三、天文历法
谈到元代天文历法的成就,就不能不提到享誉千古的科学家郭守敬。
郭守敬(1231—1316年),字若思,顺德邢台(今属河北)人。他的祖父郭荣精通五经,擅长算数、水利。守敬幼小时,祖父便让他跟随刘秉忠学习。刘秉忠当时与张文谦、张易、王恂同窗,就读于州西的紫金山,号称“紫金山四友”。这几人都是辅弼忽必烈建立元朝的核心人物。中统三年(1262年),受张文谦之荐,任提举诸路河渠,因成绩突出,次年升任副河渠使。张文谦主持西夏地区政务时,守敬又治复唐来、汉延等大渠。元朝初年使用的是辽、金的《大明历》,该历是金朝在宋《纪元历》的基础上稍加订正而成的,后虽重修,但因使用时间过长,已出现了历法与天象不符的弊端,无法指导当时的农业生产。刘秉忠曾提议修改历法,还未及付诸实施,便撒手而去。至元十三年(1276年)六月,世祖忽必烈下诏设太史局,决定编制新历,命郭守敬、王恂率南北日官,分掌测验推步,命张文谦、张易为主领裁奏于上,左丞许衡参与其事。郭守敬上奏说:“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表。今司天浑仪,宋皇祐中汴京所造,不与此处天度相符,比量南北二极,约差四度。表石年深,亦复欹侧。”[20]于是动手改进并创修天文观测仪器,先后制成了候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定时仪等。“又作正方案、丸表、悬正仪、座正仪,为四方行测者所用。”[21]为了与以上几种仪器互相参考,又绘出了《仰规覆矩图》《异方浑盖图》《日出入永短图》等。简仪是模拟天球,测量日月星辰的仪器,实际上就是前人的浑天仪。但前人的浑天仪上有许多互相套着的环,观测天文时往往挡住视线,极不方便,郭守敬加以改进,只留下两套环,一个用来测赤道坐标,一个用来测地平坐标。用以测量正午时太阳影子长度的圭表,元代之前的圭表高8尺,郭守敬设计的铜表则高达40尺,圭上端设有景符,使测量影长的精确率大为提高。如今简仪有明代的复制品,圭表在河南登封告成镇的元代天文台尚有遗存。其他的仪器几经朝代更迭,已荡然无存了。