督練新兵，守城製器
徐光啟對軍事問題有強烈的興趣，這種興趣來自童年的經曆。前麵說到過，在徐光啟的童年，他的故鄉屢遭倭寇蹂躪，生靈塗炭，民不聊生，他的家人也飽受流離之苦。從父親那兒聽到的抗倭故事，給少年徐光啟留下深刻的記憶。倭奴的凶悍殘暴，國家的積貧積弱，激發起他對倭寇的仇恨和對國勢衰敗的感憤。他的富國強兵思想最早也應該是從這個時候萌生的。研習舉業之餘，徐光啟瀏覽了許多兵家典籍，翰林院讀書期間也曾寫下了《擬上安邊禦虜疏》這樣閃爍著真知灼見的館課文章。不過，他真正有機會統領軍隊，推行自己的軍事主張，卻是在很多年以後了。
明朝晚期，東北地區的女真族勢力不斷發展壯大，對明王朝的統治構成了威脅。1616年(萬曆四十四年)，努爾哈赤統一女真各部，建立了後金政權。其後二年，後金興兵南犯，相繼攻占明朝東北重鎮撫順和清河。明王朝統治者大為震動，廷議紛紛。禮部左侍郎何崇彥以“夙知兵略”舉薦徐光啟參預軍務，萬曆皇帝急召徐光啟入京。這時徐光啟正在天津養病，接到詔書，即刻啟程，抱病回到左春坊左讚善任上。1619年(萬曆四十七年)3月，兵部左侍郎兼遼東經略使楊鎬率四十萬援遼大軍，出山海關後兵分四路向後金軍發起反擊，結果一敗塗地，還在剛剛得知楊鎬兵分四路出擊的部署時，徐光啟就指出“此法大謬”，後金兵必於諸路堅壁清野，集中兵力對付其中一路，並判定這一路必定是由山海關總兵杜鬆所率由沈陽往撫順的明軍。局勢的發展完全被徐光啟不幸言中，杜鬆在二度關遭遇後金精兵伏擊，全軍覆沒，其餘各路亦先後敗沒。至此，徐光啟心急如焚，連上三疏，痛切陳詞，闡明自己對挽救危局的看法和主張。
繼《敷陳末議以殄凶酋疏》、《兵非選練決難戰守疏》之後，局麵急劇惡化，朝廷仍因循守舊，不思改弦更張，徐光啟於8月7日又上了《遼左阽危已甚疏》，籲請朝廷火速選練精兵，不可延宕誤國。在此疏中徐光啟提出了“正兵”的五條綱領：亟求真材以備急用；亟選實用器械以備中外戰守；亟行選練精兵以保全勝；亟造都城萬年台以為永久無虞之計；亟遣使臣監護朝鮮以聯外勢。這裏包括了選材、造器、練兵、建台、聯外五個方麵，其中徐光啟尤為強調軍事人才的選拔與培養。他指出，國勢衰微，漸貧漸弱，關鍵的原因之一是朝廷在選拔人才上拘泥常格，因循積弊，結果是論資排輩，任人唯親，“用者未必才，才而用者未必當”。戰爭本來就是鬥勇鬥智，如果不是才力智計殊絕於人，就很難打勝仗。選拔人才的辦法是，由在京諸臣各自舉薦文武才略、絕技巧工之士，再經吏、兵二部考竅核實，根據其特長決定推升、改調或谘取，一一置之在京衙門和畿輔重地，以憑隨時調用。所舉人才建有奇功，舉薦人亦分別賞擢，若誤國敗事，舉薦人一並坐罪。倘若徐光啟的建議被采納，該會對用人問題上的弊端起到一定的遏製作用的。
徐光啟的建議起初並沒受到應有重視。後來因遼東危急，京城的安全也受到嚴重的威脅，眾臣紛紛推舉，萬曆帝才於1619年(萬曆四十七年)9月頒旨：“徐光啟曉暢兵事，就著訓練新兵，防禦都城。”尋升徐光啟為詹事府少詹事，兼河南道監察禦史，管理練兵事務。徐光啟受領新職後，滿懷信心，於10月21日上《恭承新命謹陳急切事宜疏》，條陳有關練兵事項，包括關防、駐紮、副貳、將領、待士、選練、軍資、召募、征求、助義等十款，希望能在財政和人員方麵得到朝廷的支持。他曾設想挑選壯兵丁二萬人，在京營附近建築營房二千間，由工部和戶部各自支付兵器和糧餉費用若幹，一麵造器，一麵練兵，一年之後這支部隊便可以投入使用。不料他處處受朝中權臣牽製，要人沒人，要錢沒錢，計劃雖好卻難以實施。
