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《少年科学画报》

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“全能型”天文学家

2018-03-30 20:10:00

  巧制仪器

  郭守敬生活在元朝,元世祖在位时,他奉命修订新历。为此,他对当时大都城里天文台的仪器装备进行了大检查,对其中的许多天文仪器进行了改进。

  改进古老的圭表

  圭(guī)表是我国创制的最古老的一种天文仪器。“表”是一根垂直立在地面的柱子;“圭”是从表的跟部向北方伸出的一条水平石板。当太阳转到正南方时,表的影子就落在了圭面上。量出表的影子长度,就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。但当时,表的影子边缘并不清晰,影子长度的测量也不够精确。

  为此,郭守敬把“表”加高到原来的5倍,还创造了“景符”,使得日光通过表上的小孔照射到圭面,产生很清楚的阴影边缘,这样就可以量取准确的影长;他还创造了“窥几”,在星星和月亮的微弱光照下也可以用圭表进行观测;他改进了量取长度的技术,把测量精度提高了好几倍。

  改浑仪为简仪

  浑仪也是我国古人早就在使用的一种天文仪器。最初它只是由子午环、赤道环和赤经环,以及一根指向南北天极的轴和窥管组成。后来,为了观测太阳、行星和月亮,古人又在浑仪上加了几个圆环。层层叠叠的圆环使得这个仪器使用起来非常麻烦。

  郭守敬对浑仪进行了简化。他只保留了浑仪中最需保留的两组圆环,并且把其中一组圆环改成了独立的仪器。比起原来的浑仪,这种结构既无层层重叠,又方便使用,因此取名为“简仪”。

  创造仰仪等 

  郭守敬还创造了观测太阳的仰仪。这是一个铜制的中空半球面,四周刻着东西南北方向,另外用两根交叉的杆子架着一根开了小孔的细杆,小孔正好位于半球面的球心上方。太阳光通过小孔后,在半球面的网线格上投下影子,就可以读出太阳在天球上的位置了。

  郭守敬还创制和改进了候极仪、立运仪等十几种天文仪器。这些仪器或方便了观测,或简化了使用方法,在后来的天文学发展中起到了非常重要的作用。

  编制《授时历》

  为了编制新历,郭守敬和同行们在27个地点进行天文观测。这一次观测的规模之大,在世界天文学史上都很少见,被称为“四海测验”。经过数年的努力,他们编制出了一本《授时历》。《授时历》废除了过去许多不合理的计算方法,创立了新的算法,还使用了先进的测量数据。比如,新历确定 1回归年为365.2425日,和如今世界通用的公历完全相同。在编制过程中,他们还创立了“三次差内插公式”和“球面三角公式”,都是具有世界意义的杰出成就。除了编制历法,郭守敬还笔耕不辍地撰写了《推步》《立成》《历议拟稿》《仪象法式》《上中下三历注式》《修历源流》等14种天文历法著作,共105卷。

  郭守敬的功绩不仅仅限于天文学,他还在水利、数学、光学等方面成就非凡。1977年,国际小行星研究会将第2012号小行星正式命名为“郭守敬小行星”;1981年,国际天文学会又用他的名字命名了月球背面一座环形山:郭守敬环形山—用以纪念他的杰出成就。

本文来自《少年科学画报》

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