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郭守敬发明了什么


发布日期:2019-06-28 11:06   来源:未知   阅读:

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  元初的天文仪器,大部分都是宋、金时期遗留下来的,仪器破旧已经影响到了精确度。因此郭守敬在原仪器的基础上进行改制,并在实践中重新设计。在三年的时间里,郭守敬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结合利用,用来观察天空中的日、月、星宿的运动,改进后的仪器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更加精密,这是时刻仪器上一个很大的改进。

  简仪,是元代汉族天文学家郭守敬于公元1276年创制的一种测量天体位置的仪器。因将结构繁复的唐宋浑仪加以革新简化而成,故称简仪。简仪的创制,是中国天文仪器制造史上的一大飞跃,是当时世界上的一项先进技术。欧洲直到三百多年之后的1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。

  郭守敬(1231-1316),字若思,元朝著名的天文学家、数学家、水利专家。汉族,顺德邢台(邢台市邢台县)人。生于元太宗三年,卒于元仁宗延佑三年。郭守敬曾担任都水监,负责修治元大都至通州的运河。1276年郭守敬修订新历法,经4年时间制订出《授时历》,通行360多年。是当时世界上最先进的一种历法。1291年1月26日,元世祖根据郭守敬的建议,引大都西北的诸泉水,在金国原来运粮河的基础上重加修凿,东至通州入白河,全长164里,建坝湖11处,计20座。取名“通惠河”。1981年,为纪念郭守敬诞辰750周年,国际天文学会以他的名字为月球上的一座环形山命名。

  他的一生主要是从事科学研究工作,在科学活动中,他精心观察客观事物的特点,从中掌据它们的发展规律;他能很好地发现和总结劳动人民的发明创造,从具体实践中得到运用和提高;他善于从别人的经验教训中吸取有用的东西,取长补短,使自已的科学研究事业逐渐趋于完善。但是,他从不满足前人的现成经验,敢于大胆探索,富有创新精神。由于他孜孜不倦、刻苦钻研、勤奋实干,所以在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就。

  郭守敬编出了《授时历》,为了编历,他一直就创制和改进了高表、候极仪、简仪、浑天象、立运仪、景符、仰仪、窥几等十几件天文仪器仪表,而且费时很久。结果在研究完成之后,现在为了纪念郭守敬的功绩,人们将月球表面的一环形山命名为“郭守敬环形山”,让这颗小行星2012命名为“郭守敬小行星”。不仅是这本历法,在太史令王恂去世之后,郭守敬接管太史院,有编了《推步》、《立成》、《仪象法式》等书。

  郭守敬参与制定的《授时历》除了在天文数据上的进步之外,在计算方法方面也有重大的创造和革新。主要特点有:

  废除上元积年:改用至元十八年(1281年)天正冬至(即至元十八年开始之前的那个冬至时刻,实际上在至元十七年内)为其主要起算点。其他各种天文周期的历元,均推算出与该冬至时刻的差距,称为相关的“应”。由此形成一个天文常数系统。在这个天文常数系统中,《授时历》提出了七应(气应、转应、闰应、交应、周应、合应、历应)。

  以万分为日法:古代的天文数据都以分数形式来表示。但这种分数方式难以立即比较数值的大小,在历法计算中又需作繁杂的通分运算,很不方便,而且随着天文数据测定的进步,古人实际上已逐渐明白,无法用一个分数来完全准确地表达这个数据的值。因此,从唐代开始就有人企图打破分数表达法的传统。南宫说于唐中宗神龙元年(705年)编的《神龙历》即以百进制为天文数据的基础。曹士蒍于唐德宗建中年间(780年—783年)编的《符天历》更明确提出以万分为日法。但《神龙历》未获颁行。《符天历》只行于民间,被官方天文学家贬称为小历。到《授时历》中始以宏大的革新精神,断然采用以万分为日法的制度,使天文数据的表达方式走上了简洁合理的道路。

  发明正确的处理三次差内插法方法:自隋代刘焯以来,天文学家使用二次差内插法来计算日、月等各种非均速的天体运动。但实际上唐代天文学家已发现,许多运动用二次差来计算是不够精确的,必须用到三次差,但关于三次差内插公式却一直没有找到,只能用一些近似公式来代替。《授时历》发明了称之为招差法的方法,解决了这个三百多年未能解决的难题。而且,招差法从原理上来说,可以推广到任意高次差的内插法,这在数据处理和计算数学上是个很大的进步。

  发明弧矢割圆术:天文学上有所谓黄道坐标、赤道坐标、白道坐标等等的球面坐标系统。现代天文学家运用球面三角学可以很容易地将一个坐标系统中的数据换算到另一个系统中去。中国古代没有球面三角学,古人是采用近似的代数计算方法来解决问题的。《授时历》采用的弧矢割圆术,将各种球面上的弧段投射到某个平面上,利用传统的勾股公式,求解这些投影线段之间的关系。再利用宋代沈括发明的会圆术公式,由线段反求出弧段长股关系的方法是完全准确的。它们与现今的球面三角学公式在本质上是一致的。

  以上这些计算方法上的成就,主要应当归功于王恂,但是,其他学者也为此付出了劳动。特别由于郭守敬是《授时历》的最后整理定稿者,使这些突出的天文学、数学成就得彰后世,故其功不可没。

  郭守敬(1231-1316),中国元朝的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。字若思,汉族,顺德邢台(今河北邢台)人。生于元太宗三年,卒于元仁宗延祐二年。郭守敬曾担任都水监,负责修治元大都至通州的运河。1276年郭守敬修订新历法,经4年时间制订出《授时历》,通行360多年。是当时世界上最先进的一种历法。1981年,为纪念郭守敬诞辰750周年,国际天文学会以他的名字为月球上的一座环形山命名。