郭守敬編制新歷法

名言

天變不足畏，祖宗不足法，人言不足恤。

——宋史·王安石列傳

故事

郭守敬，是我國古代著名的天文學家和水利專家。元世祖時，他算出一年有３６５２４２５天，同地球繞太陽一周的實際時間相比，只差２６秒；他編成一部新的、比較科學的歷法——授時歷，同現(xiàn)行的公歷一年周期相同。

郭守敬，于１２３１年出生在一個書香之家。他幼承家學，刻苦努力，在數(shù)學、水利學和天文學等方面受到良好的教育。他的科學成就，最初是在水利河運方面表現(xiàn)出來的。剛滿２０歲時，他參加了修復邢川城外一座古老石橋的工作。經(jīng)過他的多次勘測，找到了原有河道和橋梁遺址；經(jīng)過他的設計，疏通了淤塞多年的河道，并重建了一座更為堅固的石橋，解決了交通上和灌溉上的迫切需要。郭守敬的才干得到了人們的好評。元世祖忽必烈召見了他，聽他面陳治理水利的建議，深為贊賞，委以重任。不久，他奉命前往經(jīng)行省西夏，整治那里的古渠，消除水患。他根據(jù)自己實際進行的水道測量，認定黃河中游從中興至東勝可通航行。為了建立水路驛站，他考察了河北、山東的河道，繪制了河流相通形勢圖。他還以大都東邊的海平面為基準，參校大都至汴梁地形高低的差別，這實際在地理學上最早形成和運用了標高的概念。由于政績突出，郭守敬掌管了全國河渠、堤防、水利、橋梁、閘堰等重要事務。

元朝攻滅南宋，統(tǒng)一中國?？蓺v法陳舊、混亂，時有節(jié)氣差錯發(fā)生，勢必影響政令統(tǒng)一。于是，元世祖忽必烈決定編制新歷，成立了專門機構太史局（后改稱太史院）。４６歲的郭守敬被調(diào)任參加編制新歷法。他研究了自秦漢以來７０次改歷的經(jīng)驗，提出“歷之本，在于測驗，而測驗之器，莫先于儀表”的主張，在同事們的支持下，編制新歷活動分造儀、觀測、編歷三個階段，從而緊張地展開了。

首先是造儀。郭守敬一共創(chuàng)制了簡儀、高表、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀、星晷、定時儀等２０種天文儀器，其中，簡儀和高表是兩件重大的創(chuàng)造。尤其是簡儀，這種測量天體坐標的儀器，由原來構造相當繁復的常儀簡化而來，它的赤道坐標環(huán)組已開創(chuàng)了近代赤道儀的先河。儀器上刻度細密，最小分格可到１／３６度，相當精確。簡儀是世界上最早制成的大赤道儀，比丹麥天文學家第谷在１５９８年發(fā)明的同樣儀器，早了３００多年。

１２７９年，天文儀器制成后，在郭守敬的設計下，又在大都城東修建了一座觀測天象的司天臺——靈臺（遺址在今北京市建國門中國社會科學院內(nèi)）。這里陳設著各種天文儀器以及歷代天文圖集，是當時中國的天文研究與天文觀測的中心，是當時世界上設備最完善的天文臺。

其次是觀測。郭守敬主持和親自參加了規(guī)?？涨暗奶煳臏y量。這次觀測，最北的觀測點是北海，在今西伯利亞；最南的觀測點是南海，在今西沙群島。通過觀測，積累了關于日影、北極出地高度和春分、秋分、夏至、冬至晝夜時刻等方面的大量資料。郭守敬還主持了一次空前規(guī)模的恒星位置的測量，測出了前人未命名的恒星１０００余顆，使測量的恒星從原來的１４６４顆增至２５００顆，并編制了星表，測量精度大大超出了宋代。郭守敬特別重視重新測定“黃赤交角”。我國天文學家很早就發(fā)現(xiàn)赤道（地球自轉(zhuǎn)時通過地心同自轉(zhuǎn)軸垂直的平面，叫赤道）和黃道（古代稱太陽運行軌道為黃道，實際上是地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道）的軌道平面是不一致的，而且傾斜成一定交角，就是黃赤交角。測定這個交角是天文學最基本的數(shù)據(jù)之一，對天文歷法的推算很有關系。郭守敬經(jīng)過反復仔細的觀察，重新測定的黃赤交角為２３３３３４，與近代用天體力學公式算出來的２３３１５８相比，誤差僅為１３６。這是中國古

