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第18章 量天测地的科学家——国内外著名天文学者(2)

晚年,郭守敬致力于河工水利,兼任都水监。至元1292年到三十年,他提出并完成了自大都到通州的运河(即白浮渠和通惠河)工程。1295年,郭守敬升任昭文馆大学士兼知太史院事。他主持河工工程期间,制成一些精良的计时器。

6.僧一行

僧一行(673~727年),中国唐代著名的天文学家和佛学家,本名张遂,河北巨鹿人。生于唐高宗673年,卒于唐玄宗开元685年。

张遂的曾祖,是唐太宗李世民的功臣张公谨。张氏家族,在武则天时代已经衰微。张遂自幼刻苦学习历象和阴阳五行之学,青年时代以学识渊博闻名于长安。为避开武则天的拉拢,张遂剃度为僧,取名一行。他先后在嵩山、天台山学习佛教经典和天文数学。僧一行翻译过多种印度佛经,后成为佛教一派—密宗的领袖。

中宗神龙元年(公元705年)武则天退位后,李唐王朝多次召他回京,均被拒绝。直到开元五年(公元717年),唐玄宗李隆基派专人去接,他才回到长安。

开元九年(公元721年),由于李淳风的《麟德历》几次预报日食不准,玄宗皇帝命僧一行主持编修新历。僧一行一生中最主要的成就是编制《大衍历》,他在制造天文仪器、观测天象和主持天文大地测量方面,也颇多贡献。

制造仪器和观测。僧一行主张,在实测的基础上,编订历法。为此,首先需要有测量天体位置的仪器。他于开元九年(公元721年)率府兵曹参军梁令瓒设计黄道游仪,并制成木模。一行决定用铜铁铸造,于开元十一年(公元723年)完成。这架仪器的黄道不是固定的,可以在赤道上移位,以符合岁差现象(当时认为岁差是黄道沿赤道西退,实则相反)。

后来,僧一行和梁令瓒等又设计制造水运浑象。这个以水力推动而运转的浑象,附有报时装置,可以自动报时,称为水运浑天或开元水运浑天俯视图。僧一行等以新制的黄道游仪,观测日月五星的运动,测量一些恒星的赤道坐标和对黄道的相对位置,发现这些恒星的位置,同汉代所测结果有很大变动。

从开元十二年(公元724年)起,僧一行主持大规模的全国天文大地测量,其中以南宫说等人在河南所作的一组观测成就最大。他们在今河南省四个地方,测量了当地的北极高度,夏至日影长度,又测量了四地间的距离。经一行归算,得出了北极高度差一度,南北两地相距351里80步(唐代尺度)的结论。这实际上就是求出了地球子午线一度之长。

从开元十三年(公元725年)起,僧一行开始编写历法。经过两年时间,写成草稿,定名为《大衍历》。《大衍历》后经张说和历官陈玄景等人,整理成书。从开元730年起,根据《大衍历》编算成的每年的历书颁行全国。经过检验,《大衍历》比唐代已有的其他历法都更精密。开元734年传入日本,行用近百年。

7.张衡

张衡(78~139年),字平子,南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人,汉族。他是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献。在数学、地理、绘画和文学等方面,张衡也表现出了非凡的才能和广博的学识。

张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一。他指出,月球本身并不发光,月光其实是日光的反射。他还正确地解释了月食的成因,并且认识到,宇宙的无限性和行星运动的快慢,与距离地球远近的关系。

张衡观测记录了2500颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器—候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟,等等。

张衡共著有科学、哲学和文学著作32篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作,全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。

20世纪60年代中国著名文学家、历史学家郭沫若,对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”

张衡的另一个有杰出贡献的科学领域,是地震学。他的代表作,就是震烁古今的候风地动仪的发明。

张衡,是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及天文学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域。

为了纪念张衡的功绩,1977年,联合国天文组织,曾将太阳系中的1802号小行星,命名为“张衡星”。人们还将月球背面的一环形山,命名为“张衡环形山”,另外还有一颗为纪念中国古代伟大科学家张衡及其诞生地河南南阳的“南阳星”。国际小行星中心曾将我国天文学家于1965年12月20日发现的一颗小行星,命名为“河南星”。

8.祖冲之

祖冲之(429~500年),我国杰出的数学家、科学家。南北朝时期人,汉族,字文远。生于宋文帝公元429年,卒于齐昏侯永元500年。祖籍范阳郡遒县(今河北涞水县)。先世迁入江南,祖父掌管土木建筑,父亲学识渊博。祖冲之从小接受家传的科学知识。青年时进入华林学省,从事学术活动。一生先后担任过南徐州(今镇江市)从事史、公府参军、娄县(今昆山县东北)令、谒者仆射、长水校尉等官职。其主要贡献在数学、天文历法和机械三方面。

在数学方面,祖冲之写了《缀术》一书,被收入著名的《算经十书》中,作为唐代国子监算学课本,可惜后来失传了。祖冲之还和儿子祖暅一起,圆满地利用“牟合方盖”解决了球体积的计算问题,得到正确的球体积公式。

《隋书·律历志》留下一小段关于圆周率(π)的记载。祖冲之计算出π的真值在3.1415926(朒数)和3.1415927(盈数)之间,相当于精确到小数第7位,成为当时世界上最先进的成就。这一纪录直到15世纪,才由阿拉伯数学家卡西打破。

