郭守敬，是隐居于紫金山的又一位杰出的年轻文人。郭守敬字若思，顺德邢台（今河北邢台）人。郭守敬是紫金山升起的一颗最璀灿最耀眼的科学巨星。《元史・郭守敬传》记载，郭守敬“生有异操，不为嬉戏事。大父荣，通五经，精于算数、水利”。郭守敬幼年的特异品格和良好的家庭环境，为他以后在科学事业上做出重大贡献提供了重要的基础条件。又载“时刘秉忠、张文谦、张易、王恂，同学于州西紫金山，荣使守敬从秉忠学”。这一记载，明确了发祥于紫金山的五位文人的具体所指。刘秉忠和郭守敬的祖父郭荣是友情深厚志同道合的朋友，《元朝名臣事略》记述太史郭守敬时说，郭荣的号叫“鸳水翁”，刘秉忠与“鸳水翁为同志友”，作为老友的嘱托，让郭守敬就学于刘秉忠，大约郭守敬来紫金山与王恂同时并略晚一点，这时有十八九岁，比王恂大4岁。从此，紫金山的耸拔雄奇的山峦间，经常出现两个才华横溢的年轻人的身影。早春的山花，夏日的紫气，深秋的黄叶，严冬的冰枝，特别是紫金山壮美的落日和奇异的紫石，启迪了他们早熟的智慧，蕴育了一代科学巨匠的オ思。从后来两个人的事业发展看，可能刘秉忠对在紫金山学习的两位年轻人的指导上，在学业侧重上是有所不同的，王恂侧重于数学、天文，郭守敬侧重于水利。显然刘秉忠也指导王恂、郭守敬学五经，学理学，但不是空谈性理，而是还重点演习对于社会对于实际有用处的学问。近代有的学者研究得出结论，认为明末清初的顾炎武提倡的”经世致用”，是对宋明理学的反动，我认为以刘秉忠为首的紫峰文人集团就已开始经世致用的实践探索了。中统三年（公元1263年），张文谦将郭守敬推荐给了忽必烈，说这位年轻学者对水利很有研究，而且巧思绝人。郭守敬的学问是在刘秉忠长期指导下取得的。如果从刘秉忠于公元1238年来紫金山隐居算起，到公元1263年郭守敬离开紫金山，前后长达25年。在这25年中，紫金山始终不断有紫峰文人在此学习研讨学间，并受着刘秉忠的指导，紫金山实际上成了刘秉忠的人才培训基地。从紫金山走出的都是出类拔萃的英杰人物。忽必烈亲自召见郭守敬，首先问水利方面的问题，郭守敬当面提出6条关于水利方面的建议。这6条建议很实际，也很实用，都是迫切要解决的当务之急，可操作性很强。忽必烈作为一代有为之君，一下子就从郭守敬的应答中掂出分量，所以，郭守敬每奏一条，忽必烈就频频点头赞叹说：“任事如此，人不为素餐矣。”召见毕，忽必烈立即任命郭守敬为提举诸路河渠。第二年，加银绶符，副河渠使。忽必烈起用郭守敬，是出自政治现实的需要，郭守敬的颖脱而出，也是特定的历史时代使然，确实是时势造英雄。蒙古以落后的游牧民族入主中原，忽必烈首先遇到的是发展农桑巩固统治地位的问题。如果忽必烈要想在中原站往脚，维持政治统治，就必须适应中原先进的衣耕经济，就必须在遭到战争破坏的基础上大力发展农桑生产，解决人民迫切需要的衣食问题。水利是农业的命脉。因此，富有远见卓识的刘秉忠指导郭守敬学习钻研的水利工程知识就派上了大用场。可以说，郭守敬是时势推出的一个杰出人物。郭守敬一生兴办的许多农田水利与河渠工程，对恢复和发展遭受战争破坏的北方农业经济，起到了重要作用。至元元年（公元1264年），也就是郭守敬被推荐给忽必烈的那一年，郭守敬跟随张文谦行省西夏，用现在的话来说，行省西夏就是主持西夏地区的工作。郭守敬协助张文谦兴修西夏水利事业，发挥了重要作用。他在荒漠砂碛中深入考察，把中兴一带的400里长的唐来渠和250里长的汉延渠以及其他州的正渠和支渠废坏淤浅的地方整修疏通，灌田9万余顷。