郭守敬的《授时历》

郭守敬(1231-1316年),字若思,顺德邢台(今河北省邢台市)人。在其少年时候,他的父亲就去世了。他是在祖父的抚养和教育下长大成人的。郭守敬的祖父是个很有学问的人,他不仅精通数学和水利,而且特别喜欢结交那些有知识的士大夫,这就给少年郭守敬营造了一个学习天文知识的良好环境。

元世祖中统三年(1262年),郭守敬入朝为官。开始时主要在水利部门工作。至元十三年(1276年),元世祖忽必烈下令编制新历法,并成立了一个专门编制新历法的太史局,任命郭守敬为负责人之一。郭守敬坚持认为,制定历法必须以实际测量为基础,而要进行观测就必须有先进的仪器才行。为了精确汇集天文数据,以备制定新的历法,郭守敬简化了中国传统的观测仪器浑仪,精心设计创制了一整套闻名世界的简仪以及仰仪、高表、景符、窥几等优秀的天文仪器。使用这些仪器,郭守敬又进行了一次全面的测天工作,并在此基础上编成了中国历史上最为优秀的星表。

《钦定授时通考》书影

同时,郭守敬根据“四海测验”的结果,并参考了1000多年的天文资料,70多种历法,互相印证,排除了子午线日月五行和人间吉凶相连的迷信色彩,按照日月五行在太空运行的自然规律,在至元十七年(1280年年),编制了代表中国古代传统历法最高成就的《授时历》。

《授时历》推算出的一个回归年为365.2425日,即365天5时49分12秒,与地球绕太阳公转的实际时间只差26秒钟,和现在世界上通用的《格里高利历》(公历,俗称阳历)的周期一样,但《格里高利历》是1582年才开始使用,比郭守敬的《授时历》晚了300多年。元至元二十三年(1286年),郭守敬迁升太史令,他仍继续天文观测和天文学的研究及著述工作。他的天文学著作有14余种,105卷。这些著作除《授时历》经后人载入《元史》外,其余均未流传后世。

《授时历》是中国古代最优秀的历法,也是使用时间最长的历法。从元代颁布开始,历经整个明代,一直到清初的360多年中,行用的历法实际上都是《授时历》,只是名称有所变化而已。

《授时历》之所以沿用这么长时间,和它的计算精度非常高有很大关系。首先,它制定了当时世界上最为精确的天文资料,如它的回归年的长度;其次,它吸收了《统天历》首先发现回归年的长度在逐渐变小的观点,规定100年中回归年的长度减小0.0001日,虽然这个数值有点大,但它与《统天历》相比,还是要精确一些;再次,《授时历》废除了沿用了上千年的上元积年和用复杂分数表示天文资料的办法,不仅大大减少了计算量,也保证了计算精度。《授时历》在计算方法上也有很大的创新,如为了对太阳、月亮的不均匀运动进行改正创造了三次插内插法;为了进行黄道和赤道宿度之间的转化以及太阳视赤纬的转化,而创立了类似球面三角法的算法和平立定三差法,这在世界数学史上也是开创了先例的。

郭守敬晚年又转向水利工作,邢州治水,初露锋芒;大都(北京)治水,使元朝后历代国都兴建于此;西夏(今甘肃、宁夏一带)治水,黄河探源,为民造福深远。鉴于郭守敬的突出贡献,1303年郭守敬72岁时,元成宗发布命令:“凡七十二岁的官员都去职返里,惟独郭守敬以纯德实学,为世师法继续留任。”

为了纪念这位伟大的天文学家,1962年,我国邮电部发行了绘有郭守敬半身像与简仪的两枚纪念邮票;1981年,国际天文学会在北京召开会议,隆重纪念郭守敬诞辰750周年,国际天文学会将美国在月球上发现的一座环形山命名为“郭守敬山”;1997年,经国际小行星研究会批准,中国科学院紫金山天文台把他们在1964年发现的编号为2012号小行星,正式命名为“郭守敬星”。

(马一玲)