獻身科學 造福百姓——郭守敬

一、勤奮好學與治理家鄉(xiāng)水患

1231年，郭守敬出生在邢州西北三十里的地方的郭村。郭守敬從小是跟祖父郭榮生長大的。郭守敬的祖父郭榮，號鴛水翁，是一位精通四書五經(jīng)的儒者，并兼通天文、歷法、數(shù)學與水利之學。郭守敬自幼聰穎好學，虛心求教，深受祖父的熏陶與教誨，漸得其傳。

第一件事是；郭守敬年十五、六歲時，得到了一幅北宋科學家燕肅的蓮花漏的拓片，便能依照圖片將其原理說清楚，又能依圖復原制造出蓮花漏模型來。蓮花漏的結(jié)構(gòu)原理較為復雜，對一般成年人來說，只憑一張圖想弄清其中的道理絕非易事。而少年的郭守敬卻能“盡究其理”，憑借平日里對有孔容器水流狀況的細心觀察，并由之得到的水位高低和流量大小內(nèi)在規(guī)律的感知，也憑借他對圖的理解與很強的形象思維能力，才得以實現(xiàn)。1260年郭守敬隨中書左丞張文謙巡視大名時，仿照蓮花漏用銅制造了一套漏壺，更名“寶山漏”，1262年3月1日，運到燕京，放置在靈臺上作為國家標準的計時儀器。

第二件事是：郭守敬又得《尚書璇璣圖》，規(guī)竹篾為儀，積土為臺，以望二十八宿及諸大星。所謂《尚書璇璣圖》，也就是渾儀圖。渾儀有著悠久的歷史，傳統(tǒng)渾儀的發(fā)明始自漢代，是我國傳統(tǒng)用于測量天體位置的儀器。共有八九個圓環(huán)，組成了地平坐標系統(tǒng)、赤道坐標系統(tǒng)和黃道坐標系統(tǒng)。各環(huán)間的相對位置是固定的，但其整體可繞儀器的極軸東西旋轉(zhuǎn)，來觀測天象。郭守敬對這些圈環(huán)因陋就簡，就地取材用竹篾編成，并依照渾儀圖所示的構(gòu)造模式，制成了一座雖簡易但可使用的渾儀。為了擴大視野，郭守敬將所制的竹渾儀安置在土臺之上，用以觀測中國古代傳統(tǒng)的特定星座二十八諸星以及以外其他亮星。郭守敬自制的竹渾儀，雖然簡陋，應(yīng)該說渾儀之作較蓮花漏之作要復雜和困難的多。

隨著郭守敬的逐漸長大，祖父的知識已無法滿足他的求知欲望。為了得到進一步深造，他來到百里之遙的邢西紫金山，拜爺爺?shù)暮糜褎⒈覟閹熇^續(xù)深造。后來，他們先后進入元朝為官，成為元朝著名的政治家、軍事家和科學家，被譽為“紫金山五杰”。

當時，邢州（今河北省邢臺市）城北有三條河流。南邊一條最大的叫潦水，河渠水道無人管理，河水破堤而出，四處彌漫。此面有兩條小河，一條達活泉，一條野狐泉。在漫流的泥沙堆積下，淤塞不堪，就連通往南北的達活泉石橋也被埋沒在泥沙之中。給南北交通和百姓的生活帶來了極大地不便。于是，地方官張耕、劉肅決定治理三水。地方官走訪家鄉(xiāng)的百姓，最后選定了年僅只有20歲的郭守敬來借此重任。

年輕的郭守敬接此重任后，走路到城北現(xiàn)場，相度地形地貌，考察經(jīng)流的來跡渠脈，并向當?shù)馗咐相l(xiāng)親調(diào)查請教。郭守敬在查勘之后，按照水位、流量和灌溉需要的條件，進行了綜合治理設(shè)計方案的工作。郭守敬在張耕、劉肅的的大力支持下，親率民工400余人挖河建壩，民工們在郭守敬指定建橋的地方，竟挖出了已沉沒于地下30余年的達活泉的石橋遺跡。由于郭守敬年測算準確、設(shè)計合理，這一工程僅用了40天的時間，就順利完工。治理后的三條河流個順其道，百姓們得到了灌溉之利、行路之便。家鄉(xiāng)百姓都稱贊郭守敬為家鄉(xiāng)辦了一件大好事。金末元初著名的文學家元好問，為此寫了一篇文章，叫做《邢州新石橋記》，記下了郭守敬在邢州治水工程上初露頭角便顯崢嶸的業(yè)績。

二、面陳水利六事與西夏治水

1260年，中書左丞張文謙將“習知水利，巧思絕人”的郭守敬推薦給了元世祖忽必烈。1262年的8月忽必烈在上都便殿召見了郭守敬。郭守敬向忽必烈提出了華北六項水利工程建議。這些水利工程建議中，除第一項是解決中都（北京）漕運問題外，其它五項均是興修水利、灌溉農(nóng)田的問題，其中有兩項涉及到郭守敬的家鄉(xiāng)邢州。郭守敬每奏一項，忽必烈都點頭稱贊。最后感慨地對左右大臣說：“任事者如此人，不為素餐矣！”當即任命郭守敬為提舉諸路河渠，負責各路水利工程。自此，郭守敬憑著自己的真材實學步入仕途。

1264年，郭守敬隨張文謙行省西夏（甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古部分地區(qū)），治理西夏的瀕河諸渠。由于蒙夏時期的長期戰(zhàn)爭，河道淤塞，堤毀壩壞，使富庶的塞上江南變成了滿目蒼涼的不毛之地。