郭守敬还利用这次西行的机会，挽舟溯流而上，去探寻黄河源，这次探寻的结果，史籍上没有留下记载，然而作为一位科学工作者的勇于探索的精神是十分可费的。第二年，部守敬被授为都水少监。郭守敬忠于职守，向忽必烈提了一系列有价值的关于水利方面的建议，受到忽必烈的称赞。后来忽必烈还让郭守敬行视考察河北、山东可以通行舟船的地方，画图报奏给他。在长期的水利实践中，郭守敬坚持实际考察，测量地形，绘制地图，把整治河道、发展航运和兴修农田水利综合加以考察，收到了很好的效果。郭守敬不但勤奋工作，而且很有创造意识，“又尝以海面较京师至汴梁地形高下之差”，这是地理学中的重要概念“海拔”的最早提出和实际运用，在世界上远远早于西方。公元1265年，郭守敬回到上都，被任命为都水少监，公元1271年任都水监，公元1276年，都水监并入工部，他被任命为工部尚书。就在这一年，元军攻下南宋首都临安，全国统一已成定局。忽必烈感到旧行历法误差积累日祈显著，不利于政治活动和农业生产，就下令成立“太史局”，调集全国各地的天文学者另修新历。编修新历首先是刘秉忠提出来的，刘秉忠认为《大明历》自辽、金以来承用了200余年，差误渐渐地显露出来，建议忽必烈重新加以编修，可是没有来得及实施，刘秉忠就去世了。江南平定以后，忽必烈想起刘秉忠的建议，决定重新修定历法。于是让王恂和郭守敬具体办这件事，带领南北日官，分别负责测验推究的实际工作，让张文谦和枢密张易为主领裁，负责向忽必烈奏报。由此可见，新历法的编修从建议到具体实施的领导工作班子，是在紫金山隐居过的五位杰出人物或者称紫峰文人的主持下进行的。此外参与这项工作的还有左丞许衡和杨恭懿等人，这些人都是精通天文、历法、数学的一时俊选。王恂这个人相当自负，一般的人他是瞧不上眼的，唯独对郭守敬推崇备至，这大约是他们曾在紫金山长期相处，郭守敬出众的特异才能给他留下了极为深刻的印象。因此，负责人事安排的王恂力荐郭守敬参加修历，负责制造仪器，进行实际观测。郭守敬的专长是水利，是一位水利工程专家，他参与编修历法，是换了一个专业领域。但是，郭守敬凭借着聪颖的天资，深厚的数学功底和勤奋务实的工作精神，在他新从事的天文历法领域做出了重大贡献。郭守敬认为，编修历法，关键在于数据准确，而要取得准确的数据，必须创造制作更加精密的仪器，进行实际观测。他说：“历之本在测验，而測验之器莫先于仪表。今司天浑仪，宋皇祐（公元1049－1054年）汴京所造，不与此处（指大都灵台，在今北京市建国门外泡子河北）天度相符。”于是，郭守敬决心自己动手创制和改造天文仪器。针对浑仪的缺陷，郭守敬研制了新的仪器简仪。元代以前所用的浑仪越来越复杂，用这种仪器来测量天体的赤道座标、黄道座标和地平座标的读物很不准确，这种仪器的很多环圈相互圈套，转动不便，妨碍观测。郭守敬摒弃了浑仪的繁杂装置，精简了黄道座标，把地平座标和赤道座标分为两个独立的装置，这种装置使用方便，因此叫“简仪”。简仪的设计很精密，刻度最小分格达到1／36度，观测结果也准确多了。可惜的是，郭守敬的这一重大发明创造，竟在清初被当时在钦天监任职的法国传教士纪理安当作废铜销毁了，明朝正德（公元1506－1521年）年间仿制的一台简仪，也在八国联军侵略中国时被劫走。后来虽然归还了，但已残缺不全，现在保存在南京紫金山天文台。郭守敬还改进了圭表，创制了景符等仪器。圭表是观测日中影长变化以决定春分、秋分、夏至、冬至时刻的天文仪器。