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郭守敬的主要成就有哪些? [复制链接]

匿名  发表于 2020-10-13 02:45:49

郭守敬的主要成就有哪些?

上海后花园
中国[zhōng guó]文化院  数学
  
  郭守敬参与制定的《授时历》除了在天文数据上的进步之外,在计算方法方面也有重大的创造和革新。主要[zhǔ yào]特点有:
  
  废除上元积年:改用至元十八年(1281年)天正冬至(即至元十八年开始[appeared]之前的那个冬至时刻,实际上在至元十七年内)为其主要[zhǔ yào]起算点。其他[qí tā]各种天文周期的历元,均推算出与该冬至时刻的差距,称为相关的█应█。由此形成[caused][formed]一个天文常数系统。在这个天文常数系统中,《授时历》提出了七应(气应、转应、闰应、交应、周应、合应、历应)。
  
  以万分为日法:古代的天文数据都以分数形式[xíng shì]来表示。但这种分数方式难以立即比较数值的大小,在历法计算中又需作繁杂的通分运算,很不方便,而且[but]随着[suí zhe]天文数据测定的进步,古人实际上已逐渐明白,无法[to be]用一个分数来完全[wán quán]准确地表达这个数据的值。因此[therefore],从唐代开始[appeared]就有人企图打破分数表达法的传统。南宫说于唐中宗神龙元年(705年)编的《神龙历》即以百进制为天文数据的基础。曹士蒍于唐德宗建中年间(780年—783年)编的《符天历》更明确提出以万分为日法。但《神龙历》未获颁行。《符天历》只行于民间,被官方天文学家贬称为小历。到《授时历》中始以宏大的革新精神,断然采用以万分为日法的制度[ dù],使天文数据的表达方式走上了简洁合理的道路。
  
  发明正确的处理三次差内插法方法:自隋代刘焯以来,天文学家使用二次差内插法来计算日、月等各种非均速的天体运动[yùn dòng]。但实际上唐代天文学家已发现,许多[xǔ duō]运动[yùn dòng]用二次差来计算是不够精确的,必须用到三次差,但关于三次差内插公式却一直没有找到,只能[zhǐ nénɡ]一些[yī xiē]近似公式来代替。《授时历》发明了称之为招差法的方法,解决[jiě jué]了这个三百多年未能解决[jiě jué]的难题。而且[but],招差法从原理上来说,可以[ kě yǐ]推广到任意高次差的内插法,这在数据处理和计算数学上是个很大[的JJ]的进步。
  
  发明弧矢割圆术:天文学上有所谓黄道坐标、赤道坐标、白道坐标等等的球面坐标系统。现代天文学家运用球面三角学可以[ kě yǐ]很容易地将一个坐标系统中的数据换算到另一个系统中去。中国[zhōng guó]古代没有球面三角学,古人是采用近似的代数计算方法来解决[jiě jué]问题[wèn tí]的。《授时历》采用的弧矢割圆术,将各种球面上的弧段投射到某个平面[píng miàn]上,利用传统的勾股公式,求解这些[zhè xie]投影线段之间的关系。再利用宋代沈括发明的会圆术公式,由线段反求出弧段长股关系的方法是完全[wán quán]准确的。它们与现今的球面三角学公式在本质上是一致的。
  
  以上这些[zhè xie]计算方法上的成就,主要[zhǔ yào]应当归功于王恂,但是[dàn shì]其他[qí tā]学者也为此付出了劳动。特别由于[Meanwhile]郭守敬是《授时历》的最后整理定稿者,使这些[zhè xie]突出的天文学、数学成就得彰后世,故其功不可没。
  
  光学
  
  郭守敬在创造的景符、仰仪等天文仪器中反复运用了针孔成象原理,这在中国[zhōng guó]光学史上也是比较突出的成就,体现了中国[zhōng guó]古代较高的光学知识应用能力。
  
  水利学
  
  治水经验
  
  郭守敬治水成功[chéng gōng]的经验有很多,主要[zhǔ yào]有三方面:
  
