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陈锐军
结缘天文 一生创造22种天文仪器
郭守敬是以善修水利闻名的。又是什么机缘，让他成为一位伟大的天文学家呢？
其实，这份机缘同样和紫金山密不可分。当年祖父带他在紫金山拜刘秉忠为师的另一个重要的收获，就是在这里结识了一位好友王恂。王恂后来也成长为一位杰出的数学家和天文学家。他比郭守敬小四五岁，这一对好朋友能在天文历法工作中亲密合作，作出卓越贡献，和当年紫金山结下的深厚友谊，有着直接关联。
正当郭守敬在兴修水利方面大放异彩的时候，同样在朝为官的王恂也刚好接到一份重要使命——修改历法。“一个好汉三个帮”，要做好这件事情，王恂急需一个默契的合作伙伴。他首先想到的，就是当年同在紫金山求学的郭守敬。
时代背景是这样的：公元1276年，元军攻下了南宋首都临安（今浙江杭州）。同年元世祖迁都到大都，此时刘秉忠已去世两年，但是他的影响力仍在延续。刘秉忠不仅为元王朝建立了一系列政治制度，而且元大都的规划和修建，都是他以《周礼·考工纪》关于都城建设为指导思想进行的，甚至元朝的国号也是出自刘秉忠的建议。刘秉忠享有“大元帝国的设计师”之美誉。迁都之后，元世祖坚持采纳已故重臣刘秉忠的建议，决定改订旧历法，颁行元王朝自己的历法，并下令在元大都组织历局，调动了全国各地的天文学者，另修新历法。
此项工作由郭守敬的第二个恩师张文谦总负责，而实际负责历局事务和具体编算工作的恰巧是精通天文、数学的王恂。组织工作班子，必须有得力干将，于是毫无悬念，王恂立刻就想到了老同学郭守敬。虽然郭守敬此前担任的官职一直是在水利部门，但他长于制器，通天文晓地理，王恂对此了如指掌。举贤不避亲，于是郭守敬就由王恂推荐参加朝廷的修历工作，奉命制造仪器，进行实际观测。自此，紫金山五杰的重要成员再度聚首，郭守敬迎来了事业的另一片天地，在科学活动史上又揭开新的一章，他也就有机会在天文学领域里发挥出自己的卓越才华。
郭守敬在天文学领域最早的也是影响最深远的，就体现在天文仪器制作方面。在当时生产力还比较低下，信息相对闭塞的条件下，郭守敬一生创制了22种天文仪器，而且绝大多数都是前所未有的原创作品。他在浑仪基础上创制的简仪，是一种完全崭新的天体位置测量仪器，有效克服了传统浑仪环圈繁多、运转不便、遮蔽天体等缺点。其安装方式居然等同于现代望远镜的赤道式安装，所不同的就是当时的窥管还没有使用望远镜镜片。简仪还使用了滚动轴承，这不仅在中国，在世界上都是首创。
此间郭守敬一次次脑洞大开，开创了天文仪器大型化的先河。他把传统的圭表高度从8尺增至4丈，这样一来就大大提高了影长的测量精度，能够准确确定冬至点的时刻，为制定精良的历法奠定了坚实的观测基础。
探索创新 发明创造影响世界
元朝颁布的《授时历》是中国古代历法的一个高峰。清代阮元在《畴人传》中说：《授时历》是自汉以来，“为术七十余家，莫之伦比也”，《授时历》采用的天文常数达到了前所未有的精度，回归年长度采用的是365.2425日，与现行的公历完全相同——这个精确度和我们今天世界通行的《格里高利历》仅相差了20多秒，却比西方早了三百年；所定的黄赤交角度数也与现代计算误差极小。而《授时历》正是郭守敬与王恂这一对紫金山好友联袂之作。500年后，法国天文学家拉普拉斯（1749—1827年）正是采用了郭守敬的测定值，来验证他的天体力学理论中关于黄赤交角缓慢变小的观点。《授时历》在天文计算方法上也有许多创新，用三次内插法计算日、月、五星运动，用类似球面三角的方法进行黄道——赤道坐标系统的换算。