1620年(泰昌元年)4月，徐光啟費盡周折才領到一點餉械，便風塵仆仆趕到通州、昌平，著手進行選練新兵的工作。當時供徐光啟訓練的新兵半雜老弱，身無完衣，麵有饑色，他下決心裁汰老弱，隻保留了一部分精壯兵丁，結合實戰陣法進行操練。但是由於萬曆、泰昌兩帝一年之內相繼駕崩，加上餉械不繼，缺少兵源，徐光啟的練兵工作遇到很大困難。1621年(天啟元年)2月，他舊疾複發，再回天津養屙。不久因沈陽、遼陽接連失守，禮部奏請襄理軍務，又奉旨返京。
還在昌平、通州練兵時，徐光啟曾經致信李之藻，要他前往澳門購置西方火器。李之藻派門人張燾赴澳門，向葡萄牙當局購買了四門大炮，並物色到炮手四人。時值徐光啟辭職，李之藻恐大炮落入敵手，留在江西不再北運。徐光啟複職後，重抄了練兵三疏進呈，請求恢複練兵計劃，並把製造火器放在首位。他看到，明朝軍隊原先在火器上的優勢，因為連戰皆輸，大量兵器被敵軍俘獲，已經轉化成為劣勢，隻有大量鑄造火炮才能改變這種不利的態勢。他一邊把留在江西的大炮運到前線，一邊力請多鑄西洋火炮，以資城守。他還推薦傳教士陽瑪諾、畢方濟堪任此事，請速訪求前來。然而好景不長，複職僅四個月，徐光啟又受到閹黨的攻訐，眼見練兵計劃付諸東流，他憤然辭職，回到上海搞他的農學試驗。
徐光啟的練兵雖因層層阻撓而告失敗，但也產生一些積極的效果。經過他訓練的新兵在遼東戰場作戰，顯示了頑強的戰鬥力，遠比一般的明朝軍隊出色。他引進的西方大炮在寧遠戰役中發揮了巨大的威力，其中的一門被天啟皇帝封為“安國全軍平遼靖虜大將軍”。在練兵過程中，徐光啟還留下了二十四篇《練兵疏稿》和《選練條格》一卷。《選練條格》共分選士、選藝、束伍、形名、營陣五章，在募選、訓練、指揮、戰法等方麵都提出了一些重要思想。如關於選拔士兵，他提出“以勇、力、捷、技四者取之”。他特別強調軍隊要有嚴明的紀律，行動要一致，“如擂鼓要進，就赴湯蹈火也要進；鳴金要退，後麵有水火也要退。眾人共一耳，共一目，共一心，此齊眾之一法，陣無有不堅，敵無有不破矣”。後來，徐光啟把他有關軍事問題的疏稿彙刻為《徐氏庖言》五卷，這是他留給傳統兵學的一份寶貴財富。
時隔八載，徐光啟再度投筆從戎。這時崇禎皇帝已經即位，懲治權閹魏忠賢，剪除了閹黨勢力。崇禎力圖刷新政治，任用賢能，恢複了徐光啟禮部右侍郎兼翰林院侍讀學士協理詹事府事的原職。其實此職是徐光啟辭官閑住時由魏忠賢之流封的，他並沒有到任。1628年(崇禎元年)8月，徐光啟束裝就道，由上海到北京，覲見崇禎。次年4月升任禮部左侍郎，主持禮部日常事務。9月他又受命督修新曆。正當徐光啟全力以赴地籌劃曆局事宜時，後金軍隊由皇太極率領揮師入關，圍困薊州，攻陷遵化、撫寧，威逼京師。1629年(崇禎二年)12月，後金兵攻入太安口，京師宣布戒嚴。半月後後金兵已攻至北京德勝門。兵臨城下，勢如壘卵，崇禎急忙召集群臣，商討退敵計策。徐光啟在召對中力主守城，得到皇帝的首肯。徐光啟隨即放下曆局工作，以主要精力從事火器製造和保衛京師的鬥爭。
年近古稀的徐光啟，滿懷愛國之情，日夜在城防上奔波，教練軍士，布置防務，饑渴俱忘，風雨不避。他製定的《城守條議》，就守衛京師作出了具體規劃。《條議》提出，應當動員廣大市民投入保衛京師的鬥爭。城中並不缺乏智勇奇士，應廣泛收求加以錄用。不論是勇力絕倫的，武藝出眾的，善用火器的，能造守城器械的，都可由京官保任。對於市民提出的有關城防的意見，不拘尊卑，每天由負責官員議定，可行的便通知各處遵照執行。如吏部主事楊伸有名家人善用石炮，徐光啟提議任命他為教師，教守城軍民製作炮架，臨時施用。這些事實反映了徐光啟的軍事民主思想。正是因為徐光啟采取了行之有效的舉措，森嚴壁壘，嚴陣以待，才使得後金軍隊最終不敢進攻北京。