  郭守敬的正确指导思想,是治水成功[chéng gōng]的前提条件。郭守敬在治水过程中,始终贯彻灌溉、防洪、漕运三位一体的指导思想,取得了良好的效果。
  
  郭守敬躬行实践的精神,是治水成功[chéng gōng]的决定条件。郭守敬一生从事兴修水利事业,不畏艰难,注重调查,勤于实践,为后人所推崇。
  
  郭守敬执着进取的精神,是治水成功[chéng gōng]重要[important]条件。郭守敬在从事水利和建设[jiàn shè]过程中,具有不怕失败、锲而不舍、执着进取的精神[,使他在水利工程建设[jiàn shè]上取得了显着的成就。
  
  天文学
  
  编制《授时历》
  
  天文观测
  
  郭守敬运用他改进、创造的天文仪器,进行了许多[xǔ duō]精密的天文观测,从而使《授时历》的编制有了可靠的观测基础。他所从事和领导的观测项目甚多,如冬至时刻、二十八宿距度[ dù]和星表、四海测验、黄赤交角以及一些[yī xiē]历元时刻的测定,其中大部分[dà bù fen]数据都是[doushi]中国[zhōng guó]古代历法史上最精确的,或近于最佳的。其中较为知名的即为四海测验。
  
  四海测验
  
  至元十六年(1279年),郭守敬向元世祖忽必烈提议:如今元朝疆域比之前大了很多,不同地区日出日落昼夜长短时间不同、各地的时刻也不同,旧的历法已经[have been]不适用了,因此[therefore]需要进行全国范围的天文观测以编制新的历法。忽必烈接受[accepted]了郭守敬的建议[jiàn yì],派监候官十四人分道而出,分别在二十七个地方进行天文观测,后世称之为█四海测验█。
  
  郭守敬从上都(今多伦)、大都(今北京)开始[appeared]历经河南[Henan]转抵南海跋涉数千里,亲自参加了这一路的测验。在其中的6个地点,特别测定了夏至日的表影长度[ dù]和昼、夜的时间长度[ dù];测出的北极出地高度[ dù]平均[píng jūn]误差只有0.35;新测二十八宿距度[ dù]平均[píng jūn]误差还不到5";测定了黄赤交角新值,误差仅1"多;取回归年长度[ dù]为365.2425日,与现今通行的公历值完全[wán quán]一致。这些[zhè xie]观测的结果,都为编制全国适用的历法提供了科学[kē xué]的数据。
  
  编制历法
  
  在《授时历》创作中,郭守敬虽然有专业分工,他负责[Responsible]制器和测验,但与整个创作中的其他[qí tā]部分以及总体工作[gōng zuò],并非全然无关。《授时历》的编制是一件规模较大的集体工作[gōng zuò]工作[gōng zuò]中既有专人分工负责[Responsible],也有重大问题[wèn tí]的集体讨论[discussion]。《元史》作者除了在王恂、郭守敬的列传中记叙了改历之事外,还在许衡、杨恭懿等人的列传中也作了相当篇幅的叙述。这些[zhè xie]叙述中都透露出《授时历》编撰工作[gōng zuò]的集体性。按照当代科学[kē xué]史家钱宝琮的观点[belief],甚至可认为,早在刘秉忠、张文谦、张易等人同学的时代,他们就对历法问题[wèn tí]有过许多[xǔ duō]探讨。
  
  在估价集体工作[gōng zuò]的体制下郭守敬的作用时,应注意[危险信号]的是:一方面,郭守敬所分工负责[Responsible]的任务一定会吸收别人的智慧和劳动。例如,关于全天恒星星表的测定就不是哪一个人所能独力完成的。至于在测定七应的工作[gōng zuò]中,也离不开历法的推算和对数据的处理。另一方面,则应该[yīng gāi]肯定在整个历法的创新和改革中,也凝结着郭守敬的贡献和智慧。在新历颁行后不久[bù jiǔ]主要[zhǔ yào]骨干王恂等人因先后去世或辞归,唯剩下郭守敬继续工作[gōng zuò],一人整理了《授时历》全部[all]文稿。因此[therefore]郭守敬功不可没。这也就是后人把《授时历》的成就都归于郭守敬的重要[important]原因。
  
