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(xué)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(xué)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(xué)，刻苦努力，在數(shù)學(xué)、水利學(xué)和天文學(xué)等方面受到良好的教育。他的科學(xué)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(fù)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(shè)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(jìn)行的水道測量，認(rèn)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(zhǔn)，參校大都至汴梁地形高低的差別，這實際在地理學(xué)上最早形成和運用了標(biāo)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(wù)。

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(gòu)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(biāo)的儀器，由原來構(gòu)造相當(dāng)繁復(fù)的常儀簡化而來，它的赤道坐標(biāo)環(huán)組已開創(chuàng)了近代赤道儀的先河。儀器上刻度細(xì)密，最小分格可到１／３６度，相當(dāng)精確。簡儀是世界上最早制成的大赤道儀，比丹麥天文學(xué)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(shè)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(xué)院內(nèi)）。這里陳設(shè)著各種天文儀器以及歷代天文圖集，是當(dāng)時中國的天文研究與天文觀測的中心，是當(dāng)時世界上設(shè)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)模空前的天文測量。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(guān)于日影、北極出地高度和春分、秋分、夏至、冬至?xí)円箷r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(xué)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(xué)最基本的數(shù)據(jù)之一，對天文歷法的推算很有關(guān)系。郭守敬經(jīng)過反復(fù)仔細(xì)的觀察，重新測定的黃赤交角為２３３３３４，與近代用天體力學(xué)公式算出來的２３３１５８相比，誤差僅為１３６。這是中國古

代天文學(xué)家關(guān)于黃赤交角的最精確的數(shù)值，為１８世紀(jì)法國天文學(xué)家拉普拉斯論證關(guān)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(jìn)行科學(xué)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(chǔ)。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(yīng)用數(shù)學(xué)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(chǔ)上制訂的。

１２９１年，忽必烈重新設(shè)置都水監(jiān)，加強水利事務(wù)，交郭守敬領(lǐng)導(dǎo)。這一時期郭守敬最主要的貢獻(xiàn)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(dá)３０公里的白浮堰，把昌平以南神山附近的白浮泉引進(jìn)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(shè)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(jìn)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(xué)等方面都有成就，朝廷不準(zhǔn)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(xué)家，在世界天文學(xué)史上具有不可磨滅的地位。１９７０年，國際天文學(xué)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(xué)院紫金山天文臺把該臺發(fā)現(xiàn)的得到國際上確認(rèn)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(fù)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(shè)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(xué)實踐中，測量是關(guān)鍵，沒有測量，其他什么都是空對空。

黃道婆革新紡織技術(shù)

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(shù)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(dāng)童養(yǎng)媳。她白天下地干活，晚上紡紗織布，擔(dān)負(fù)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(rèn)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(xué)到了精湛的紡棉織布技術(shù)。黃道婆看見黎族婦女的紡織技術(shù)和工具都比她家鄉(xiāng)的先進(jìn)。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(xì)美觀。心靈手巧的黃道婆很快就掌握了黎族的紡織技術(shù)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(jìn)紡織工具和技術(shù)，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(shù)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(dāng)?shù)厝罕娨黄?，對?dāng)?shù)芈浜蟮募徔椉夹g(shù)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(jìn)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(yīng)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(xì)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(fù)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(lǐng)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(shù)和新設(shè)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(dāng)?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。”

解讀

黃道婆從黎族人民那里學(xué)到了精湛的紡棉織布技術(shù)，看見黎族婦女的紡織技術(shù)和工具都比她家鄉(xiāng)的先進(jìn)。后來她帶著黎族人民創(chuàng)造的先進(jìn)紡織工具和技術(shù)，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(shù)，而是根據(jù)自己幾十年豐富的紡織經(jīng)驗，與當(dāng)?shù)厝罕娨黄?，對?dāng)?shù)芈浜蟮募徔椉夹g(shù)和工具作了大膽改革?？梢姡瑢W(xué)習(xí)新技術(shù)但不應(yīng)拘泥于新技術(shù)，可以因地制宜進(jìn)行靈活變通。