祖冲之还给出π的两个分数形式:22/7(约率)和355/113(密率),其中密率精确到小数第7位,在西方直到16世纪,才由荷兰数学家奥托重新发现。

在天文历法方面,祖冲之创制了《大明历》。最早将岁差引进历法;采用了391年加144个闰月的新闰周;首次精密测出,交点月日数(27.21223),回归年日数(365.2428)等数据,还发明了用圭表测量冬至前后若干天的正午太阳影长,以定冬至时刻的方法。

在机械学方面,祖冲之设计制造过水碓磨、铜制机件传动的指南车、千里船、定时器,等等。他不仅是一位杰出的数学家和天文学家,而且还是一位杰出的机械专家。

此外,他在音律、文学、考据方面也有造诣。他精通音律,擅长下棋,著作有《释论语》、《释孝经》、《易义》、《老子义》、《庄子义》及小说《述异记》等,可惜这些作品早已遗失。祖冲之是历史上少有的博学多才的人物。

为纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”,将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。

9.沈括

沈括(1031~1095年),字存中,北宋杭州钱塘县(今浙江杭州)人,汉族。北宋科学家、政治家。一岁时南迁至福建的武夷山、建阳一代,后隐居于福建的尤溪一带。仁宗嘉祐八年(公元1063年)考取进士,神宗时参与王安石变法运动。熙宁五年(公元1072年)担任提举司天监,次年赴两浙考察水利、差役。熙宁八年(公元1075年)出使辽国,驳斥辽的争地要求。次年任翰林学士,权三司使,整顿陕西盐政。后任延州(今陕西延安)知州,加强对西夏的防御力度。元丰五年(1082年)因为宋军于永乐城之战中,为西夏所败,连累被贬。晚年以平生见闻,在镇江梦溪园,撰写了笔记体巨著《梦溪笔谈》。

沈括的科学成就表现在多方面。他精研天文,所提倡的新历法与今天的阳历相似。在物理学方面,他记录了指南针原理及多种制作法,发现地磁偏角的存在,比欧洲早了400多年。他曾阐述凹面镜成像的原理,还对共振等规律加以研究。在数学方面,他创立“隙积术”(二阶等差级数的求和法)、“会圆术”(已知圆的直径和弓形的高,求弓形的弦和弧长的方法)。在地质学方面,他对冲积平原的形成、水的侵蚀作用等都有研究,并首先提出石油的命名。医学方面,对于有效的药方多有记录,并有多部医学著作。此外,他对当时科学发展和生产技术的情况,如活字印刷术、金属冶炼的方法等都有详细的记录。

沈括自幼对天文、地理等知识有着浓厚的兴趣,勤学好问,刻苦钻研。少年时代,他随在泉州做官的父亲在福建泉州居住多年,将当时的一些见闻,均收入《梦溪笔谈》。在天文学方面,沈括也取得了很大成就。他曾经制造过我国古代观测天文的主要仪器—浑天仪,表示太阳影子的景表等。为了测得北极星准确位置,他连续三个月每天用浑天仪观测北极星位置,把初夜、中夜、后夜所见到的北极星方位分别画于图上,经过精心研究,最后得出北极星与北极距三度。这一科学根据,在《梦溪笔谈》中有详细的记载。

10.徐光启

徐光启(1562~1633年),字子先,号玄扈,谥文定。明松江人,汉族。万历三十二年(1604年)中进士。他通晓天文、历算。1604年入天主教,经常与意大利人利玛窦研讨学问。万历1613年,担任历书纂修官,与传教士熊三拔共同研制天、地盘等观象仪。万历1614年,他遭到一些朝臣的讦难,于是称病离职,在天津进行农业耕作。万历1620年,他得知明军在萨尔浒战役中败给后金的消息,上疏请求练兵,后来擢升为河南道御史,在通州督练新军。但由于军饷、器械供应困难,练兵计划并不顺利。天启元年(1621年)三月,由于难以实现自己的抱负,徐光启上疏回天津养病。同年六月,辽阳失陷,他又奉召返京,力请使用红夷大炮帮助守城,但因与兵部尚书意见不合,十二月再次辞归。崇祯元年(公元1628年),徐光启奉召回京,官复原职。崇祯三年起,疏陈垦田、水利、救荒、盐法等拯时急务,被擢升为礼部尚书,奉旨与传教士龙华民、邓玉函、罗雅各等修正历法。

他一生著作丰富,著作《徐氏庖言》、《诗经六帖》,编著《农政全书》、《崇祯历书》,译著《几何原本》、《泰西水法》等。

徐光启在天文学上的成就,主要是主持历法的修订和《崇祯历书》的编译。在历书中,他引进了圆形地球的概念,明晰地介绍了地球经度和纬度的概念。他为中国天文界引进了星等的概念,根据第谷星表和中国传统星表,提供了第一个全天性星图,成为清代星表的基础。在计算方法上,徐光启引进了球面和平面三角学的准确公式,并首先作了视差、蒙气差和时差的订正。

徐光启在数学方面的最大贡献,当推《几何原本》的翻译。《几何原本》由公理、公设出发,给出一整套定理体系的叙述方法,这和中国古代数学著作的叙述方法相去甚远。徐光启作为首先接触到这一严密逻辑体系的人,却能对此提出较明确的认识。徐光启也是把“几何”一词作为数学的专业名词来使用的第一人。

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