常松木
郭守敬(1231-1316年)，字若思，順德邢臺（今河北邢臺）人。中國元朝的大天文學家、數學家、水利專家和儀器製造家。
郭守敬幼承祖父郭榮家學，攻研天文、算學、水利。郭榮是金元之際一位頗有名望的學者。他精通五經，熟知天文、算學，擅長水利技術。郭守敬就是在他祖父的教養下成長起來的。他一面教郭守敬讀書，一面領著他去觀察自然現象，體驗實際生活。郭榮為了讓他孫兒開闊眼界，得到深造，曾把郭守敬送到自己的同鄉老友劉秉忠門下去學習。劉秉忠精通經學和天文學。當時他為父親守喪，在張有讀書。郭守敬在他那兒得到了很大的教益。更重要的是，郭守敬在他那兒結識了一位好朋友王恂。王恂比郭守敬小四五歲，後來也是一位傑出的數學家和天文學家。這一對好朋友後來在天文曆法工作中親密合作，做出了卓越的貢獻。
郭守敬自小就喜歡自己動手製作各種器具，十五六歲時就顯露出了科學才能。那時他得到了一幅蓮花漏圖”。他對圖樣作了精細的研究，居然摸清了製作方法。蓮花漏是一種計時器，是北宋科學家燕肅在古代漏壺的基礎上改進創制的。這器具由好幾個部分配製而成。上面有幾個漏水的水壺。這幾個水壺的水面高度配置得經常不變。水面高度不變，往下漏水的速度也就保持均勻。水流速度保持均勻了，那就在一定時間內漏下的水量一定不變，不會忽多忽少。這樣，就可以從漏下的水量指示出時間來了。在邢臺縣的北郊，有一座石橋。金元戰爭的時候，這座橋被破壞了，橋身陷在泥淖裡。日子一久，競沒有人說得清它的所在了。剛剛20歲的郭守敬查勘了河道上下游的地形，對舊橋基就有了一個估計。根據他的指點，居然一下子就挖出了這久被埋沒的橋基。這件事引起了很多人的驚訝。石橋修復後，當時一位有名的文學家元好問還特意為此寫過一篇碑文。
郭守敬在劉秉忠門下學習的時間不長。1251年，劉秉忠被元世祖忽必烈召進京城去了。劉秉忠後來把他介紹給了自己的老同學張文謙。1260年，張文謙到大名路（他河北省大名縣一帶）等地作宣撫司的長官，郭守敬也跟著他一起去了。在那兒，他把少年時代試作過的蓮花漏鑄了一套正規的銅器，留給地方上使用。郭守敬跟著張文謙到各處勘測地形，籌劃水利方案，並幫助做些實際工作。幾年之間，郭守敬的科學知識和技術經驗更豐富了。張文謙看到郭守敬已經漸趨成熟，就在1262年，把他推薦給元世祖忽必烈，說他熟悉水利，聰明過人。元世祖就在當時新建的京城上都（今內蒙古多倫附近）召見了郭守敬。
元世祖時，華北一帶的農業生產才逐漸恢復起來。農業生產必須適應天時，農田排灌需要水利建設，於是對天文曆法和水利工程的研究，就成為迫切的要求。同時，國家統一了，中外交通範圍比以前擴大了，更給科學技術的發展提供了新的因素。因此，元朝的天文學和水利學，在金、宋兩朝的基礎上，有了進一步的發展。郭守敬正是在這個時期，在這兩門科學方面作出了許多貢獻。郭守敬初見元世祖，就當面提出了六條水利建議。第一條建議修復從當時的中都（今北京）到通州（今通縣）的漕運河道；第二條和第三條是關於他自己家鄉有地方城市用水和灌溉渠道的建議；第四條是關於磁州（今河北磁縣）、邯鄲一帶的水利建議的意見；第五和第六條是關於中原地帶 （今河南省境內）沁河河水的合理利用和黃河北岸渠道建設的建議。這六條都是經過仔細查勘後提出來的切實的計劃，對於經由路線、受益面積等項都說得清清楚楚。元世祖認為郭守敬的建議很有道理，當下就任命他為提舉諸路河渠掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他為銀符副河渠使。
1264年（元世祖至元元年）張文謙被派往西夏（今甘肅、寧夏及內蒙古西部一帶）去巡察。那裡沿著黃河兩岸早已修築了不少水渠，寧夏地方 （今銀川一帶）的漢延、唐來（左有三點水）兩渠都是長達幾百裡的古渠，分渠縱橫，灌溉田地的面積很大，是西北重要的農業基地之一。當年成吉思汗征服西夏的時候，不知道保護農業生產，兵馬到達的地方，水閘水壩都被毀壞，渠道都被填塞。張文謙巡察西夏，一方面要整頓地方行政，另一方面也想重興水利，恢復農業生產。所以他帶了擅長水利的郭守敬同行。郭守敬到了西夏，立即著手整頓。有的地方疏通舊渠，有的地方開闢新渠，又重新修建起許多水閘、水壩。當地人民久旱望水，對這樣具有切身利害關係的大事自然盡力支持。