郭守敬字若思 , 顺德邢台(今河北邢台市)人 。生于南宋绍定四年(1231年) , 卒于元延佑三年(1316年) , 是元代著名的天文学家和水利学家 。
郭守敬一生的科学活动 , 主要在天文测量及水利方面 。《元史?郭守敬传》载 , 元至元十六年(1279年) 。
郭守敬任同知太史院事 , 为主持修订历法之需 , 建议在:“远方测验日月交食时刻不同、昼夜长短不同、日月星辰去天高下不同” 。
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他的建议获得元世祖忽必烈的称赞和支持 。他很注重仪器的改进 , 认为历法之根本在于测验 , 而测验之器莫先于仪表 。
于是创制了简仪、高表、候极仪、浑天仪、玲珑仪、定时仪等十多种精巧的天文仪器 。这些仪器既精确、灵巧 , 又简便 , 在纬度测量中起了重要作用 。
郭守敬为这次测量工作做了周密的准备 , 选择东西宽6000里、南北长1.1万里的广大区域 , 在其中设置27个观察站 , 自任总指挥 。
这次测量的内容之多、范围之广、精确度之高 , 是我国测绘史上空前的 。
他在27个观测站中 , 又精心筛选出7个观测点 。
即南海(今南海上的一个岛屿)、衡岳(今湖南衡山)、岳台(今河南开封市西北)、和林(今蒙古鄂尔浑河上游东岸哈尔和林)、铁勒(今俄罗斯安加拉河、叶尼塞河)、北海(今俄罗斯下通古斯卡河下游)和大都(今北京市) 。
除大都是首都外 , 其他6个观察测点从南到北代表了各大区域 , 相邻两点纬度的间隔均为10度 。这7个观测点的项目较其他20个点齐全 。
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此外 , 郭守敬用自制的仪器 , 测定出黄道面与赤道面的交角为23°33′5″.3 。
根据现代天文学理论推算 , 郭守敬时代的黄赤交角应是23°31′58″.5 , 与郭守敬当时测量的结果只有1′6”.8的绝对误差 。
在700年前能达到如此精确的程度 , 简直是个奇迹!
我国古代对地理经度的认识要比纬度晚得多 , 直至元初才建立起朴素的经度概念 。当时已知道同一月蚀现象 , 在塔什干(今新疆塔什库尔干)和中国内地两地出现的时间不同 。用今天的话说就是因这两处的经度不同 。
耶律楚材在西域观察天象时发现 , 《大明历》关于月蚀实际发生的时刻在中原地区相差甚少 , 在寻斯(今乌兹别克斯坦撒马尔罕)误差很大 。
究其原因 , 是寻斯离中原远达万里 , 东西两地相距遥远 , 时差也大 。
耶律楚材指出:“以寻斯干城为准 , 置相去地里 , 以四千三百五十九乘之 , 退位 , 万约为分 , 日里差” , “以东加之 , 以西减之”(《庚午元历》) 。
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耶律楚材把寻斯干作为地理经度的起始标准 , 把某地与它的距离乘上个数字因子 , 称作某地的里差 。
并在《庚午元历》中多次应用 , 开创了后世天象预报中进行地理经度改正的先例 。
在元朝 , 已经出现画有经纬度的地球仪 , 此地球仪由回族天文学家扎马鲁丁所制作 。
关于该地球仪的形状《元史?天文志》记载:
“其制以木为圆球 , 七分为水其色绿 , 三分土地 , 其色白 。画江河、湖、海 , 脉络贯穿 , 于其中画作小方井 , 以计幅员之广阔 , 道里之远近 。”
这里的“小方井”显然是经纬度 。此即画有经纬度的西域仪象 。
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至元八年(1271年) , 郭守敬升任都水监 , 后又并工部(掌管全国各项工程、工匠、水利等事务) , 任工部郎中 。
至元十二年(1275年) , 奉命勘察黄平原的地形 , 调查通航路线 , 建立水骚 。
他自孟津(今河南孟津县东南)以东 , 沿黄河故道 , 在方圆几百里的广阔区域内进行了地形测量 , 把地势倾斜变化及适宜开渠分杀河势一一绘入地图 。
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