沈括是北宋时期一位多才多艺的科学家，他不仅精通地理，而且对天文、数学、医学、农业等学科也颇有研究。30多岁时，他在参中编校昭文馆书籍的工作中，开始学习和研究天文学。他注重实际观测，通过学习和实践，他认识到岁差现象引起天象的变化是一种自然规律；他解释月亮是因为受太阳光照射发光而产生圆缺变化；他科学而生动地描述了常州陨石的坠落过程，并准确地判断出其成分是铁；他还注意到行星的视运动有往复现象。

后来，沈括在主管司天监工作期间，致力于整顿机构，强调实际观测，添置了新的天文仪器。在制造新浑仪时，他对传统的浑仪结构进行改进，简化浑仪的方向。为了测定北极星与北天极之间的距离，沈括亲自参加观测，每天上半夜、午夜和下半夜各观测一次，连续坚持了三个月，画了二百多张图，断定出北极星离北天极“三度有余”。

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