郭守敬到達西夏多次深入各地視察舊河道，走訪了當?shù)匕傩?，掌握了大量實地考察資料，提出了“因舊謀新，更立閘堰”，在不到一年的時間里，郭守敬帶領(lǐng)西夏百姓修復了長達400余里的唐來渠和250余里的漢延渠，以及大小支渠68條，灌溉田地90000余畝。治水工程不誤農(nóng)時，及時趕上了春播，使西夏再現(xiàn)了“塞上江南”的景象。西夏的百姓為了紀念郭守敬的公德，在唐來渠首建“郭氏祠”一座，并立碑以記其事，這也是我國古代科學家中少見的榮譽。

三、四海測驗與編制《授時歷》

元代初年，一直使用的金司天監(jiān)趙知微重修訂的《大明歷》。已有百年之久，歷法的誤差越來越大，發(fā)生了多次預(yù)報與實際天象不符的事。因此制定一部精密的歷法勢在必行。在我國古代，歷法曾是朝廷統(tǒng)治權(quán)力的一種標志。這時，忽必烈想起來劉秉忠生前提出改革歷法的的建議，于是在大都（北京）設(shè)立太史局，后改太史院，由郭守敬和王恂專門負責，郭守敬還親自為太史院選址，并主持了營建工作。

1279年，郭守敬完成了天文儀器的研制（1276-1279年），郭守敬集中精力，本著實用、簡化的原則，先后主持研制了簡儀、高表、仰儀、正方案等20多項的天文儀器。為了制定出更為精良的歷法，郭守敬向忽必烈上書建議，我元朝的疆域比唐朝要大的多，如果不進行廣泛的實際觀測，有些數(shù)據(jù)就無法確定，因此，就制定不出適合全國使用的精密歷法，要求在全國建立多處觀測站。忽必烈批準后，郭守敬主持了北盡鐵勒（今西伯利亞一葉賽河附近），南逾朱崖（即西沙群島），東至高麗（今朝鮮），西極滇池（今云南），南北長5500公里，東西寬2900公里的廣闊范圍內(nèi)，建立了27個觀測站，委派14名監(jiān)侯官分幾路出發(fā)，到各地進行天文觀測

郭守敬和王恂對各觀測站提供的大量數(shù)據(jù)加以整理，進行精密的計算，并參考歷代40余部歷法，經(jīng)過4年的努力，終于在1281年編制出一部新的歷法。元世祖忽必烈十分滿意，取《尚書堯典》中“敬授民時”的含義，命名《授時歷》。忽必烈下詔，向全國頒行《授時歷》，自1281年正月初一開始實施。《授時歷》有很多改革創(chuàng)新：根據(jù)實際觀測，重新考證了歷法上的七項重要天文數(shù)據(jù)；創(chuàng)立了新的計算方法，對日、月運動取得了五項新的數(shù)據(jù)和資料；以實測歷元，廢棄上元積年；以萬分法代替日法；改進歲實消長法。

四、重返都水監(jiān)開鑿通惠河

1285年，當宏偉的大都城建好以后，這里很快成為政治、經(jīng)濟、文化的中心，機構(gòu)林立，人口增多，每年僅糧食一項就達幾百萬石。這些糧食大部分征自南方江浙一帶，通過內(nèi)陸運河和海運，運到大都東邊的通州。當時，這些糧食只能依靠陸路運輸。路運不僅消耗大、費用高，尤其是到了秋雨連綿的季節(jié)，道路泥濘，牲畜死傷不計其數(shù)。于是在1291年郭守敬對大都地區(qū)水資源及地形進行了詳細勘察，實施了“跨流域調(diào)水”，提出了開設(shè)通州至京都漕運的宏偉計劃。這一建議深得忽必烈的贊賞。開工當天忽必烈命令“丞相以下皆親操畚鍤”到開河工地，凡遇重大問題“咸待公（郭守敬）指授而后行事。僅一年的時間便完成了如此巨大的工程，這與郭守敬周密的設(shè)計和規(guī)劃是分不開的。

當時大都海拔40米，通州海拔20米，為了解決水流落差大，能夠使運糧船只逆流進入大都城，郭守敬巧妙地在開鑿的運河上每隔十里一閘，根據(jù)需要設(shè)立雙閘和斗閘，共建24閘壩。這樣江南的漕運船只逆流過閘時，先開啟下閘，船過下閘然后并閉下閘，再緩緩開啟上閘，等上下閘水位基本相平時，漕運船只可逆流進入大都城。當元世祖忽必烈從上都返回大都時，看到積水潭上“舳艫蔽水盛況空前”欣然將郭守敬開挖的這條河渠賜名為“通惠河”。這是郭守敬在治水過程中又創(chuàng)造的一項水利史上的奇跡。通惠河一直使用到清朝末年，1901年京通鐵路修好以后，才結(jié)束了他的歷史使命，有詩人稱：“莫謂盈盈衣帶水，勝它多少犢輪辛”。現(xiàn)在的科技史界說：“正是郭守敬大都治水的成功才有了北京城近800年的定都史”。

五、古稀之年勤耕作

步入古稀之年的郭守敬沒有休息，仍就工作在治水、天文一線。為了將歷法科研的成果匯集成書，流傳后世，先后編寫了《推步》、《立成》、《月離考》等天文著作共計105卷。

1303年，元成宗鐵穆耳發(fā)布命令：“凡年滿70歲的官員都要去職返里。”當時郭守敬已73歲了，他和其他官員一樣向朝廷提出了辭職的請求，但元成宗考慮到在治水、天文方面可以代替，惟獨不準郭守敬離職，挽留他繼續(xù)留任。郭守敬被朝廷留任后，仍供職于太史院和都水監(jiān)，更加關(guān)心天文歷算、水利工程等事業(yè)。

郭守敬1316年去世，享年86歲，這位偉大的科學家走完了他光輝的一生。郭守敬去世后，他的科學思想仍對后人產(chǎn)生了深遠的影響。