郭守敬从小对自然现象就很感兴趣，特别爱好天文学，他在邢台西紫金山跟刘秉忠上学时，曾创造过一些天文仪器的模型。元初，郭守敬二十多岁就勇敢地承担了邢台五里的流通淤塞河道修建石桥的任务。全部工程用了四十五天就胜利地完成了，当地人民都很佩服他。郭守敬对发展生产非常注意，符合了元朝统一中国后广大人民的迫切要求。中统三年（一二六二年），刘秉忠的同学张文谦向元世祖忽必烈推荐郭守敬“习知水利，巧思绝人”。元世祖在上都（多伦）召见郭守敬时，郭守敬便对发展华北平原的水利交通事业，向元世祖面陈了六项建议，颇受忽必烈赞赏，授提举诸路河渠使，次年加授银符合渠使。至元元年（公元一二年），郭守敬随张文谦到西夏（甘肃宁夏）一带，视察水利修筑了淤塞水道千余里，灌溉农田九万余顷，为发展生产作出了很大贡献。次年升为都水少监。当地人民对郭守敬非常爱戴，并建造郭守敬祠作为纪念。此外，郭守敬还在河北、山东、大都（北京）等地，兴建了不少工程，对当地交通运输、农田灌溉等都起到了良好的作用。

　　十三世纪末叶，元结束了长期分裂局面，统一了全中国。全国劳动人民迫切要求发展生产，元世祖忽必烈从巩固其封建统治出发，顺应当时历史发展的要求，重视发展农牧业生产。至元十三年（公元一二七六年），就决定改革历法，派王恂主持这项工作，郭守敬首先提出：“历之本在于测验，而测验之器，莫先于仪表”的革新主张。他认为只有打破陈规，根据天象观察、实验，才能定出比较准确的历法。

　　元初的天文仪器，都是宋、金时期遗留下来的，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，在三年的时间里，改制和从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。至元十六年（公元一二七九年），郭守敬为同知太史院事时，向元世祖忽必烈建议说：“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”，见《元史・郭守敬传》。元世祖接受了郭守敬的建议，遂派监候官十四人分道而出，在二十七个地方进行了天文观测，告成观星台就是当时二十七处观测站之一，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）北极出地三十四度太弱，见《元史・天文志》。

　　郭守敬根据“四海测验”的结果，并参考了一千多年的天文资料，七十多种历法，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，在至元十七年（公元一二八零年），编制成了新历法--《授时历》。《授时历》推算出的一个回归年为三百六十五点二四二五日，即三百六十五天五时四十九分十二秒，与地球绕太阳公转的实际时间，只差二十六秒钟，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》是一五八二年（明万历十年）开始使用，比郭守敬的《授时历》晚三百多年，在国际上产生了一定的影响。至元二十三年（公元一二八二年），郭守敬迁升太史令，他仍继续天文观测和天文学的研究及著述工作，在有关天文学的著作，他有十余种，一百多卷。这些著作，当时藏于官府，除《授时历》经后人载入《元史》外，其它著作均未流传后世。郭守敬晚年又转向水利工作，至元三十八年春（公元一二九一年）春，任督水监，他建议同北京至通县开挖一条新运河和大运河相连，以解决从南方至北京的水路运粮问题。当时元朝政府从南方调运大批粮食到北京，大运河是南北交通的重要水路。但大运河只通到通县，从通县到北京，全靠陆路运输。在阴雨连绵的季节，人畜的疾病死亡和粮食霉烂糟踏非常严重，使元朝统治者最感棘手，郭守敬提出开挖大运河的建议，很快就被元世祖采纳，并下令马上动工，宰相以下的文武百官都参加了开工典礼，郭守敬担任了总工程负责人。郭守敬根据北京附近的地势西北高的特点，把昌平县北的白浮村神仙泉的水导入昆明湖，再引进城里的什刹海，然后流入运河，在这段运河中设置一些提坝和可以升降闸门来调节水量，使大船通行，这是郭守敬在水利工程上的创造性的设计，全部工程一年完成，定名通惠河，郭守敬兼提调通惠河漕运之事。通惠河通行后，从南方运粮可直达北京，对发展南北交通和漕运事业起了很大的作用。至元三十一年（公元一二九四年），郭守敬拜文馆大学士兼知太史院事，大德二年（公元一二九八年），元成祖铁穆耳在上都会见郭守敬议论开挖铁镭竿渠的事情，郭守敬说：“山水频年下，非大为渠堰广五十步不可”。其它执政人员齐于工费，认为郭守敬的话说过了头，缩其广度三分之一，第二年大雨，山水注下，渠堰不能容，漂没人畜庐账几犯行殿，元成祖后悔的对宰臣们说：“郭太史神人也，惜其言不用耳”。可见郭守敬在水利方面也有着很深的造诣。在数学方面，郭守敬创造了计算球面三角形的算法和平立定三差法，是一种高等级算法，在世界数学史上还是开创了先例的。总之，郭守敬编著天文书籍一百多卷，创制仪器仪表十七八种；邢州治水初露锋芒；大都（北京）治水，使元后历代国都兴建于此；西夏（今甘肃、宁夏一带）治水，黄河探源，为民造福深远，为之立祠于河渠之上。他是杰出的天文学家，也是卓越贡献的水利专家，既是成绩优异的数学专家，又是具有独特精神的仪器制造专家。他这几个方面的成就，在当时科坛居世界首位，领先世界水平三、五百年。1303年，郭守敬已经七十二岁，成宗发布命令：“凡七十二岁的官员都去职返里，唯独郭守敬以纯德实学，为世师法继续留任”。1316年，郭守敬因病去世享年86岁，李约瑟和中国人民都称赞他是最伟大的天文学家。为了纪念这位中国有名、世界有名、天上也有名的伟大科学家。1962年，我国邮电部发行了绘有郭守敬半身像与简仪两枚纪念邮票。1981年国际天文学会在北京召开会议，隆重纪念郭守敬诞辰七百五十周年，国际天文学会，将美国在月球上发现的一座环形山命名为“郭守敬山”。1977年，经国际小行星研究会批准中国科学院紫金山天文台把他在1964年发现的编号为2012号小行星，正式命名为“郭守敬星”。

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