太史令郭守敬:编著历法疏浚河道发明天文仪器功成水利算学

他是天文学家,一部《授时历》,比西方早三百年推算出公历;他是水利专家,西夏故地治水,大都开凿通惠河;他是数学家、地理学家和发明家,历法中彰显算学创新,治水中首创“海拔”概念。简仪、高表、七宝灯漏,四海测验、黄赤交角,那些熟悉又陌生的字眼,透过时空隧道,至今闪烁着历史的光辉。

也许是父亲早逝,也许是祖孙名声太盛,史书上对郭守敬的父亲没有记载,倒是对他的祖父郭荣大加称赞。生活在金、元之交的郭荣,是一名颇有威望的学者,尤其在天文、算学上,有着得天独厚的条件。在祖父的言传身教下,郭守敬从小就有很强的求知欲,家学渊源、往来交集,一切都在潜移默化地影响着他。

自幼好学,勤思善动的郭守敬,少年时期曾经根据书本的插图,用竹篾自制浑天仪。以土堆作台阶,通过竹制的浑天仪,观察天象。满天星斗璀璨,环宇苍穹问天。通过祖父的人际网,郭守敬得以跟随忽必烈的谋士、著名学者刘秉忠。有了刘秉忠的关系,郭守敬不仅学识渐增,而且有了更大的舞台。

随着年岁的增长,郭守敬开始承担更多的实践工作。当时他受命来到邢台开挖水道,在自身学识的基础上,郭守敬实地勘测,精准计算。不仅出色完成任务,而且还挖出了掩埋数十年的豫让石桥遗物。时人元好问专门书写《邢州新石桥记》,“分画沟渠,三水各有归宿。果得故石梁于埋没之下”,以此表彰郭生——郭守敬的功劳。

在邢台的小试牛刀,让初出茅庐的小伙更加自信,他要在水利疏浚事业上做出一番事业。与其他水利学者不同,郭守敬的治水更侧重于灌溉、防洪、漕运三位一体。不是单纯地修建水利工程,疏通水道淤塞,而是造福于民、惠及子孙的远见。在西夏故地治水如此,来到元大都修建通惠河亦是如此。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,学识渊博的郭守敬,牢牢铭记躬行实践的道理。他的一生锐意进取,不怕艰难,在亲身调查之下,制定出最合适的方案。他的水利修建高光时刻,是在西夏故国——宁夏、甘肃一带修建的水渠。而成名后的筹划元大都运河,修建通惠河,更是点缀了京城的繁华景象。

宋元时期,随着蒙古的崛起,战事波及西夏,连年的征战,让这里的水利设施受到严重破坏。元朝建立后,如何修建残缺的水利成为棘手的难题。当时的郭守敬,跟随朝廷视察情况,并且奉旨疏浚修复河渠。他先是走访百姓,实地勘察,提出了“因旧谋新 、更立闸堰”的方案。在疏浚故道的基础上,增开新渠,建造水坝。

不到一年的时间,郭守敬带领当地民工,开挖河道、修建堤坝,修成唐来渠、汉延渠和大小正渠、支渠等。在他的精心设计下,通过闸坝来控制水量,西夏的数万顷良田再无饥馑。投桃报李,吃水不忘挖井人,当地人为了感恩郭守敬的功劳,特别修建了郭氏生祠,刻碑立传,永世瞻仰。

回程途中,郭守敬又上呈天子,建议在黄河中段修建水上驿站。借助原有的水渠便利,让西夏故地和元朝中央有了更密切的联系。为了确保大都的粮食供应,郭守敬又奉命修建直达京城的运河。在金人故道的基础上,引用西山附近的清泉水源,既保证充足的水量,又解决了泥沙淤积的问题。当忽必烈看到“”舳舻敝水”的盛景,不禁亲赐“通惠河”!

在此期间,郭守敬从都水监升任工部郎中,后又奉命主持修订新历。“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表”,郭守敬先是在观测仪器上创新,先后发明了简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪等十二种天文仪器。为了方便携带,更及时观看天象,他又发明正方案、悬正仪 等四种可携式仪器。

其中,简仪和高表尤为出名。前者与赤道经纬、日晷三种仪器结合使用,可以观察日、月、星宿的运动;后者与景符是固定的仪器,专门用来测量日影。而且,郭守敬在仪器上还有诸多创新。赤道经纬仪是世界上最早的赤道装置,早于欧洲三百年。为了方便赤道环运转,简仪中使用了滚柱轴承,西方直到科学鬼才达芬奇,才有了类似的装置。

天文仪器之外,郭守敬在计时仪器上也有所增进。他发明的宝山漏、大明殿灯漏、灵台水运浑天漏等,堪称古代计时的精密仪器。尤以大明殿灯漏闻名,这座又名七宝灯漏的计时器,是中国第一架与天文仪器相分离,且独立计时的仪器。其设计精巧,制造精密,引得世人赞叹。

利器在手,工能善事,太史令郭守敬和他的助手们,开始编制一套新的历法。“大哉乾元,万物资始”,创立元朝的蒙古贵族,急需历法来表明正朔。公元1280年,历时四年的历法著成,当新历法呈现在忽必烈的御前,元世祖赐名《授时历》——取自“敬授民时”的寓意。在《授时历》中,一个回归年与现在世界通用的公历完全,领先西方三百多年。

1970年,国际天文学会把月球背面的环形山,命名为“郭守敬环形山”。七年后,国际小行星中心,又将小行星2012,命名为“郭守敬小行星”。与张衡、沈括、祖冲之一样,郭守敬无愧于中国古代最优秀的科学家一员。

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