古代圭表一般高8尺，郭守敬把它加高到36尺，在表顶又添了一根被抬起的横梁，横梁高出表顶4尺，这样表高就达到了40尺，比原来的表高增加了5倍，因而影长也增加了5倍，从而使观测的误差也降到原来的五分之一。现在河南登封县元代观星台还完整的保存着当时的高表。郭守敬创制的天文观测仪器还相当多，《元史・郭守敬传》记载，除了简仪、圭表以外，还有侯极仪、浑天象仪、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、景晷定时仪、正方案、丸表、悬正仪、座正仪等，又作仰规覆矩图，异方浑盖图、日出入永短图，与以上诸仪相互参考。对于这些天文观测仪器的构造性能，限于我的古代天文知识的短缺，多数说不清楚，如果读者诸君谁对这些天文仪器有兴，可以读一读《中国青年报》1961年2月21日刊发的一篇文章《创造天文仪器最多的古代科学家郭守敬——纪念郭守敬诞生七百三十周年》，还可以参阅《科学通报》1957年第1期刊发的《我国古代大科学家郭守敬》，《河北日报》1961年2月25日刊发的《古代伟大的科学家郭守敬》、《光明日报》1961年11月8日刊发的《元代杰出的自然科学家郭守敬》、《天文爱好者》1963年第8期刊发的《元代大天文家一郭守敬》等等。这引文章都是专业人员写的，有较高的可信度。郭守敬创制了先进的观测仪器，接下来就是在最广阔的地域中开展实际观测活动。元朝的空前大统一和辽阔的疆域为观测活动制造了极为有利的条件。郭守敬在全国设立了27个观测所，最北的北海观测所在大约北纬65°5′的地方，已在北极圈附近了。观测所的中心在元大都。郭守敬、王恂同尼泊尔建筑师阿尼哥合作，在大都兴建了一座新的天文台，郭守敬创制的那些天文仪器都安置在台上。这个地址在今天北京建国门内大街中国社会科学院一带，位于现存的明清古观象台不远处。上个世纪六十年代我在北京读大学的时候，曾来这些遗址参观过。郭守敬等人建造的天文台规模宏伟，设备齐全，人员众多，在当时的世界上，堪称首屈一指。根据郭守敬的建议，忽必烈派了14名天文学家，到大都以外的26个观测所进行了几项重要的天文观测，史称“四海测验”。郭守敬亲临全国各地，收集有关资料。这些观测资料为编制新历法提供了科学数据，从而使新历法的科学性达到了新的历史水平。郭守敬所测定的黄道和赤道交角以及二十八宿距度，对于新历的编算具有重大的意义。李约瑟在《中国科学技术史》第三卷《天文学》里指出，郭守敬测定“黄赤交角”为23°33′3，与现代推算的数值，实际误差只有1′25″3，精确度极高，曾为十八世纪天文学家关于黄道倾角变易性提供了证据。二十八宿距度的测定是古代天文测量的重要数据。自西汉至北宋，我国一共测量过5次，精确度逐次提高。经郭守敬测定的数据，平均误差只有4′5，精确度要比他的前辈提高一倍。在此基础上，郭守敬又测量了全天的恒星，著有《新测二十八宿杂坐诸星入宿去极》1卷及《新测无名诸星》1卷，元朝齐履谦《知太史院郭公行状》中有记载，这两卷著作现已失传。我国自古以来见诸史籍，已经测定命名的请星有1464颗，郭守敬不但对这些星重新进行了测量，而且选取了相当数目未经命名的星，测定了它们入宿度和去极度，编制成当时世界上最先进和最详备的星表。西方著名的“第谷星表”，完成于十六世纪末叶，表内星数也只有1005颗。在西方，有人称郭守敬为“中国的第谷”。第谷是丹麦的著名天文学家，晚于郭守敬三个世纪以上，成就也不如郭守敬，恰当的说法应当称第谷是“欧洲的郭守敬”。