郭守敬与浑天仪和《受时历》

 以元代大都东南角城墙为基础的北京古观象台,闻名全世界。它现在位于我国首都建国门的西南角,泡子河旁。北京古观象台于明代正统年间(1436—1449 年)兴建,从那时起,开始了正规的观测工作,到1929 年止,连续从事观测达500 年之久,在世界天文台史上是极为罕见的。

  古观象台上的8 件铜铸天文仪器,堪称科学与艺术结合的结晶,吸引了大量的国内外参观者。其中有6 件是1673 年制成的,另外两件分别制造于1715 年和1744 年。现存放在江苏南京紫金山天文台的浑仪和简仪是明代正统二年(1437 年)制造的仿制品,也已经有500 多年了。

  浑仪是我国古代测量天体位置的一种仪器,随着天文学的发展,观测项目越来越多,浑仪的结构也就越来越复杂。从北宋开始,就有人对浑仪进行改革;到了元代,又经过郭守敬(1231—1316 年)的大胆革新和发展,终于于至元十三年(1276 年)富有创造性地制造了简仪,即现存简仪的仿制蓝本。简仪从复杂的环圈交错中解放了出来,而且分解为彼此独立的赤道装置
和地平装置两部分,既简化了仪器的结构,又使得观测的时候各环圈之间不再互相遮挡视线。特别值得一提的是,简仪的窥衡两端各有一条细丝,用来更精确地确定视线方向和瞄准所要观测的天体,这样的巧妙构思已被现代望远镜普遍仿照使用;简仪的赤道装置是后来望远镜赤道装置的鼻祖。

  除简仪外,郭守敬还创建和监制了各种新仪器10 多件,比较重要的有高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪和星晷定时仪等。以高表为例,郭守敬所制高表的高度达40 尺,是个很高大的仪器,用来观测太阳及其投影,其误差只是过去同类仪器误差的1/5,使观测精度提高了很多。此外,他还制造了一些便于携带的仪器,像正方案、
丸表、悬正仪和座正仪。可惜的是,这些仪器中有的现在已经失传。

  郭守敬还和别人一起编制了我国古代最先进的《授时历》,它被沿用达400 年之久。

  《授时历》的精确度很高,以365.2425 日作为一个回归年的长度,这个值与现在世界上通用的公历所采用的回归年值完全一致。

  太阳在天球上,也就是以观测者为中心、以无限大为半径的一个假想圆球面上移动,它在众星间的周年视运动路径就是黄道,即地球绕日公转轨道平面与天球相交的大圆,黄道与天球赤道互相交错,交错而成的角度即是黄赤交角。黄赤交角是变化的,郭守敬测量的结果是23°33′23″-23°33′24″之间。用近代所列出的精密公式反推回去,那时的黄赤交角应该是23°31′58″,误差只有1′多,可见,他测量的精确度很高。法国著名天体力学家拉普拉斯在研究黄赤交角值的变化时,曾引用郭守敬的测定值作为理论依据,并予以很高的评价。

  为了纪念郭守敬,月球背面的一个环形山和第2012 号小行星,都是以郭守敬的名字命名的。我国于1962 年发行的“中国古代科学家”(第二组)邮票中,有两枚分别以郭守敬画像和简仪(局部)为图案。