常松木
郭守敬(1231-1316年)，字若思，顺德邢台（今河北邢台）人。中国元朝的大天文学家、数学家、水利专家和仪器制造家。
郭守敬幼承祖父郭荣家学，攻研天文、算学、水利。郭荣是金元之际一位颇有名望的学者。他精通五经，熟知天文、算学，擅长水利技术。郭守敬就是在他祖父的教养下成长起来的。他一面教郭守敬读书，一面领着他去观察自然现象，体验实际生活。郭荣为了让他孙儿开阔眼界，得到深造，曾把郭守敬送到自己的同乡老友刘秉忠门下去学习。刘秉忠精通经学和天文学。当时他为父亲守丧，在张有读书。郭守敬在他那儿得到了很大的教益。更重要的是，郭守敬在他那儿结识了一位好朋友王恂。王恂比郭守敬小四五岁，后来也是一位杰出的数学家和天文学家。这一对好朋友后来在天文历法工作中亲密合作，做出了卓越的贡献。
郭守敬自小就喜欢自己动手制作各种器具，十五六岁时就显露出了科学才能。那时他得到了一幅莲花漏图”。他对图样作了精细的研究，居然摸清了制作方法。莲花漏是一种计时器，是北宋科学家燕肃在古代漏壶的基础上改进创制的。这器具由好几个部分配制而成。上面有几个漏水的水壶。这几个水壶的水面高度配置得经常不变。水面高度不变，往下漏水的速度也就保持均匀。水流速度保持均匀了，那就在一定时间内漏下的水量一定不变，不会忽多忽少。这样，就可以从漏下的水量指示出时间来了。在邢台县的北郊，有一座石桥。金元战争的时候，这座桥被破坏了，桥身陷在泥淖里。日子一久，竞没有人说得清它的所在了。刚刚20岁的郭守敬查勘了河道上下游的地形，对旧桥基就有了一个估计。根据他的指点，居然一下子就挖出了这久被埋没的桥基。这件事引起了很多人的惊讶。石桥修复后，当时一位有名的文学家元好问还特意为此写过一篇碑文。
郭守敬在刘秉忠门下学习的时间不长。1251年，刘秉忠被元世祖忽必烈召进京城去了。刘秉忠后来把他介绍给了自己的老同学张文谦。1260年，张文谦到大名路（他河北省大名县一带）等地作宣抚司的长官，郭守敬也跟着他一起去了。在那儿，他把少年时代试作过的莲花漏铸了一套正规的铜器，留给地方上使用。郭守敬跟着张文谦到各处勘测地形，筹划水利方案，并帮助做些实际工作。几年之间，郭守敬的科学知识和技术经验更丰富了。张文谦看到郭守敬已经渐趋成熟，就在1262年，把他推荐给元世祖忽必烈，说他熟悉水利，聪明过人。元世祖就在当时新建的京城上都（今内蒙古多伦附近）召见了郭守敬。
元世祖时，华北一带的农业生产才逐渐恢复起来。农业生产必须适应天时，农田排灌需要水利建设，于是对天文历法和水利工程的研究，就成为迫切的要求。同时，国家统一了，中外交通范围比以前扩大了，更给科学技术的发展提供了新的因素。因此，元朝的天文学和水利学，在金、宋两朝的基础上，有了进一步的发展。郭守敬正是在这个时期，在这两门科学方面作出了许多贡献。郭守敬初见元世祖，就当面提出了六条水利建议。第一条建议修复从当时的中都（今北京）到通州（今通县）的漕运河道；第二条和第三条是关于他自己家乡有地方城市用水和灌溉渠道的建议；第四条是关于磁州（今河北磁县）、邯郸一带的水利建议的意见；第五和第六条是关于中原地带 （今河南省境内）沁河河水的合理利用和黄河北岸渠道建设的建议。这六条都是经过仔细查勘后提出来的切实的计划，对于经由路线、受益面积等项都说得清清楚楚。元世祖认为郭守敬的建议很有道理，当下就任命他为提举诸路河渠掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他为银符副河渠使。
1264年（元世祖至元元年）张文谦被派往西夏（今甘肃、宁夏及内蒙古西部一带）去巡察。那里沿着黄河两岸早已修筑了不少水渠，宁夏地方 （今银川一带）的汉延、唐来（左有三点水）两渠都是长达几百里的古渠，分渠纵横，灌溉田地的面积很大，是西北重要的农业基地之一。当年成吉思汗征服西夏的时候，不知道保护农业生产，兵马到达的地方，水闸水坝都被毁坏，渠道都被填塞。张文谦巡察西夏，一方面要整顿地方行政，另一方面也想重兴水利，恢复农业生产。所以他带了擅长水利的郭守敬同行。郭守敬到了西夏，立即着手整顿。有的地方疏通旧渠，有的地方开辟新渠，又重新修建起许多水闸、水坝。当地人民久旱望水，对这样具有切身利害关系的大事自然尽力支持。由于大家动手，这些工程竟然在几个月之内就完工了。