郭守敬是我國元代的一位大科學家,他在我國天文科技方麵作出了傑出的貢獻,為紀念郭守敬在天文領域裏的成就,人們將月球背麵的一顆小行星命名為郭守敬小行星。
蓮花漏計時法
元朝初年,北方的蒙古民族不斷在邊界進行騷擾和掠奪,當地的農田水利也遭到了嚴重的破壞,人口大量減少,農業生產急劇下降。這種狀況,對於剛剛奪取政權的元朝統治者十分不利。他們實行了一些改革措施,首先強化邊防,實行了一些鼓勵農桑增產的辦法。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。
當時農業生產技術落後,農民都靠天吃飯,農業生產必須適應天時。於是,天文曆法和水利工程的研究,就成為迫切需要解決課題。
郭守敬正是在這個時期,在這兩門科學領域作出了許多貢獻的大科學家!他祖父是一位很有名望的學者,精通五經,熟知天文、算學,擅長水利技術。郭守敬就是在祖父的教養下成長起來的。年幼時,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。
由於祖父的言傳身教,郭守敬從小就喜歡自己動手研究製作各種生活器具,十五六歲的時候就顯露出非凡的科學才能。那個時候,人們計時沒有鍾表,往往不能知道準確的作息時間,不知道在一天裏,該什麼時間吃飯,該什麼時間工作,該什麼時候休息。後來,人們就想出種種方法來計算時間,好讓一天的時光能有比較科學的分配。那時候的人,看日影作息,是當時十分流行的做法。早晨,太陽出來,人的影子是很長的,人們就開始吃早飯,開始一天的勞作。當太陽到了頭頂,人的影子變短了,就開始吃午飯。下午,太陽慢慢西下,又把人的影子向東拉長了,天色漸漸暗了下來,人們就結束一天的勞作,收工休息。這種日出而作,日落麵息的生活方式,一直沿用千百年。
到了元朝,郭守敬發明了一種新的計時法,叫作蓮花漏計時法。有了這種蓮花漏計時法,人們除了在外邊看著日光作息,在室內同樣能掌握時間。這種蓮花漏計時法製作起來十分複雜,它由好幾個部分配製而成,上麵有幾個漏水的水壺,水壺裏的水麵高度,要求配置得均衡。因為水麵高度不變,往下漏水的速度也就保持均勻,水流速度均勻了,在一定時間內漏下的水量也不會變,不會忽多忽少。這樣,就可以從漏下的水量指示出時間刻度來。
為了將這種新型的計算時間方法傳播給更多的人便用,郭守敬還繪成一幅幅圖紙,全國各地按照他的圖紙,製作成無數個蓮花漏,這給當時的人民生活、社會進步起到了極大的推動作用。
新的“量天尺”
1276年,元朝遷都北京後,迫切需要頒行元朝自己的曆法,下令在新的京城裏組織曆法局。郭守敬通曉天文出了名,立即被朝廷召入京城,參加修訂新曆,在天文科學活動史上又揭開了他新的一頁。
郭守敬召入京城後,首先親自檢查了京城裏天文台的儀器裝備,天文台所用的圭表因年深日久而變得歪斜不正,有的已經失靈。這些儀器終究是太古老了,修整了幾次,仍無法適應天文觀測精密度很高的要求。郭守敬不得不著手創製一套更精密的儀器。
除了這種難度極高的儀器必須首先攻克,還有兩種迫切需要解決的難題,一個就是要重新測定二十四節氣,特別是要確定冬至和夏至的時刻用的儀器圭表;還有一種是測定天體在天球上位置的渾儀。沒有這兩種儀器,製定新曆法就無從談起。
圭表中的表是一根垂直立在地麵的標竿或石柱;圭是從表的跟腳上以水平位置伸向北方的一條石板,每當太陽轉到正南方向的時候,表影就落在圭麵上,量出表影的長度,就可以推算出冬至、夏至等各節氣的時刻。表影最長的時候,冬至到了;表影最短的時候,夏至來臨了。這是郭守敬要研製的當時世界上最先進一種天文儀器。圭表要能觀測日影和星月的光線弱,舊圭表就不能觀測星影和月影。對這些難題,唐、宋以來的天文科學家們已經做過很多努力,始終沒有很好地解決。