  《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天,即365天5小时49分12秒,与地球绕太阳公转的实际时间只差26秒钟,和现在世界[shì jiè]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[appeared]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[yǐng xiǎng]
  
  地理学
  
  郭守敬曾提出,以海平面[píng miàn]作为基准,比较大都(今北京市)和汴梁(今河南[Henan]省开封市)两地地形高下之差,这是地理学上的一个重要[important]概念█海拔█的创始。
  
  郭守敬在西夏水利工程结束[End]后曾溯黄河之流而上,探寻黄河的发源地。由此他成为[Become]科学[kē xué]考察本身为目的,专程探求黄河河源的先驱者。他的探查结果没有记载流传下来。现今传世的第一部河源考察成果专着为都实所撰的《河源记》,此是至元十七年(1280)都实奉忽必烈之命专程考察河源的纪实。先前郭守敬的考察对都实肯定有相当的影响[yǐng xiǎng]
  
  改制发明
  
  天文仪器制造
  
  郭守敬为完成《授时历》工作[gōng zuò]创制了十二件天文台上用的仪器,四件可携至野外观测用的仪器,其名载于齐履谦所撰《知太史院事郭公行状》中,分别为简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪以及星晷定时仪十二种(但史书记载中合计仪器总数为十三件,有的研究者认为末一种[yī zhǒng]或为星晷与定时仪两种)。而四件可携式仪器,齐履谦也在《知太史院事郭公行状》全部[all]罗列,分别为正方案、丸表、悬正仪、座正仪。这十六件仪器中,有九件在《元史·天文志》有较详细记载:简仪、候极仪、立运仪、浑象、仰仪、高表、景符、窥几和正方案。其中仅正方案被称为可携式仪器。其中主要[zhǔ yào]的是简仪、赤道经纬和日晷三种仪器结合利用,用来观察天空中的日、月、星宿的运动[yùn dòng],改进后的仪器不受仪器上圆环阴影的影响[yǐng xiǎng]。高表与景符是一组测量日影的仪器,是郭守敬的创新,把过去的八尺改为四丈高表,表上架设横梁,石圭上放置景符透影和景符上的日影重合时,即当地[local]日中时刻,用这种仪器测得的是日心之影,较前测得的日边之影更加精密,这是时刻仪器上一个很大[的JJ]的改进。
  
  而在创编《授时历》工作[gōng zuò]前后,郭守敬还制造并创作了一些[yī xiē]天文仪器,其中多数是计时器或与计时器有关的仪器。工作[gōng zuò]前后制作的仪器有:
  
  宝山漏。
  
  大明殿灯漏(又称七宝灯漏)。
  
  灵台水运浑天漏。
  
  柜香漏。
  
  屏风香漏。
  
  行漏。
  
  其中的大明殿灯漏是中国[zhōng guó]第一架与天文仪器相分离的独立的计时器,在中国[zhōng guó]钟表发展史上具有重要[important]意义[yì yì]
  
  综观郭守敬一生制造的天文仪器,大多具有设计科学[kē xué]、结构巧妙、制造精密、使用方便的特点,而且[but]大多数[most]注意[危险信号]到仪器安装的校正装置。他的创作博得同时代和后世的高度[ dù]赞扬。王恂是很高傲的人,每见到郭守敬的新创作,皆为之心服。他所制造的部分仪器,后又于清初运回北京。后来在十八世纪康熙、乾隆年间的几次工程中,把郭守敬的作品[zuò pǐn]都当作铜材熔毁。
  
  其它[other]
  
  郭守敬在简仪上设计的赤道经纬仪是世界[shì jiè]上最早的赤道装置,欧洲直到公元1598年才由丹麦天文学家第谷发明类似的装置。
  
  郭守敬在简仪中使用了滚柱轴承,以使简仪南端的动赤道环可以[ kě yǐ]灵活地在定赤道环之上运转。西方的类似装置是在二百年后才由意大利科学[kē xué]家达·芬奇发明的。

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