经过郭守敬、王恂等人的集体努力，公元1280年的春天，一部新历法诞生了。忽必烈按照中国古代最古老的儒家经典《尚书・虞书•尧典》的“敬授人时”的古语，给新历法取名《授时历》。《授时历》有不少革新创造，如废除了许多不合理的计算方法，定一回归年为365．2425日，比现在测定的地球绕太阳一周的实际时间只差26秒，新历法采用的这一数据在世界历法史上还是第一次，现在国际上通行的格利哥里历也是采用这一数据的。但格利哥里历比《授时历》晚了300年。在编历过程中，郭守敬、王恂等人创立了“三差内插公式”和“球面三角公式”，这是我国数学史上具有世界意义的杰出成就。我的数学知识有限，对郭守敬在数学上的创造性的研究成果理解不深。有兴趣的读者可以读一读《科学大众》杂志1954年第5期上刊发的一篇《郭守敬三角术研究及其他发明》的文章，对此有过专业性的论述。历法的实用性很强，一部历法的是否正确，是否科学，是要接受实践检验的。《元史•齐履谦传》记述过这样一件有趣的故事，依照《授时历》的计算，大德三年（公元1299年）八月己酉朔巳时，应该“日食二分有奇”，可是，到了这个时刻并没有发生日食，“至期不食”。是《授时历》计算有错误吗？不是的。据现代推算，那一天确实有日食发生，那是次经过西伯利亚东部的日环食，只是食分太小，加之时近中午，阳光过盛，肉限没有观察出来，以至误认为“至期不食＂。由于《授时历》具有较高的科学性，因面经受住了时间的考验，先后沿用了300余年，对后世产生了很大的影响。《授时历》颁行不久，许衡、杨恭懿相继告老还乡，王恂病逝，郭守敬升为太史令。当时这部新历的许多算草、数表还只是一堆草稿。郭守敬花了两年多的时间，把这些草稿加以整理，写出了定稿。其中一部分就是《元史・历志》中的《授时历经》。在以后的几年里，他又将自己制造天文仪器、观测天象的经验和结果编写成书，共有100多卷。郭守敬是一位治学严谨的学者，他从不采用古代流行的占经和分野等浮说，而是经过实际观测和严密认真的计算，把我国古代的天文学纳入了科学的轨道。郭守敬在天文历法上的贡献是历史里程碑式的。如果按现代的科学评奖标准，授于郭守敬诺贝尔奖应当说是当之无愧的。编修完历法之后，郭守敬又把工作的重点转向了水利方面。至元末期，郭守敬已是六十岁左右的老人了，他在主持太史院工作的同时，又领导修建了一条全长160华里的运河通惠河。这条运河的修建在当时是一件当务之急的大事。此时元朝的漕粮运输问题日渐突出，大都“百司庶府之繁，卫土编民之众，无不仰给于江南”，迫切需要修建一条从通州直达京城的运河，与隋唐以来修建的大运河连成统一的运输系统，使船舶可以直接驶入元大都城中。但限于大都的地理、水源条件，几经尝试，均以失败告终。忽必烈为这件事深感头疼，他又想起了郭守敬，命他主管负责这件事。郭守敬重操旧业，心里也很高兴。他不辞劳苦，亲自实际勘测，在总结以往失败的经验教训的基础上，经过深思熟虑，提出了一个科学周密的修建方案，忽必烈看到这份报上来的方案，“喜曰：当速行之”。于是又重新设制了都水监的机构，责成郭守敬领导。忽必烈还指令丞相以下的官员都要自带工具到水利工地参加劳动，听郭守敬的统一安排。至元三十年（公元1293年）八月通惠河工程全线完工，终点码头所在的积水潭一带一片汪洋，舳舻蔽水，热闹非凡，促进了南货北运，促进了元大都经济文化的繁荣。（待续）
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