後金軍隊退去後，徐光啟建議利用這段間隙，立即趕造火炮和加緊選練守城士兵，進一步鞏固京師的防務。他指出，後金軍之所以不攻京師，不攻涿州，就是因為畏懼火器的威力。這種當時最先進的新式武器，物料真，製作巧，藥性猛，射程遠，精度高。他籌劃在北京設立一個小兵工廠，並建議在揚州、潞安開局鑄炮。徐光啟聽到傳教士陸若漢、公沙的西勞提議去澳門購炮和遴選銃師，極為讚賞，表示願親自前往。光有火器並沒解決所有的問題，還必須有能熟練使用火器的軍隊。為此他提出一套組建和訓練車營的辦法。所謂車營，就是組成一支三五千人裝備火器的隊伍。這支隊伍不但能守衛城垣，而且能出城作戰。以此為基礎，把習銃的軍隊擴大到二三萬人，一半在城中訓練，一半在城外巡守。製定訓練計劃要嚴格，辦法要切實，“寧為過求，不為冒險；寧為摭實，無敢鑿空”。1631年(崇禎四年)11月，徐光啟又上書皇帝，提出一個他精心設計的精兵方案。這個方案的要點是，以六萬人編為十五營，每營四千人，配備雙輪車一百二十輛，炮車一百二十輛，糧車六十輛，另配西洋大炮十六門，中炮八十門，鷹銃一百門，鳥銃一千二百門。他請求以登萊巡撫孫元化的部隊為基幹，先組成一營，然後逐步擴展。練成四五營，則不憂關內；練成十營，則不憂關；十五營俱就，則不憂進取。可是兩個月後，後金兵進攻關外大淩河，孫元化派部將孔有德增援，孔有德在吳橋發動兵變，西洋火器悉數落入孔有德之手，不久孔有德又帶著這些武器投降了後金，致使徐光啟的計劃完全破滅。自此以後徐光啟心灰意冷，再也不言兵事。
徐光啟的軍事思想中包括了許多有價值的見解。如他重視民眾的作用，主張動員民眾參加軍事鬥爭；他注重提高軍隊的戰鬥力，主張嚴加選練；他認識到武器是克敵製勝的重要因素，倡議引進西洋火器；他反對平分兵力，主張集中優勢兵力殲敵一路，等等。但他的軍事實踐卻是失敗的，具體的表現就是練兵計劃的屢次落空。其根本的原因是晚明政治腐敗，經濟凋敝。一方麵是國力衰弱無力支付巨大的練兵製器費用，一方麵是權奸當道，百般刁難，處處掣肘，單靠徐光啟一人的苦心經營是無法挽回明王朝的頹勢的。
精研天文，督修新曆
在守城製器的前後，徐光啟還領導了修改曆法的工作。天文曆算在我國有悠久的曆史和輝煌的成就。十三四世紀歐洲的儒略曆出現嚴重失誤的時候，我國元代科學家郭守敬便製定了《授時曆》，把中國曆法提高到更加準確的程度。明代的《大統曆》就是直接承襲《授時曆》的。但是由於長期沒有修訂，到明晚期，《大統曆》也多次發生顯著的失誤。
徐光啟很早便潛心學習和研究天文學。天文學曾是徐光啟學習西學的重要內容之一，入翰林院後，仍花了很大氣力從事天文學的研究，他先後寫了《山海輿地圖經解》、《題萬國二寰圖序》、《平渾圖說》、《日晷圖說》、《夜晷圖說》、《簡平儀說》等著作。這說明徐光啟不但對西方天文儀器的構造、原理、用途有了充分的知識，甚至對西方測天的方法和理論，也進行了深入的研究。徐光啟在當時的天文學界已有較高的聲譽，所以禮部在1612年(萬曆四十年)1月奏請修改曆法時，他便以“精心曆理”與邢雲路、範守己、李之藻等同時受到舉薦。因萬曆帝久居深宮，疏於政務，此議被擱置下來。然而，徐光啟並未放棄修改曆法的努力，繼續進行各方麵的準備，如物色培養天文學人才，翻譯西方天文學著作等等。
