金元篇 郭守敬
郭守敬(1231年～1316年)，字若思，順德邢台（今屬河北）人，元代水利專家，數學家。修治西北河渠，裨益至今。與人編製《授時曆》。創造和改進了簡儀，仰儀圭表等天象儀器。著有《推步》等天文曆算著作。
良好教育
邢台地方本來屬宋朝，1128年（宋高宗建炎二年）被金朝奪去，到1220年 （金宣宗興定四年）又為後來建立元朝的蒙古貴族占領。所以郭守敬是在元朝統治時期出生的。後來元朝在1234年滅金，到1279年又滅了宋，統一中國，郭守敬也逐漸成長為一位傑出的科學家。早些時候，金朝北邊的蒙古人還過著遊牧的生活，處在奴隸社會階段。那時他們在金朝北方一帶騷擾，進行的戰爭具有極大的掠奪性和破壞性。當地的農田水利遭到了嚴重的破壞，人口大量減少，生產急劇下降。這種狀況對於元朝的建立統治是十分不利的。以元世祖為首的蒙古統治集團覺察了這一點，於是在華北地區封建勢力代表人物的支持下，逐步進行了一些改革，改變了一些野蠻的殺掠方式，實行了一些鼓勵農桑增產的措施。因此，在元世祖的時代，華北一帶的農業生產才逐漸恢複起來。農業生產必須適應天時，農田排灌需要水利建設，於是對天文曆法和水利工程的研究，就成為迫切的要求。同時，國家統一了，中外交通範圍比以前擴大了，更給科學技術的發展提供了新的因素。因此，元朝的天文學和水利學，在金、宋兩朝的基礎上，有了進一步的發展。
郭守敬正是在這個時期，在這兩門科學方麵作出了許多貢獻。郭守敬父親的名字，從現有的曆史記載中已查不出來。他的祖父倒還留下名字，叫郭榮。郭榮是金元之際一位頗有名望的學者。他精通五經，熟知天文、算學，擅長水利技術。郭守敬就是在他祖父的教養下成長起來的。老祖父一麵教郭守敬讀書，一麵也領著他去觀察自然現象，體驗實際生活。郭守敬自小就喜歡自己動手製作各種器具。有人說他是“生來就有奇特的秉性，從小不貪玩耍”。其實，由於他把心思用到製作器具上，所以就不想玩耍了。郭守敬在十五六歲的時候就顯露出了科學才能。那時他得到了一幅“蓮花漏圖”。他對圖樣作了精細的研究，居然摸清了製作方法。
蓮花漏是一種計時器，是北宋科學家燕肅在古代漏壺的基礎上改進創製的。這器具由好幾個部分配製而成。上麵有幾個漏水的水壺。這幾個水壺的水麵高度配置得經常不變。水麵高度不變，往下漏水的速度也就保持均勻。水流速度保持均勻了，那就在一定時間內漏下的水量一定不變，不會忽多忽少。這樣，就可以從漏下的水量指示出時間來了。燕肅留下的蓮花漏圖，就畫著這樣的一整套器具。配製這套器具的原理不很淺顯。燕肅所畫的圖，構造也不很簡單。僅僅依據一幅圖就想掌握蓮花漏的製造方法和原理，對一般成年學者來說也還不是一件容易的事情。年紀才十幾歲的郭守敬居然把它弄得一清二楚，這就足以證明郭守敬確是一個能夠刻苦鑽研的少年。在邢台縣的北郊，有一座石橋。金元戰爭的時候，這座橋被破壞了，橋身陷在泥淖裏。日子一久，競沒有人說得清它的所在了。郭守敬查勘了河道上下遊的地形，對舊橋基就有了一個估計。根據他的指點，居然一下子就挖出了這久被埋沒的橋基。這件事引起了很多人的驚訝。石橋修複後，當時一位有名的文學家元好問還特意為此寫過一篇碑文。這時候，年青的郭守敬已經能對地理現象作頗為細致的觀察了。那一年，他剛剛20歲。
郭榮為了讓他孫兒開闊眼界，得到深造，曾把郭守敬送到自己的同鄉老友劉秉忠門下去學習。劉秉忠精通經學和天文學。當時他為父親守喪，在張有讀書。郭守敬在他那兒得到了很大的教益。更重要的是，郭守敬在他那兒結識了一位好朋友王恂。王恂比郭守敬小四五歲，後來也是一位傑出的數學家和天文學家。這一對好朋友後來在天文曆法工作中親密合作，做出了卓越的貢獻。
興修水利
郭守敬在劉秉忠門下學習的時間不長。1251年，劉秉忠被元世祖忽必烈召進京城去了。劉秉忠離開邢台之後，郭守敬的行蹤如何，史書上沒有明白的記載。隻知道後來劉秉忠把他介紹給了自己的老同學張文謙。1260年，張文謙到大名路（他河北省大名縣一帶）等地作宣撫司（管理地方行政的官署）的長官，郭守敬也跟著他一起去了。在那兒，他把少年時代試作過的蓮花漏鑄了一套正規的銅器，留給地方上使用。後來，元朝政府裏的天文台也采用了這種器具。