代天文學家關于黃赤交角的最精確的數(shù)值，為１８世紀法國天文學家拉普拉斯論證關于黃道傾角交易性的理論提供了證據(jù)。

最后是編歷。郭守敬以對大都三年半約２００次的晷影測量數(shù)據(jù)，進行科學推算，得出一個太陽回歸年的長度為３６５２４２５日，這個數(shù)值精確到比地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的實際時間，只差２６秒，經(jīng)過３３２０年后才相差一日。這就為編歷提供了可靠的基礎。郭守敬依據(jù)自己觀測的結(jié)果，吸收以往歷法的長處，經(jīng)過精密計算，終于修成一部新歷。忽必烈賜名授時歷，這是取古籍尚書·堯典中“敬授人時”，即敬告人民以農(nóng)時的意思，于１２８０年頒行天下。授時歷一年的周期與現(xiàn)行公歷（格里高利歷）相同，但比現(xiàn)行公歷的確立早３００年。授時歷還應用數(shù)學上的招差法推算太陽、月亮以及五星的運動和位置，比歐洲早了將近４００年。授時歷共施行了３６４年，是我國古代最精密和使用時間最長的歷法，還傳到了朝鮮、越南等國。日本的大和歷也是在授時歷的基礎上制訂的。

１２９１年，忽必烈重新設置都水監(jiān)，加強水利事務，交郭守敬領導。這一時期郭守敬最主要的貢獻是于１２９３年主持開鑿了通惠河。他幾經(jīng)勘測，決定在大都西北修建一條長達３０公里的白浮堰，把昌平以南神山附近的白浮泉引進大都城，然后利用舊有運糧河道順流東下，到通州和大運河銜接起來。為了解決河床傾斜坡度問題，他又設法用水閘、斗門２０座來調(diào)節(jié)水位和控制流量。這樣，運糧船只就能沿著這條１６０余里長的通惠運河，直接駛?cè)氪蠖嫉姆e水潭，對促進南北經(jīng)濟文化交流起了積極作用。

由于郭守敬在天文、歷法、水利、數(shù)學等方面都有成就，朝廷不準他卸職退休，任事直到８６歲去世時為止。郭守敬作為杰出科學家，在世界天文學史上具有不可磨滅的地位。１９７０年，國際天文學會曾命名月球背面的一座環(huán)形山為郭守敬山。１９７７年７月，中國科學院紫金山天文臺把該臺發(fā)現(xiàn)的得到國際上確認的一顆小行星命名為“郭守敬星”。

解讀

郭守敬剛滿２０歲時，參加了修復邢川城外一座古老石橋的工作。經(jīng)過他的多次勘測，找到了原有河道和橋梁遺址，經(jīng)過他的設計，疏通了淤塞多年的河道，并重建了一座更為堅固的石橋，解決了交通上和灌溉上的迫切需要。郭守敬的才干得到了人們的好評。他非常強調(diào)勘測的作用，正如后來他編定新歷法時說的：“歷之本，在于測驗”?？梢?，在一些科學實踐中，測量是關鍵，沒有測量，其他什么都是空對空。

黃道婆革新紡織技術

名言

窮則變，變則通，通則久。

——周易·系辭下

故事

元代涌現(xiàn)出了一位杰出的紡織技術家黃道婆。

黃道婆，又稱黃婆，生于南宋末年，原是松江府烏泥涇鎮(zhèn)人。她出身于貧苦農(nóng)民家庭，為生活所逼，十二三歲就賣給人家當童養(yǎng)媳。她白天下地干活，晚上紡紗織布，擔負著繁重的勞動，還要遭受公婆和丈夫的虐待。她忍受不了這種非人的生活，一天半夜，偷偷地逃了出來，躲進一條停泊在黃浦江邊的海船上，隨船漂泊到了海南黎族地區(qū)。

