仪器,但因构造不精,转动不灵,郭守敬把它改制成简仪,这是对浑天仪的大胆革新。简仪结构简单,刻度精密。清朝初年,西方传教士汤若望来到中国,看到郭守敬制造的简仪,十分敬佩,因为这个仪器比西方早三个世纪。他尊称郭守敬为“中国的第谷”。第谷要比郭守敬晚了300余年。

郭守敬的工作态度十分严谨,他先选择了14位具有天文技术知识的官员分成几个小组,携带轻便的仪器和图表到全国各地去观测天象。他们东到朝鲜,西到甘肃;北到今苏联的贝加尔湖,南到琼崖。当时全国共设了22个观测站。郭守敬坐镇大都,运用各地报来的数据进行认真研究,精密计算。经过两年的勤奋工作,于1280年在他领导下的一部新历法《授时历》修订完成。过去的历法不满一天的尾数大都用分数来表示,这样计算很复杂,但《授时历》改用了小数,计算出一年为365.2425天,这和地球公转周期只差26秒,与现在世界上通用的格里历(即公历)的一年周期相同,《授时历》是1280年颁行的比格里历早了302年。郭守敬修订的《授时历》是以1280年的冬至作为推算起点,大胆地废除了以往旧历沿用的繁琐推算方法。固而成为我国古代最好的一部历法。

在水利方面,郭守敬的贡献也是很大的。早在他年轻时,家乡有条河因河道堵塞,洪水冲垮了堤坝,泥沙把一座石桥都淹没了,县里决定治理这条害河。二十岁的郭守敬,自告奋勇地担起了治河修桥的重任。他多次认真勘测,找到了原来的河道,选定了建桥地点。在他的精心设计下,邢台的老百姓只用了四十多天的功夫,就疏通了河道,重建了石桥。治服了水患,便利了交通,真乃自古英雄出少年!当元朝建都于大都(今北京)以后,为了把江南的粮食,物资运到京城,征集了民工开挖了济州河和会通河,连通了由杭州到通州纵贯南北的大运河。但从通州到北京的这一段仍需要陆运。如果碰上刮风下雨,道路泥泞,行走十分困难。当时许多人都想修通这一段运河,但都因水源困难,没有成功。又是郭守敬迎难而上。他经过勘查,发现昌平东南的山下有一个白浮泉,水量很大,可做新开运河的水源,但需要改变白浮泉的流向,这是一项十分困难艰巨的工程,郭守敬经过认真勘察,认真设计,改变了白浮泉的流向。

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郭守敬在这条从通州到北京的运河上,设置了若干坝和可以升降的水闸(每隔十里设水闸一道)。这样科学地控制了全流程的水量,使大小船只都能顺利通行。用了三年功夫,工程全部完工。从此,南方的运粮大船就可以直达大都了。忽必烈高兴地命名这条河为“通惠河”。

郭守敬在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就。 他自至元十三年(1276年)起,奉命修订新历法,历时四年,制订出了通行三百六十多年的《授时历》,成为当时世界上最先进的一种历法。为修订历法,郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器。

至元元年(1264年),郭守敬奉命修浚西夏境内的古渠,更立闸堰,使当地农田得到灌溉。至元二十八年(1291年),郭守敬任都水监,负责修治元大都至通州的运河,耗时一年,完成了全部工程,定名通惠河,发展了南北交通和漕运事业。

1970年,国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。 1977年3月,国际小行星中心将小行星2012命名为“郭守敬小行星” 。中科院国家天文台也将国家重大科技基础设施LAMOST望远镜命名为“郭守敬天文望远镜”。

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