機會終於來了。1629年6月21日(崇禎二年五月朔)日食，欽天監預推失誤，而徐光啟用西法推測食分時刻卻被驗證。崇禎嚴辭切責欽天監官員。在這種情況下，禮部奏請開設曆局，修改明初開始推行的《大統曆》。9月1日，崇禎皇帝正式下令修曆，並命徐光啟督領修曆事務，李之藻協理修曆。曆局設在宣武門內原首善書院。9月13日，徐光啟上《條議曆法修正歲差疏》，提出修改曆法的步驟和方法，急需的儀器及人員的調配等。這份文獻實際上成為修曆工作的綱領。後來他提出的“欲求超性，必先會通；會通之前，必先翻譯”，則成為貫穿整個修曆過程的指導思想。
按照徐光啟的計劃，修改曆法應當以西法為基礎。其中固然有西法運算周密，在推算上確實優於舊法的科學本身的原因，也有舊法創製已久，法理難明，而西法經傳教士廣為宣傳造就了一批通曉天文曆算的人才這種客觀上的原因。徐光啟把翻譯西方天文學著作當作修曆的第一個必須的步驟。那時傳到中國的西方天文學著作雖然卷帙浩繁，如1620年傳教士金尼閣攜來的七千部書籍中，相當一部分是天文學著作。盲目翻譯需耗費大量的人力物力，且曠日持久，顯然不行。徐光啟又有針對性的提出，要有選擇地組織翻譯，要區別輕重緩急，首先選譯那些最基本的東西，循序漸進。在內容上要包括歐洲天文學的理論、計算和測算方法、測量儀器、數學基礎知識以及天文表、輔助用表等的介紹、編算等。徐光啟本人也積極投入了翻譯工作，他參預編譯的著作就有《測天約說》、《大測》、《元史揆日訂訛》、《通率立成表》、《散表》、《曆指》、《測量全義》、《北例規解》、《日躔表》等。
作為修曆的組織者和領導者，徐光啟的眼光並沒有停留在譯成一批西方天文學著作上。他的心願是編成一部融彙中西曆法優點，達到當時最高科學水準的曆書。為了實現這個理想，徐光啟對曆書的結構作了精心的擘劃。他提出整部曆書要分為節次六日和基本五日。節次六日是《日躔曆》、《恒星曆》、《月離曆》、《日月交食曆》、《五緯星曆》、《五星交會曆》。這六種書由易到難，前後呼應，研討天體運動的規律，介紹測算天體運動的方法。基本五目包括“法原”、“法數”、“法算”、“法器”和“會通”，是整部曆書的五大綱目。法原是天文學的基本理論，包括球麵天文學原理。前述節次六日即屬於法原的範圍。法數是天文表。法算是三角學和幾何學等天文學計算中必須的數學知識。法器是天文儀器。會通是舊法和西法的度量單位換算表。這基本五目包容了有關天文曆算的全部重要知識。以後《崇禎曆書》的編寫工作，幾乎完全是按這個計劃進行的。徐光啟是曆局的最高領導人，直接對皇帝負責。他主持曆局的四年間，從製定計劃、用人、製造儀器設備、觀測、譯撰直到錢糧細事，一應事務，無不操持，僅就各種事宜向皇帝上疏便有三十四次之多。他不辭辛勞，親自參加撰寫和編譯工作。《崇禎曆書》中的《曆書總目》一卷、《治曆緣起》八卷、《曆學小辯》一卷，都是他獨力撰著的。此外，他還要對全部書稿進行審閱和修改，作文字上的潤飾。每卷要修改七八次才能定稿。1633年辭世前夕，他還上疏介紹剩餘的六十卷書稿的情況。其中三十卷由他審改定稿，另三十卷草稿中也有十之一二經他修改，十之三四經他審閱。可以說，沒有徐光啟的全力支撐，曆局工作順利進展將是不可想象的。
