附錄三 元朝的科技發展

  一、科學家郭守敬

  郭守敬，字若思，河北人，生於1231年。郭守敬的家學很深，他的祖父郭榮精通數學和水利。在這樣的環境中，郭守敬自小耳濡目染，自然會對科學感興趣。他曾經自己動手做過一些小的天文儀器，受到了他祖父的喜愛。郭榮把他送到精通天文、地理、數學的老朋友劉秉忠那裡去學習，這使郭守敬的學業有了更大的長進。

  元朝統一華夏大地後，使用的曆法是《大明曆》。可《大明曆》已經用了700多年了，誤差很大，這就促使元朝政府要組編一套新的曆法。南宋滅亡後，忽必烈開始進行這項工作。1276年，郭守敬被調到太史局，和王恂一起負責編制新曆。

  修歷的過程中，郭守敬十分注重實踐，他提出了：「歷之本在於測驗，而測驗之器莫先於儀表。」所以，郭守敬首先集中精力對舊有的儀器做了仔細檢查，後和工匠一起研製了近20種新的天文儀器，其中最主要的有簡儀、仰儀、圭表以及和它配合使用的景符等儀表。

  「簡儀」是郭守敬對天文學的一大貢獻。他在渾天儀的基礎上，針對渾天儀存在的缺點進行了革新改造。經他改造後的天文儀器，再不會發生因為圓環數過多而遮掩尾體的現象，所測得的二十八宿星的位置也更加準確了。由於這一儀器既精確又簡單，故也稱其為「簡儀」。簡儀的結構與現代的「天圖式望遠鏡」基本上是一致的，被後人譽為「臻於精妙」的天文儀器。在歐洲，像這樣結構的天文儀器，直到18世紀才從英國流傳開來。

  郭守敬製作的這些儀器都有實用、簡便、靈巧、精確的特點。這就為他製作精確的曆法提供了必要的物質條件。郭守敬等人根據大量觀測資料，仔細研究了自西漢以來的70種曆法，經過精密的測算後終於編制出了新曆法——《授時曆》。

  《授時曆》以365.2425天作為一回歸年，如果以小時計算，是365天5小時49分12秒，與地球繞太陽公轉一周的實際時間只差26秒，經過3320年後才相差一日，跟目前國際通用的公曆完全相同。1670年，英國天文學家格列高里才對招差術作了在歐洲的首次發表，而《授時曆》應用招差術推算太陽、月亮以及五星逐日運行的情況，早於歐洲400年。總之，《授時曆》是當時的一部先進的曆法書。1281年起，《授時曆》開始在全國頒布實行，使用時間長達363年，是中國古代的一部精密曆法。

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  郭守敬在水利工程上也取得了突出的成就。1260年，郭守敬奉忽必烈之命巡視大名（今河北省西南部和河南省東北部地區），負責水利建設。

  郭守敬利用業餘時間帶著工匠，親自動手仿製了一台銅質的蓮花漏。他將蓮花漏獻給了忽必烈，同時提出了六條建設水利工程的建議。於是，忽必烈讓他負責各路河渠的整修管理事務。1264年，郭守敬隨張文謙先後到達陝西、甘肅、寧夏等地區，修復了唐來、漢延兩條古渠。1275年，郭守敬又奉命勘測黃淮平原地形和通航水路，同時建立了水上交通站。在方圓幾百里內進行了地形測繪和水利規劃工作，他對於何地可以分流控制水勢，何處可以灌溉農田，都進行了詳細說明，並畫成了地圖。繪圖過程中，他以海平面作為標準，初步運用地理學和測量學中的重要概念——「海拔」。

  郭守敬在水利方面的最大貢獻是開鑿從大都到通州段的運河——通惠河。1291年，郭守敬提出了興修大都運糧河等11條水利建議。得到批准後，郭守敬於第二年以太史令兼領都水監事主持了這項工作。通惠河全長160里，僅用一年半就全部完工，京杭大運河至此全部完成，從南方駛來的運糧船可以直達北京了。

  可以說，郭守敬是13世紀世界上最傑出的科學家之一，他在天文學、水利工程、地理學、數學和機械工程等方面在當時都是首屈一指。