修完了渠，郭守敬就离开了西夏。在还京之前，他曾经逆流而上，探寻黄河的发源地。以科学考察为目的，专程来探求黄河真源的，要推郭守敬是第一个人。很可惜，郭守敬探查河源的结果没有记载流传下来。后来到了1280年，又有一位探险家都实奉元世祖之命专程前去考察河源。这次探索的经过记录在一部《河源记》的专著里，其中有着不少有价值的结果。毫无疑问，作为先驱的郭守敬考察对于都实是有相当影响的。1265年，郭守敬回到了上都。同年被任命为都水少监，协助都水监掌管河渠、堤防、桥梁、闸坝等的修治工程。1271年升任都水监。1276年都水监并入工部，他被任为工部郎中。
元朝初年沿用当年金朝的“重修大明历”。这个历法是1180年（金世宗大定二十年）修正颁行的。几十年以来，误差积累日渐显著，发生过好几次预推与实际现象不符的事。再一次重新修改是迫切需要的事了。至元十三年（1276年），元军攻下了南宋首都临安（今浙江杭州），全国统一已成定局。就在这一年，元世祖迁都大都，并且采纳已死大臣刘秉忠的建议，决定改订旧历，颁行元朝自己的历法。于是，元政府下令在新的京城里组织历局，调动了全国各地的天文学者，另修新历。这件工作名义上以张文谦为首脑，但实际负责历局事务和具体编算工作的是精通天文、数学的王恂。当时，王恂就想到了老同学郭守敬。虽然郭守敬担任的官职是在水利部门，但王恂早就知道他长于制造仪器和通晓天文，因此就推荐他参加修历。太史局由王珣负责，郭守敬辅助，太史局学术上则由王恂主要负责推算，郭守敬主要负责制造仪器和实际观测。从此，郭守敬的科学活动史又揭开了新的一页，他在天文学领域里发挥了高度的才能。至元十五年（或十六年），太史局改称太史院，王恂任太史令，郭守敬为同知太史院事，建立天文台。当时，有杨恭懿等来参予共事。
古代在历法制定工作中所要求的天文观测，主要是两类。一类是测定二十四节气，特别是冬至和夏至的确切时刻；用的仪器是圭表。一类是测定天体在天球上的位置，应用的主要工具是浑仪。郭守敬认为“历之本在于测验，测验之器莫先仪表”。 圭表是我国创制最古老、使用最熟悉的一种天文仪器，但表影边缘不清晰、测量影长的技术不够精密，再者，圭表只能观测日影，不能观测星影和月影。郭守敬分析了传统圭表测影造成误差的原因后，首先把圭表的表竿加高到5倍，使之成为高表；其次，他创造了一个叫做“景符”的仪器，使照在圭表上的日光通过一个小孔，再射到圭面，那阴影的边缘就很清楚，可以量取准确的影长。再其次，他还创造了一个叫做“窥几”的仪器，使圭表在星和月的光照下也可以进行观测。除此之外，郭守敬为修历而设计和监制的新仪器还有：简仪、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、日月食仪以及星晷定时仪等。其中主要的是简仪、赤道经纬和日晷三种仪器合并归一，用来观察天空中的日、月、星宿的运动，改进后不受仪器上圆环阴影的影响。王恂、郭守敬等同一位尼泊尔的建筑师阿你哥合作，在大都兴建了一座新的天文台，台上就安置着郭守敬所创制的那些天文仪器。它是当时世界上设备最完善的天文台之一。
至元十六年（1279年），郭守敬向元世祖忽必烈建议说：“唐开元年间，令南宫说天下测影，书中见者有十三处，今疆域比唐代大，若不远方测验，日月交食分数，时刻不同，昼夜长短不同，日月星辰去天高下不同，即日测验人少可先南北立表取直测影”。元世祖接受了郭守敬的建议，遂派监候官十四人分道而出，在二十七个地方进行了天文观测，在其中的6个地点，特别测定了夏至日的表影长度和昼、夜的时间长度。这些观测的结果，都为编制全国适用的历法提供了科学的数据。这一次天文观测的规模之大，在世界天文学史上也是少见的，河南登封告成观星台就是郭守敬建的当时二十七处观测站之一。这就是历史上有名的” 四海测验”。