徐光啟深知實測天象對天文學研究的重要意義。為了使新曆更趨科學，修曆當中徐光啟多次組織曆局人員觀測日月食、五星運動和節氣時刻，取得了大量科學數據。每逢日月食，他常常親往測候，盡可能掌握交食時刻和食分的第一手資料。此前，我國觀測日月食多用肉眼，精確度很低。尤其在觀測日食時，由於陽光強烈刺目，初虧與複圓的時刻很難定準，食分的大小也不易測準，食分小的日食更難發現。古代也曾有用水盆映象的方法測量日食，但往往受水麵搖蕩的幹擾。徐光啟把剛剛傳入中國的望遠鏡技術用於天文觀測，取得了很好的效果。在他的治曆疏稿中，多次提到用望遠鏡觀測日月食的情況。其方法是在密室中斜著開一道縫隙，將窺筒眼鏡置於此處，日食的情況透過望遠鏡投射到畫好日體分數的圖板上，虧複和食分一目了然。用這種方法大大提高了觀測數據的精度。製造望遠鏡並用於天文觀測，徐光啟是我國曆史上的第一人。徐光啟自己備有一部《觀景簿》，是他持之以恒觀測天象的記錄。其中有多年諸曜會合、淩犯行度和節氣時刻的觀測結果。1629年(崇禎二年)，他還主持了一次天文大地測量，測定了山東、河南、湖廣、四川、北京、南京等地的經緯度。測量中采用了西方先進的測量方法和技術。後來，根據實測的結果，他又主持繪製了一份當時最完備最精確的星表和星圖。這份星圖現即稱為“徐光啟星圖”，它是我國目前所見最早包括了南極天區的大型全天星圖。
對天文學研究來說，儀器設備的重要性比起其他學科更加明顯。儀器設備先進與否，直接決定著天文學發展的水平和曆法的準確程度。徐光啟在改曆之初，就提出了製造儀器的計劃。他為此事專門上疏皇帝，提出“急用儀象十事”，建議製作地球儀、七政列宿大儀(即天球儀)、平渾懸儀、交食儀、60度紀限大儀、90度象限大儀、日晷、星晷、自鳴鍾以及望遠鏡等十種儀器共二十七件。像這樣大量引進製造西法儀器，是前所未有的。在原有的觀測手段相當落後的情況下，引進仿製西法儀器是迅速提高觀測水平的有效辦法。當然，引進的目的是“會通超勝”，因此在實際製作中根據中國的情況作了適當的改造與變動，例如儀器上二十四節氣的刻畫，宮、度等對應的中文名稱和刻度，儀器的造型風格的和花飾等等，都體現了中國的特點。徐光啟等明代科學家在這方麵的探索，為清初用西法澆鑄大型銅質天文儀器積累了寶貴的經驗。特別值得指出的是，伽利略望遠鏡問世不久，1618年由傳教士鄧玉函介紹到中國，徐光啟便敏銳地感覺到它對天文觀測所具有的重要意義，剛著手修曆就裝配了三架望遠鏡，使得觀測精度大為提高。
精心培育造就科學人才，是徐光啟主持修曆期間的又一貢獻。他以一個科學家的長遠眼光和博大胸懷，把曆局辦成了一個延攬八方英才的科學家搖籃，表現出非凡的領導才能。在用人方麵，他采用廣谘博取、不拘一格的方針，果斷宣布：“不拘官吏生儒，草澤布衣，但有通曉曆法者，具文前來”，“果有專門名家亦宜兼收”。他把能明度數本原、精通測驗推步、善於製造大小儀器的人選為“知曆人”，參與修曆，還招考能書善算的年輕人為“天文生”，進行重點培養。曆局中不但有李之藻這樣的對天文曆法造詣甚深的中國學者，也有知曉西法的外國傳教士龍華民、鄧玉函、羅雅穀、湯若望等。為使修曆大業後繼有人，徐光啟在培養扶持後生晚輩上傾注了極大的熱情。他自知病重，便於1633年(崇禎六年)10月31日上疏，大力舉薦原山東布政司右參政李天經，說他“博雅沈潛，兼通理數，曆局用之尤為得力”，請求派他接替自己主持曆局事務。李天經果然不負所望，在徐光啟去世後秉承遺願，主持完成了《崇禎曆書》。徐光啟很重視培養官生。每一部書稿編寫完，就把它作為教材向官生傳授。這樣做的結果，待到新曆編成，一大批掌握新曆法的天文學專門人才也就培養出來了。對曆局工作人員的勞動成果，徐光啟是十分尊重的。他在臨終前還特意上疏，保舉改曆有功人員和學業優良的官生。曆局全體人員團結一致，通力合作，終於使《崇禎曆書》這部煌煌巨著得以順利完成。