黃道婆出現(xiàn)在了崖州崖城鎮(zhèn)內(nèi)草村，她的衣服又破又舊，站在一個黎族老大媽家的屋檐下渾身發(fā)抖。守門的黃狗汪汪吼叫，嚇得她膽戰(zhàn)心驚。正當她想拔腿逃走時，老大媽開門出來，看見她可憐的模樣，就把她拉進屋里，給她換上黎族人穿的筒裙，讓她喝幾口山蘭玉液驅(qū)寒，然后便問起她的家世來。

黎族老大媽聽了黃道婆的哭訴，流下了同情的眼淚。從此，大媽就認她為女兒，在生活上給予她無微不至的照顧。

由于海南島盛產(chǎn)木棉，黃道婆從黎族人民那里學到了精湛的紡棉織布技術。黃道婆看見黎族婦女的紡織技術和工具都比她家鄉(xiāng)的先進。在她家鄉(xiāng)江南，棉籽要用手剝，效率很低；彈花只用小竹弓，彈出的棉絮不夠松軟。而黎族婦女使用的紡織工具踏車，既輕巧又靈活，織出的布精細美觀。心靈手巧的黃道婆很快就掌握了黎族的紡織技術和工藝，織出的花布色彩鮮艷，上面有各種奇花異草、飛禽走獸等花紋圖案，做成筒裙、被面令人賞心悅目，村里人看了都非常贊嘆。

黃道婆在海南黎鄉(xiāng)生活了３０多年，雖然吃穿不愁，但她無時無刻不在想念自己的家鄉(xiāng)。元朝至元年間，她帶著黎族人民創(chuàng)造的先進紡織工具和技術，依依不舍地告別了黎族同胞，乘船回到了闊別三十多年的松江烏泥涇。

黃道婆重回故鄉(xiāng)的時候，植棉業(yè)已經(jīng)在長江流域大大普及，但是紡織技術還是很落后。黃道婆根據(jù)自己幾十年豐富的紡織經(jīng)驗，與當?shù)厝罕娨黄?，對當?shù)芈浜蟮募徔椉夹g和工具作了大膽改革。

在剝除棉籽方面，黃道婆把黎族人民用的攪車介紹過來。攪車是由裝在機架上的兩根碾軸組成，兩軸靠搖臂向相反方向轉(zhuǎn)動，把棉花喂進兩軸間的空隙碾軋，棉籽就被擠出來，棉纖維（皮棉）被帶到前面。攪車的應用，大大提高了生產(chǎn)效率。

在彈松棉花的過程中，黃道婆把彈花用的弓從一尺多長改成四尺多長，用繩弦代替線弦，用檀木做的椎子擊弦彈棉，代替了手指彈拔。這樣彈出的棉花均勻細膩，提高了紗和布的質(zhì)量。在紡車方面，黃道婆跟木工師傅一起，經(jīng)過反復實驗，把用于紡麻的腳踏紡車改成三錠棉紡車，使紡紗效率一下子提高了兩三倍，而且操作也很省力。

在黃道婆的帶領下，烏泥涇從事紡織業(yè)的人越來越多。烏泥涇的棉紡織技術和新設備傳遍了江浙一帶，使松江一度成為全國棉紡織業(yè)的中心。

黃道婆回鄉(xiāng)后沒幾年就離開了人世。當?shù)亓鱾髦@樣一首歌謠：

“黃婆婆，黃婆婆，教我紗，教我布，兩只筒子兩匹布?！?/p>

解讀

黃道婆從黎族人民那里學到了精湛的紡棉織布技術，看見黎族婦女的紡織技術和工具都比她家鄉(xiāng)的先進。后來她帶著黎族人民創(chuàng)造的先進紡織工具和技術，依依不舍地告別了黎族同胞，乘船回到了闊別三十多年的松江烏泥涇。但黃道婆沒有拘泥于黎族的新技術，而是根據(jù)自己幾十年豐富的紡織經(jīng)驗，與當?shù)厝罕娨黄穑瑢Ξ數(shù)芈浜蟮募徔椉夹g和工具作了大膽改革?？梢?，學習新技術但不應拘泥于新技術，可以因地制宜進行靈活變通。