郭守敬跟著張文謙到各處勘測地形，籌劃水利方案，並幫助做些實際工作。幾年之間，郭守敬的科學知識和技術經驗更豐富了。張文謙看到郭守敬已經漸趨成熟，就在1262年，把他推薦給元世祖忽必烈，說他熟悉水利，聰明過人。元世祖就在當時新建的京城上都（今內蒙古多倫附近）召見了郭守敬。郭守敬初見元世祖，就當麵提出了六條水利建議。第一條建議修複從當時的中都（今北京）到通州（今通縣）的漕運河道；第二第三條是關於他自己家鄉有地方城市用水和灌溉渠道的建議；第四條是關於磁州（今河北磁縣）、邯鄲一帶的水利建議的意見；第五第六條是關於中原地帶 （今河南省境內）沁河河水的合理利用和黃河北岸渠道建設的建議。這六條都是經過仔細查勘後提出來的切實的計劃，對於經由路線、受益麵積等項都說得清清楚楚。元世祖認為郭守敬的建議很有道理，當下就任命他為提舉諸路河渠掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他為銀符副河渠使。
1264年（元世祖至元元年）張文謙被派往西夏（今甘肅、寧夏及內蒙古西部一帶）去巡察。那裏沿著黃河兩岸早已修築了不少水渠。寧夏地方 （今銀川一帶）的漢延、唐來兩渠都是長達幾百裏的古渠，分渠縱橫，灌溉田地的麵積很大，是西北重要的農業基地之一。當年成吉思汗征服西夏的時候，不知道保護農業生產，兵馬到達的地方，水閘水壩都被毀壞，渠道都被填塞。這種情況，張文謙當然是知道的。他巡察西夏，一方麵要整頓地方行政，另一方麵也想重興水利，恢複農業生產。所以他帶了擅長水利的郭守敬同行。
郭守敬到了那裏，立即著手整頓。有的地方疏通舊渠，有的地方開辟新渠，又重新修建起許多水閘、水壩。當地人民久旱望水，對這樣具有切身利害關係的大事自然盡力支持。由於大家動手，這些工程竟然在幾個月之內就完工了。開閘的那一天，人們望著那滾滾長流的渠水，心裏都十分喜悅。修完了渠，郭守敬就離開了西夏。在還京之前，他曾經逆流而上，探尋黃河的發源地。以往史書上雖也有些河源探險的記載，但都是些將軍、使臣們路過這個地區，順便查探，寫下的一些記述，並不是特意進行的科學考察結果。有些記載隻是從傳聞得來，還不免失實。以科學考察為目的，專程來探求黃河真源的，要推郭守敬是第一個人。很可惜，郭守敬探查河源的結果沒有記載流傳下來。後來到了1280年，又有一位探險家都實奉元世祖之命專程前去考察河源。這次探索的經過記錄在一部《河源記》的專著裏，其中有著不少有價值的結果。毫無疑問，作為先驅的郭守敬考察對於都實是有相當影響的。
1265年，郭守敬回到了上都。同年被任命為都水少監，協助都水監掌管河渠、堤防、橋梁、閘壩等的修治工程。1271年升任都水監。1276年都水監並入工部，他被任為工部郎中。
巧製儀器
我國是天文學發達的國家之一。西漢以後，國家天文台的設備和組織已經達到相當完善的地步。它的主要任務之一是編製曆法。我國古代的曆法，內容是十分廣泛的。包括日月運動及其位置的推算、逐年日曆的編製、五大行星的位置預報、日食月食的預推等等。曆法關係到生產、生活甚至政治活動等很多方麵。因此，曆來對這項工作都是相當重視的。一種曆法用久了，誤差就會逐漸顯著，因而需要重新修改。跟著每次重大的曆法修改，總帶來一些創造革新的進步，像基本天文數據的精密化、天文學理論的新成就或計算方法上的新發明等等。曆法的發展可說是中國天文學發展史中的一條主線。
元朝初年沿用當年金朝的“重修大明曆”。這個曆法是1180年（金世宗大定二十年）修正頒行的。幾十年以來，誤差積累日漸顯著，發生過好幾次預推與實際現象不符的事。再一次重新修改是迫切需要的事了。
至元二十年（1276年），元軍攻下了南宋首都臨安（今浙江杭州），全國統一已成定局。就在這一年，元世祖遷都大都，並且采納已死大臣劉秉忠的建議，決定改訂舊曆，頒行元朝自己的曆法。於是，元政府下令在新的京城裏組織曆局，調動了全國各地的天文學者，另修新曆。這件工作名義上以張文謙為首腦，但實際負責曆局事務和具體編算工作的是精通天文、數學的王恂。
當時，王恂就想到了老同學郭守敬。雖然郭守敬擔任的官職一直是在水利部門，但他的長於製器和通曉天文，是王恂很早就知道的。因此，郭守敬就由王恂的推薦，參加修曆，奉命製造儀器，進行實際觀測。從此，在郭守敬的科學活動史上又揭開了新的一章，他在天文學領域裏發揮了高度的才能。