在鞏固內部，充分發揮修曆人聰明才智的同時，徐光啟還同反對改曆的保守勢力進行了不懈的鬥爭。修改曆法在封建社會是關係王朝統治的大事，一些拘守舊法冥頑不化的人，處心積慮地設置障礙，阻撓修曆。1595年(萬曆二十三年)和1612(萬曆四十年)改曆的呼聲兩度形成高潮，但終因這些人以“祖宗之製不可變”為辭極力阻止而夭折。新的曆局設立以後，舊法與新法的論爭也從未中斷。徐光啟從中國天文學發展的曆史實際出發，反複闡說我國的曆法正是由於不斷改革而逐步完善的，治曆要依據天時的變化，不能拘泥古法而違背天象。他為了回答來自守舊人物如冷守中、魏文魁之流的攻擊，專門寫了《學曆小辯》一書。他在書中揭露了冷守中曆書玩弄的神秘數學遊戲，又指出魏文魁的曆法書不但數據陳舊，理論和方法上也有許多矛盾和漏洞。徐光啟還采取了用事實說話的辦法，凡遇有日食、月食，他都預先公布推算結論，然後在北京觀象台和國內其他地方觀象測驗，用測驗的結果證實新法的正確和優越，借以回擊守舊派，說服那些對新法懷有疑慮和成見的人。
徐光啟對待修曆的工作態度十分感人。當時他已是年近七旬的老翁，且又體弱多病，可對科學事業仍一絲不苟。每次觀測，他總要登上觀象台，親自操作儀器或進行指導。1630年(崇禎三年)12月31日，他登台安排觀測事宜，不慎失足墜落，腰膝受傷，很長時間難以行走。1632年(崇禎五年)5月4日月食，他不顧七十高齡，仍於夜間率領欽天監官員和曆局人員一同登台，守候在儀器旁進行觀測。當年6月，他以禮部尚書兼東閣大學士入閣辦事，白天處理完繁忙的公事；入夜回到寓所，仍秉燭奮筆，審訂新編成的曆書草稿。1633年11月7日是他生命的最後一日，他念念不忘修曆之事，再次上疏崇禎皇帝，推薦李天經接替曆局事務。他身居高位，操守清介。死後囊無餘資，官邸蕭然，除卻幾件舊衣服，留下的隻有一生著述的書稿。
《崇禎曆書》雖非最後完成於徐光啟之手，可他對於新曆的貢獻是其他人無法比擬的。這部凝聚了徐光啟半世心血的天文學巨著，在他去世後的第二年(1635年，崇禎八年)全部告竣。全書洋洋一百三十七卷，先後分五次進呈。其中徐光啟本人進呈三次，李天經進呈二次，李天經進呈的也多是經徐光啟定稿和審改過的。《崇禎曆書》是在明末中西文化交流新高潮的背景下完成的，是中外學者共同努力的智慧結晶。它不僅對傳統天文學作了一個總結，有了新的發展，而且大量吸收了歐洲天文學的先進成果。它的問世，標誌著我國傳統天文學開始走上世界近代天文學發展的軌道。
與傳統天文學比較，《崇禎曆書》有許多新的改革和進步。它的主要成就反映在下述幾個方麵：引入了明確的地圓觀念和地球經緯度的科學概念。這不但對破除舊有的天圓地方觀念有著重要的意義，而且也大大提高了推算日食的精度；認為各種天體與地球的距離不等，並且給出各種天體距地的具體數值，用於計算它們的行度；引入了蒙氣差校正，有助於提高觀測精度；引入了幾何學和三角學的計算方法，簡化了計算程序，提供了準確的計算公式，擴大了解題的範圍；提出了日月有高卑行度。日月在本天行度外還有循小輪運動，有距地遠近的變化，應當根據這種變化精確計算日月的近地點和遠地點；引入了新的歲差觀念，即恒星有本行，以黃極為極；采納了小輪體係和橢圓體係，用幾何運動的假設解釋了天體順、逆、留、合、遲、疾等天文現象；確定五星繞日運動，其運動方位是受太陽運動的速度變化而變化的；引進了一套完全不同於傳統天文學的度量製度。包括分圓周為360度，一日為96刻，60進位製，黃赤道坐標製等。這些重要變化，表明《崇禎曆書》帶來了中國天文學的一場深刻變革，對清初天文學的繁榮產生了積極的影響。