郭守敬从上都（多伦），大都（北京）开始历经河南阳城转抵南海跋涉数千里，亲自参加了这一路的重要测验。告成（古阳城），当时属河南府（即洛阳）管辖，观星台的兴建和观测日影就在此时。当时，这里观测的结果是：河南府--阳城（即今告成）北极出地三十四度太弱。郭守敬根据“四海测验”的结果，并参考了一千多年的天文资料，七十多种历法，互相印正对比，排除了子午线日月五星和人间吉凶相连的迷信色彩，按照日月五星在太空运行的自然规律，在至元十七年（1280年），编制成了新历法，按照“敬授民时”的古语，取名《授时历》。《授时历》推算出的一个回归年为365.2425日，即三百六十五天五时四十九分十二秒，与地球绕太阳公转的实际时间，只差二十六秒，和现在世界上通用的《格里高利历》（俗称的阳历）的周期一样，但《格里高利历》是1582年（明万历十年）开始使用，比郭守敬的《授时历》晚三百多年，在国际上产生了一定的影响。
《授时历》是中国古代一部很精良的历法。王恂、郭守敬等人曾研究分析汉代以来的四十多家历法，吸取各历之长，采取理论与实践相结合的科学态度，取得许多重要成就。第一，废除了过去许多不合理、不必要的计算方法，例如避免用很复杂的分数来表示一个天文数据的尾数部分，改用十进小数等。第二，创立了几种新的算法，例如三差内插内式及合于球面三角法的计算公式等。第三，总结了前人的成果，使用了一些较进步的数据，例如采用南宋杨忠辅所定的回归年，以一年为365.2425日，与现行公历的平均一年时间长度完全一致。《授时历》是1281年颁行的；现行公历却是到1576年才由意大利人利里奥提出来。《授时历》确是我国古代一部很进步的历法。郭守敬把这部历法最后写成定稿，流传到后世，把许多先进的科学成就传授给后人，这件工作，就称得起是郭守敬的一个大功。
至元二十三年（1282年），郭守敬迁升太史令，仍继续天文观测和天文学的研究及著述工作。晚年时，郭守敬又转向水利工作，至元三十八年春（1291年）春，任都水监，他建议同北京至通县开挖一条新运河和大运河相连，以解决从南方至北京的水路运粮问题。当时元朝政府从南方调运大批粮食到北京，大运河是南北交通的重要水路。但大运河只通到通县，从通县到北京，全靠陆路运输。在阴雨连绵的季节，人畜的疾病死亡和粮食霉烂糟踏非常严重，使元朝统治者最感棘手，郭守敬提出开挖大运河的建议，很快就被元世祖采纳，并下令马上动工，宰相以下的文武百官都参加了开工典礼，郭守敬担任了总工程负责人。郭守敬根据北京附近的地势西北高的特点，把昌平县北的白浮村神仙泉的水导入昆明湖，再引进城里的什刹海，然后流入运河，在这段运河中设置一些提坝和可以升降闸门来调节水量，使大船通行，这是郭守敬在水利工程上的创造性的设计，全部工程一年完成，定名通惠河，郭守敬兼提调通惠河漕运之事。通惠河通行后，从南方运粮可直达北京，对发展南北交通和漕运事业起了很大的作用。至元三十一年（公元一二九四年），郭守敬拜文馆大学士兼知太史院事，大德二年（公元一二九八年），元成祖铁穆耳在上都会见郭守敬议论开挖铁镭竿渠的事情，郭守敬说：“山水频年下，非大为渠堰广五十步不可”。其它执政人员齐于工费，认为郭守敬的话说过了头，缩其广度三分之一，第二年大雨，山水注下，渠堰不能容，漂没人畜庐账几犯行殿，元成祖后悔的对宰臣们说：" 郭太史神人也，惜其言不用耳"。可见郭守敬在水利方面也有着很深的造诣。在数学方面，郭守敬创造了计算球面三角形的算法和平立定三差法，是一种高等级算法，在世界数学史上还是开创了先例的。
总之，郭守敬编著天文书籍一百多卷，创制仪器仪表十七八种；邢州治水初露锋芒；大都（北京）治水，使元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，为之立祠于河渠之上。他是杰出的天文学家，也是卓越贡献的水利专家，既是成绩优异的数学专家，又是具有独特精神的仪器制造专家。他这几个方面的成就，在当时科坛居世界首位，领先世界水平三五百年。1303年，郭守敬已经七十二岁，成宗发布命令：“凡七十二岁的官员都去职返里，唯独郭守敬以纯德实学，为世师法继续留任”。1316年，郭守敬因病去世享年86岁，李约瑟和中国人民都称赞他是最伟大的天文学家。为了纪念这位中国有名、世界有名、天上也有名的伟大科学家。1962年，我国邮电部发行了绘有郭守敬半身像与简仪两枚纪念邮票。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”。1977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在1964年发现的编号为2012号小行星，正式命名为“郭守敬星”。