《授时历》有着坚实的天文测量基础和大数据支撑。公元1276年6月至公元1280年2月间，郭守敬参与组织了“四海测验”，和许衡、王恂、杨恭懿等人一起，组织多支天文大地测量队伍，在东西六千余里，南北长一万一千余里的广阔地带，建立了27所测验站点进行实测。此行东至朝鲜，西抵川滇，北及西伯利亚，南至越南，进行北极出地高度、晷影和昼夜时刻测量。他亲自率领人员从南海至北海，在27个地点测量，测量得出各地的北极高度的平均误差为0.35度。组织此等规模的子午线大地测量，在当时世界上是绝无仅有的，堪称世界奇迹。
郭守敬在恒星测量方面不仅精益求精，还敢于探索和创新。他不仅能测量传统的比较明亮的恒星，而且还自制仪器，测量了很多不太亮的恒星和传统中没有星名的小星。从某种意义上来说，郭守敬是设计并组织“深空”观测的鼻祖，天文学发展到今天，现在建造越来越大的望远镜，其目的就是为了能看得到更远、更暗的天体。
郭守敬在天文学研究上展现出一种可贵的科学精神，就是精于实测、富于积累、敢于创新、挑战当时最重大的天文学问题，探索永无止境。
制定精良的历法必须测出精准的冬至点时刻。郭守敬为了解决这个问题就先后发明了高表、窥几和景符等多种仪器。为确定冬至时刻，郭守敬用了三年的时间，在冬至日前后进行了200多次影长测量。经他精准测量而确定的冬至时刻与实际值之差能控制在1刻以下，这在古代可是非常了不起的成就了，可郭守敬并不满足。在完成《授时历》之后，他又花了很多时间，组织开展“候气”实验。按当时之宇宙论，整个宇宙是有音律的，而二十四节气是天地之气的节律。真正的冬至时刻必须是宇宙之气达到了一种特殊的状态，能与冬至的律管“黄钟”产生共鸣。“候气”实验就是为了确定那真正的时间原点，探索最根本的宇宙学问题。这样的科学探索境界和精神，真可谓无比崇高。这与将近800年之后的今天，我们用超级望远镜寻找暗物质、暗能量，探索宇宙的起源，有着异曲同工之妙。这种自紫金山发源、经不断修炼形成的探索精神，穿越时空及至今天，依然有着令人震撼的时代意义。
《授时历》一经颁布就被一衣带水的近邻朝鲜所接受，在朝鲜实际运行了近400年。李朝在世宗时期（1418—1450年）大量引进中国天文学知识，模仿制造郭守敬的天文仪器，并因此而产生了自击漏等许多重要发明，郭守敬的天文学成就，滋润了整个世界。
英国著名科学史家李约瑟说：“对于广泛用于现代望远镜的赤道装置而言，郭守敬的简仪是当之无愧的先驱”“郭守敬是中国科学史上最杰出的人物”。我国著名天文学家王缓琯说:“中国天文学在同时代天文成就中占据的高度，至今还没有超过郭守敬曾攀登到的高峰。”著名当代天文史学家薄树人无比感慨地说：“郭守敬作为中国古代最杰出的科学家之一，我们今天无论如何评价都不为过。”而国际天文学联合会，则用一种特殊的方式，表达了对郭守敬的敬重：1970年，月球上一座环形山被命名为“郭守敬”；1978年，第2012号小行星被命名为“郭守敬”。2004年底，投资2.35亿元人民币，用时7年建成的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，在中国科学院北京天文台兴隆观测站正式开光观测。它的建成，标志着我国天文学在大规模光学光谱观测中，在大视场天文学研究上，居于国际领先的地位。中国科学院国家天文台为了纪念郭守敬这位先驱的贡献，在2009年，将“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”正式命名为“郭守敬望远镜”。
紫金山观星台悬崖拐弯处，挺立着的一棵青冈树，传说这棵树就是当年刘秉忠、郭守敬他们亲手栽种的。这棵承载着满满历史记忆的树，树身粗壮，仨人合抱都抱不住。它造型奇特，浓绿树冠高高托起，大树撑起的绿荫足以让几十个人享受清凉。
郭守敬所作的贡献远远不止于此，他在北京中轴线确立和北京城水系的规划与建设，在大运河的贯通及北京通惠河建设等方面的贡献，还有很多感人的故事。他为了这个世界，毕生奉献给了人民，他就像紫金山那棵当年亲手栽种的大树，用他的荫凉继续福泽这个世界。
（本版图片由作者提供）