不幸的是，《崇禎曆書》沒能夠立即頒行。曾被徐光啟批評過的滿城布衣魏文魁，利用徐光啟去世的機會上言崇禎，攻擊新曆。崇禎命魏文魁另外組織東局，仍用傳統的天文學理論製曆與新法一試高低。待到崇禎皇帝認識到西法確實精密，欲頒詔實行時，明朝已臨近滅亡。入清以後，曾參與修曆的傳教士湯若望把《崇禎曆書》加以刪改，上呈清廷，易名《西洋曆法新書》，由清王朝頒行全國。
農政鴻篇，福澤後人
徐光啟勤奮治學，學識淵博，對科學的貢獻是多方麵的。然而真正使他名垂青史的，還是那部裏程碑式的農學巨著《農政全書》。《農政全書》是繼漢代《氾勝之書》、宋代陳旉《農書》、元代王禎《農書》之後一部農業科學的百科全書，這部徐光啟傾注了大量心血的鴻篇巨製，集中反映了他對農業和農學的巨大貢獻，代表了我國古代農業科學發展的最高水平。
如前所述，徐光啟自小生長在農家，一向關心農業生產，醉心農學試驗，搜集了豐富的研究資料和試驗數據，積累了大量的經驗和心得。在徐光啟的一生中，也陸續撰寫了為數不少的農學著作，如《農遺雜疏》、《屯鹽疏》、《種棉花法》、《北耕錄》、《宜墾令》、《農輯》、《甘薯疏》、《吉貝疏》、《種竹圖說》等等。這些書的產生，大都是作者針對一些農業生產上的具體問題有感而發，或就某種作物的種植提出意見。《農政全書》則是徐光啟對古今中外農業生產和農學研究的利弊得失，結合自己的親身經驗，所作的全麵總結。
《農政全書》的準確完稿時間已難詳考，但大致可以判定初稿約完成於1625年(天啟五年)到1628年(崇禎元年)間。徐光啟生前，這部著作未能最後定稿，也沒有最後定名為《農政全書》，隻是被周圍的人泛稱為《農書》。此書的編纂曆時頗久。還在徐光啟是諸生的時候，他已經萌發了撰著大型農書的意願，十分注意收集農事資料，經行萬裏，隨事谘詢。考中進士後，他長期供職於翰林院，研究條件和撰著條件均有改善，加上其後又有天津屯田的經曆，大概已開始動手撰寫，有得即書，漸積成帙。1619年(萬曆四十七年)他在寫給座師焦竑的信中，曾經提到“《種藝書》未及加廣”。《種藝書》很可能便是《農政全書》的原始稿本。1620年(泰昌元年)，徐光啟襄理軍務，主持練兵，然處處受製，難以施展抱負，遂憤然於次年10月告病辭職。不久，又遭閹黨參劾，罷官閑住。家居期間，徐光啟對《農政全書》的草稿係統地進行增廣、批點、審訂、編排等工夫。直到天啟六、七年間，工作大致告一段落，初稿基本編成。徐光啟對此書寄予莫大的希望。據他的學生陳子龍記述，他曾經在徐光啟擔任禮部尚書時前去拜謁，徐光啟對他說：“所輯《農書》，若己不能行其言，當俟之知者。”臨終之際，徐光啟還惦念著這部書，叮囑孫兒徐爾爵：“速繕成《農政全書》進呈，以畢吾誌。”可惜他終未能親眼看到這一巨著勒定出版。徐光啟去世後兩年，即崇禎八年，陳子龍在婁縣南園讀書時，從徐爾爵處借得原稿過錄，並送應天巡撫張國維、鬆江知府方嶽貢閱覽。張、方商定付刻，建議由陳子龍負責整理。據陳子龍說，徐光啟的原稿“雜采眾家，兼出獨見，有得即書，非有條貫。故有略而未詳者，有重複未及刪定者”。陳子龍在謝廷楨、張密、徐孚遠、宋征璧等人和徐氏子孫的幫助下，草擬凡例，刪削繁蕪，拾遺補闕，潤飾文字，編次分卷，最後正式定名為《農政全書》，於1639年(崇視十二年)秋在陳子龍的宅舍平露堂付梓刊印。