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四海测验

元代科学家郭守敬等发起并组织的大规模全国天文测量。从1279年开始,在当时的元朝疆域之内27个地点进行。与现代值相比,平均误差在0.2°至0.35°之间,有两处则与现代值完全相等。这次四海测验,为编制《授时历》奠定了基础。

公元1279年(至元十六年),元朝天文学家郭守敬(1231-1316)为同知太史院事时,向元世祖忽必烈提出在全国范围进行大规模天文测量的建议。他指出唐朝开元年间天文学家僧一行曾命令南宫说带领一组人员,在全国13处观测点进行天文测量,现今元代的疆域比唐代还大,若不分赴各地进行实测,就不能了解日月食的时刻和食分数,各地昼夜长短的差距,日月星辰在天球上的位置等等,忽必烈听后非常赞同,并马上批准实施。由此四海大测验拉开帷幕。(“唐开元年间,令南宫说天下测影,书中见者有十三处,今疆域比唐代大,若不远方测验,日月交食分数,时刻不同,昼夜长短不同,日月星辰去天高下不同,即日测验人少可先南北立表取直测影。) [2]

郭守敬在四海测验期间,亲自主持建造了河南登封观星台,现已被列入国家重点文物保护单位。观星台,是按登封观星台1:1的比例仿建的。它由两部分组成,一是梯台体建筑,二是由台身北壁凹槽向北平铺于地的石圭。梯台体建筑高8.9米,连台顶观测室通高11.96米,台底东西长16.85米,南北长16.37米,台顶东西长8.05米,南北长7.55米。台顶可放置天文仪器,如简仪、仰仪等,以观测日、月、星辰。两观测室之间水平放置一根长1.97米,直径为0.08米的铜棒,又叫横梁。横梁下方有一石圭,长31.39米,宽0.53米,高出地面0.4米,由36块青石拼接而成。圭面有刻度,因而石圭又叫量天尺。石圭、凹槽、横梁组成圭表,可以观测日影。中午太阳升到上中天,也就是正南方时,横梁影子就投在圭面上某一刻度。连续观测横梁影子的长度,就可以推算出回归年长度和二十四节气时刻等。当年,郭守敬就是用这种测量方法测定出一回归年长度为365.2425日。 [3]

元初的天文仪器,都是时期遗留下来的,已破旧的不能使用了。郭守敬就在原仪器的基础上进行改制,并在实践中重新设计,在3年的时间里,改制和重新创造了十多种天文仪器。其中主要的是简仪、赤道经纬和日晷三种仪器合并归一,用来观察天空中的日、月、星宿的运动,改进后不受仪器上圆环阴影的影响。高表与景符是一组测量日影的仪器,是郭守敬的创新,把过去的八尺改为四丈高表,表上架设横梁,石圭上放置景符透影和景符上的日影重合时,即当地日中时刻,用这种仪器测得的是日心之影,较前测得的日边之影精密得多,这是一个很大的改进。 [4]

郭守敬主持的四海测验,在全国各地设立了27个观测站,东起朝鲜半岛,西至川滇和河西走廊,北到西伯利亚,其测量内容之多,地域之广,精度之高,参加人员之众,在我国历史上乃至世界天文史上都是空前的,比西方进行同样的大地测量早了620年。 [5]

据史书记载:“设监侯官一十四员,分道而出,东至高丽,西极滇池,南逾朱崖,北尽铁勒,四海测验,凡二十七所。 ” [6]

元世祖接受了郭守敬的建议,遂派监候官14人分道而出,在27个地方进行了天文观测,告成观星台就是当时27处观测站之一,这就是历史上有名的“四海测验”。郭守敬从上都多伦),大都北京)开始历经河南转抵南海跋涉数千里,亲自参加了这一路的重要测验。告成(古阳城),当时属河南府(即洛阳)管辖,观星台的兴建和观测日影就在此时。当时,这里观测的结果是:河南府阳城(即今告成)北极出地34度太弱,见《元史天文志》。 [4]

观测点

现代对应的地点

元测纬度

现测纬度

南海

西沙及中沙群岛以南或东南

15

衡岳

湖南衡阳衡山附近

24.6

岳台

河南开封市区西部宋浚仪县岳台坊

34.5

和林

蒙古国乌兰巴托西南鄂尔浑河上游右岸额尔德尼桑图附近喀拉和林

44.4

铁勒

俄罗斯贝加尔河西部叶尼塞河上游安加拉河一带

54.2

北海

俄罗斯西伯利亚中部通古斯卡河一带

64.1

大都

北京市

40.2

39.9

上都

内蒙古自治区正蓝旗闪电河北岸兆乃曼苏默

42.6

42.4

北京

内蒙古自治区宁城县西北大明城

41.5

41.6

益都

山东省益都县

36.7

36.7

登州

山东省蓬莱

37.7

37.8

高丽

朝鲜开城

37.7

西京

山西大同

39.7

40.1

太原

山西太原

37.7

37.8

安西府

陕西西安

34.1

34.3

兴元

陕西汉中

33.1

33.1

成都

四川成都

31.1

30.7

西凉州

甘肃武威

39.5

东平

山东东平

35.2

35.9

大名

河北大名东

35.5

36.3

南京

河南开封

34.3

34.8

阳城

河南登封告成镇之北

34.2

34.4

扬州

江苏扬州

32.5

32.4

鄂州

湖北武汉市武昌

31.1

30.5

吉州

江西吉安

26.1

27.1

雷州

广东海康

20.5

20.9

琼州

广东海口南琼山

19.5

20

[7]

郭守敬根据“四海测验”的结果,并参考了1000多年的天文资料,70多种历法,互相印正对比,排除了子午线日月五星和人间吉凶相连的迷信色彩,按照日月五星在太空运行的自然规律,在公元1280年(至元十七年),编制成了新历法《授时历》。《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天,即365天5时49分12秒,与地球绕太阳公转的实际时间,只差26秒,和现在世界上通用的《格里高利历》(俗称的阳历)的周期一样,但《格里高利历》是1582年(明万历十年)开始使用,比郭守敬的《授时历》晚300多年,在国际上产生了一定的影响。 [4]

中国元朝元世祖于公元1279年(至元十六年)三月二十日命天文学家郭守敬进行地理测量行动“四海测验”,郭守敬亲自登陆的南海测点为黄岩岛及附近诸岛,测量结果在《元史.天文志.四海测验》中有详细记载,创世界纪录协会世界最早对黄岩岛进行地理测量的政府世界纪录 [10]

正如《元史天文志》所说:“是亦古人之所未及为者也。” [11]

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