由於大家動手，這些工程竟然在幾個月之內就完工了。修完了渠，郭守敬就離開了西夏。在還京之前，他曾經逆流而上，探尋黃河的發源地。以科學考察為目的，專程來探求黃河真源的，要推郭守敬是第一個人。很可惜，郭守敬探查河源的結果沒有記載流傳下來。後來到了1280年，又有一位探險家都實奉元世祖之命專程前去考察河源。這次探索的經過記錄在一部《河源記》的專著裡，其中有著不少有價值的結果。毫無疑問，作為先驅的郭守敬考察對於都實是有相當影響的。1265年，郭守敬回到了上都。同年被任命為都水少監，協助都水監掌管河渠、堤防、橋樑、閘壩等的修治工程。1271年升任都水監。1276年都水監併入工部，他被任為工部郎中。
元朝初年沿用當年金朝的“重修大明曆”。這個曆法是1180年（金世宗大定二十年）修正頒行的。幾十年以來，誤差積累日漸顯著，發生過好幾次預推與實際現象不符的事。再一次重新修改是迫切需要的事了。至元十三年（1276年），元軍攻下了南宋首都臨安（今浙江杭州），全國統一已成定局。就在這一年，元世祖遷都大都，並且採納已死大臣劉秉忠的建議，決定改訂舊曆，頒行元朝自己的歷法。於是，元政府下令在新的京城裡組織歷局，調動了全國各地的天文學者，另修新曆。這件工作名義上以張文謙為首腦，但實際負責歷局事務和具體編算工作的是精通天文、數學的王恂。當時，王恂就想到了老同學郭守敬。雖然郭守敬擔任的官職是在水利部門，但王恂早就知道他長於製造儀器和通曉天文，因此就推薦他參加修歷。太史局由王珣負責，郭守敬輔助，太史局學術上則由王恂主要負責推算，郭守敬主要負責製造儀器和實際觀測。從此，郭守敬的科學活動史又揭開了新的一頁，他在天文學領域裡發揮了高度的才能。至元十五年（或十六年），太史局改稱太史院，王恂任太史令，郭守敬為同知太史院事，建立天文臺。當時，有楊恭懿等來參予共事。
古代在曆法制定工作中所要求的天文觀測，主要是兩類。一類是測定二十四節氣，特別是冬至和夏至的確切時刻；用的儀器是圭表。一類是測定天體在天球上的位置，應用的主要工具是渾儀。郭守敬認為“歷之本在於測驗，測驗之器莫先儀表”。 圭表是我國創制最古老、使用最熟悉的一種天文儀器，但表影邊緣不清晰、測量影長的技術不夠精密，再者，圭表只能觀測日影，不能觀測星影和月影。郭守敬分析了傳統圭表測影造成誤差的原因後，首先把圭表的表竿加高到5倍，使之成為高表；其次，他創造了一個叫做“景符”的儀器，使照在圭表上的日光通過一個小孔，再射到圭面，那陰影的邊緣就很清楚，可以量取準確的影長。再其次，他還創造了一個叫做“窺幾”的儀器，使圭表在星和月的光照下也可以進行觀測。除此之外，郭守敬為修歷而設計和監製的新儀器還有：簡儀、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、日月食儀以及星晷定時儀等。其中主要的是簡儀、赤道經緯和日晷三種儀器合併歸一，用來觀察天空中的日、月、星宿的運動，改進後不受儀器上圓環陰影的影響。王恂、郭守敬等同一位尼泊爾的建築師阿你哥合作，在大都興建了一座新的天文臺，臺上就安置著郭守敬所創制的那些天文儀器。它是當時世界上設備最完善的天文臺之一。
至元十六年（1279年），郭守敬向元世祖忽必烈建議說：“唐開元年間，令南宮說天下測影，書中見者有十三處，今疆域比唐代大，若不遠方測驗，日月交食分數，時刻不同，晝夜長短不同，日月星辰去天高下不同，即日測驗人少可先南北立表取直測影”。元世祖接受了郭守敬的建議，遂派監候官十四人分道而出，在二十七個地方進行了天文觀測，在其中的6個地點，特別測定了夏至日的表影長度和晝、夜的時間長度。這些觀測的結果，都為編制全國適用的歷法提供了科學的數據。這一次天文觀測的規模之大，在世界天文學史上也是少見的，河南登封告成觀星臺就是郭守敬建的當時二十七處觀測站之一。這就是歷史上有名的” 四海測驗”。
郭守敬從上都（多倫），大都（北京）開始歷經河南陽城轉抵南海跋涉數千裡，親自參加了這一路的重要測驗。告成（古陽城），當時屬河南府（即洛陽）管轄，觀星臺的興建和觀測日影就在此時。當時，這裡觀測的結果是：河南府--陽城（即今告成）北極出地三十四度太弱。郭守敬根據“四海測驗”的結果，並參考了一千多年的天文資料，七十多種曆法，互相印正對比，排除了子午線日月五星和人間吉凶相連的迷信色彩，按照日月五星在太空運行的自然規律，在至元十七年（1280年），編製成了新曆法，按照“敬授民時”的古語，取名《授時歷》。《授時歷》推算出的一個迴歸年為365.2425日，即三百六十五天五時四十九分十二秒，與地球繞太陽公轉的實際時間，只差二十六秒，和現在世界上通用的《格里高利曆》（俗稱的陽曆）的週期一樣，但《格里高利曆》是1582年（明萬曆十年）開始使用，比郭守敬的《授時歷》晚三百多年，在國際上產生了一定的影響。
《授時歷》是中國古代一部很精良的歷法。王恂、郭守敬等人曾研究分析漢代以來的四十多家曆法，吸取各歷之長，採取理論與實踐相結合的科學態度，取得許多重要成就。第一，廢除了過去許多不合理、不必要的計算方法，例如避免用很複雜的分數來表示一個天文數據的尾數部分，改用十進小數等。第二，創立了幾種新的算法，例如三差內插內式及合於球面三角法的計算公式等。第三，總結了前人的成果，使用了一些較進步的數據，例如採用南宋楊忠輔所定的迴歸年，以一年為365.2425日，與現行公曆的平均一年時間長度完全一致。《授時歷》是1281年頒行的；現行公曆卻是到1576年才由意大利人利里奧提出來。《授時歷》確是我國古代一部很進步的歷法。郭守敬把這部曆法最後寫成定稿，流傳到後世，把許多先進的科學成就傳授給後人，這件工作，就稱得起是郭守敬的一個大功。
至元二十三年（1282年），郭守敬遷升太史令，仍繼續天文觀測和天文學的研究及著述工作。晚年時，郭守敬又轉向水利工作，至元三十八年春（1291年）春，任都水監，他建議同北京至通縣開挖一條新運河和大運河相連，以解決從南方至北京的水路運糧問題。當時元朝政府從南方調運大批糧食到北京，大運河是南北交通的重要水路。但大運河只通到通縣，從通縣到北京，全靠陸路運輸。在陰雨連綿的季節，人畜的疾病死亡和糧食黴爛糟踏非常嚴重，使元朝統治者最感棘手，郭守敬提出開挖大運河的建議，很快就被元世祖採納，並下令馬上動工，宰相以下的文武百官都參加了開工典禮，郭守敬擔任了總工程負責人。郭守敬根據北京附近的地勢西北高的特點，把昌平縣北的白浮村神仙泉的水導入昆明湖，再引進城裡的什剎海，然後流入運河，在這段運河中設置一些提壩和可以升降閘門來調節水量，使大船通行，這是郭守敬在水利工程上的創造性的設計，全部工程一年完成，定名通惠河，郭守敬兼提調通惠河漕運之事。通惠河通行後，從南方運糧可直達北京，對發展南北交通和漕運事業起了很大的作用。至元三十一年（公元一二九四年），郭守敬拜文館大學士兼知太史院事，大德二年（公元一二九八年），元成祖鐵穆耳在上都會見郭守敬議論開挖鐵鐳竿渠的事情，郭守敬說：“山水頻年下，非大為渠堰廣五十步不可”。其它執政人員齊於工費，認為郭守敬的話說過了頭，縮其廣度三分之一，第二年大雨，山水注下，渠堰不能容，漂沒人畜廬賬幾犯行殿，元成祖後悔的對宰臣們說：" 郭太史神人也，惜其言不用耳"。可見郭守敬在水利方面也有著很深的造詣。在數學方面，郭守敬創造了計算球面三角形的算法和平立定三差法，是一種高等級算法，在世界數學史上還是開創了先例的。
總之，郭守敬編著天文書籍一百多卷，創制儀器儀表十七八種；邢州治水初露鋒芒；大都（北京）治水，使元后歷代國都興建於此；西夏（今甘肅、寧夏一帶）治水，黃河探源，為民造福深遠，為之立祠於河渠之上。他是傑出的天文學家，也是卓越貢獻的水利專家，既是成績優異的數學專家，又是具有獨特精神的儀器製造專家。他這幾個方面的成就，在當時科壇居世界首位，領先世界水平三五百年。1303年，郭守敬已經七十二歲，成宗發佈命令：“凡七十二歲的官員都去職返里，唯獨郭守敬以純德實學，為世師法繼續留任”。1316年，郭守敬因病去世享年86歲，李約瑟和中國人民都稱讚他是最偉大的天文學家。為了紀念這位中國有名、世界有名、天上也有名的偉大科學家。1962年，我國郵電部發行了繪有郭守敬半身像與簡儀兩枚紀念郵票。1981年國際天文學會在北京召開會議，隆重紀念郭守敬誕辰750週年，國際天文學會，將美國在月球上發現的一座環形山命名為“郭守敬山”。1977年，經國際小行星研究會批准中國科學院紫金山天文臺把他在1964年發現的編號為2012號小行星，正式命名為“郭守敬星”。
