精研细究勤学强 四海观测海拔创
----元代科学家郭守敬的故事
文/ 笑青
在河北省兴隆县境内的燕山主峰，一座巨大的白色建筑斜架在南麓山顶，指向天空，这就是我国自主创新研制的天文科学装置——郭守敬望远镜。郭守敬望远镜主镜由37块边长1．1米的六角形镜子拼接而成，相当于直径6．5米的圆镜，等效通光口径最大4．9米，视场（视野）直径最大5度，焦面上容纳了4000根光纤，每次观测可获得多达4000个天体的光谱。国家天文台副研究员刘超说：“天文巡天，数据为王。郭守敬望远镜第一次让我国在银河系科学研究领域站在世界前沿，从数据产出来看，2012年正式巡天其水平就领先了国际10年”。
说到郭守敬望远镜，我们不得不说说从小就勤学习爱钻研的元代科学家郭守敬了。
郭守敬（1231年－1316年），字若思。是现在邢台市信都区皇寺镇郭村人。元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家。官至太史令、昭文馆大学士、知太史院事，世称“郭太史”。他小时候跟随爷爷饱读四书五经，养成了善于思考勤于动手的良好习惯。
有一天，他见孩子们在玩“跺影子”的游戏，他们开心地跑动着追逐着，一边想跺别人的影子一边又躲避着别人踩跺自己的影子，嘴里还唱着“跺、跺、跺，跺影影，跺得小狗脑袋疼！”周围看热闹的孩子们也跟着起哄大笑。突然有大人呵斥道：“吵吵吵，大热天都休息呢，去去去去，远处玩去！”郭守敬就想什么时候玩最合适，不影响大人们休息呢？他想起了爷爷给他讲的《量影丈墙》的故事，于是，他根据西墙的倒影做了许多长短不齐的木棍，然后依据大人下地干活时间看西墙影和木棍的长度，仔细观察几天得出了结论：只要太阳西斜，西墙的影子与大人下地干活的那根木棍长度相等时，就是大人们歇晌起来要开始干活的时候了，这时候和小伙伴们一起闹着玩就不会搅扰得四邻不安了。 在学堂里，郭守敬有个叫吴之修的同学，因为他家祖上受过封赏，所以常常觉得高人一等，欺侮别人。郭守敬学习好，先生常常表彰他，吴之修心里嫉妒恨的牙根痒痒，他明目张胆地要求老师压低郭守敬的学习成绩。这事在学校传开后，吴同学竟然非要和郭守敬打赌，限定郭守敬在三天内不能近身用尺子来测出他的实际身高有多少分，并立字据找先生做保人。正当大家都为郭守敬捏一把汗时候，郭守敬不声不响地利用晴天在吴之修经常活动的地方，设置了许多标记，将他坐着站着的影子按照时辰记录下来后，用木尺标码换算，很快把吴之修坐立身高分毫不差地计算出来。
郭守敬爱测量，他小时候做了一个木头十字架，竖着插在院子里，太阳一出来，就在十字架下走来走去地丈量，并不停地转动十字架，还把影子都画在纸上，这记录随着日子天天有变，月月不同，但他却一直认真地坚持着。有一天从学堂回来发现家里正要破土挖地基盖房子，他看看划出的印痕，对家人说：咱家应该盖成坐北朝南的房子，这样每天屋子里都亮堂堂的，冬天里也会很暖和。因为那时村民的房子都是根据地形和水流方向建制的，所以家里人就问他有啥方法呢？他就赶紧拿出十字架，转动着在地上进行测定，还拿出平时画出的各种纸上的道道反复对比，很快就在地上画出了房子的方位，于是村子里有了第一家坐北朝南的新房子。
后来， 元朝统一中国之后，元世祖忽必烈任命郭守敬进行全国范围内的天文测量，史称“四海测验”。郭守敬在全国27个地方建立了观测站，“东至高丽，西极滇池，南逾朱崖，北尽铁勒”，最北接近北极圈，最南抵达西沙群岛。地处中原腹地的登封观星台，就是当时全国27个观测站的中心点。整座观星台由坚硬的青砖石建成，分为高达12.62米的“台身”与平铺在水平地面之上的“量天尺”两大部分，历经700多年依然屹立不倒。登封观星台不仅造型端庄浑厚，而且功能强大。它不仅可以用来观星，还可以用来观测日影，是一座集观星、测影、计时、计历等功能于一体的天文建筑，堪比现代的“天文台”。
这次规模庞大的“四海测验”不仅涉及范围广，而且测量精度高。说它范围广是指这次著名的四海测验，从南中国海到西伯利亚，从朝鲜半岛到川滇与河西走廊。南北总长5000多千米，南起北纬15度，北至北纬65度，比唐代一行的测量范围北纬17度到40度高出一倍还多。东西绵延2500千米，东至东经128度，西到东经102度。测量精度高更是达到惊人的地步，从史书记载的当时所测地理纬度来看，对比现在可确定的数据，其绝对平均误差只有0.35°，这样的精确度实在是非常惊人的。特别是当时陕西行省的2个点，河南行省的4个点和中书省直辖地的8个点，其误差大大低于平均值，还有2处几乎没有误差。《元史·天文志》称“是亦古人亦所未及为者也。”也就是说，郭守敬的四海测验取得的精度之高与700年后的依靠现代仪器测量的数据相差无几，其精准令今天的科学家也叹为观止。四海测验，主要测定了日影，北极出地高度和二分二至日昼夜时刻。在这次四海测验中，郭守敬等人将黄赤交角由24度精确到23度90分30秒，为当时世界上最精确的数据。这次四海测验的因其地域之广、规模之大、测量数据之精准，在我国历史上是空前的，在世界历史上也是一次无可比拟的、大规模、大范围的天文测量壮举，以至于到了明朝，天文学家徐光启仍然沿用“四海测验”的传统名称。法国著名数学家、天文学家拉普拉斯(1749-1827)在其著名的(宇宙体系论)一书中的天文史部分，特别提到了这次测量，认为这次测量的精度是卓越超群的。这些成就当然离不了郭守敬为代表的、那个时候的科学家和测量人员所做出的贡献。 使用“四海测验”法结合改进、创造的天文仪进行了许多精密的天文观测，从而使《授时历》的编制有了可靠的观测基础。他所从事和领导的观测项目甚多，如冬至时刻、二十八宿距度和星表、四海测验、黄赤交角以及一些历元时刻的测定，其中大部分数据都是中国古代历法史上最精确的，或近于最佳的。
另外，郭守敬在经过测量计算研究后，提出地理学上的一个重要概念“海拔”。郭守敬曾提出，以海平面作为基准，比较大都（今北京市）和汴梁（今河南省开封市）两地地形高下之差，这是地理学上的一个重要概念。
我们可以看出，没有敬业、精益、专注、创新的工匠精神，也不会有各种测量、计算郭守敬仪器的创造！ 没有持久、专心、精心的测量实践也不可能有郭守敬”海拔“概念的创新；可以说没有科学严谨的数据支持，也不可能有好的历法，郭守敬和“四海测验”方法永远彪炳史册。
一直以来，祖先的智慧之光常让我辈感到无比自豪和骄傲，同时也是一种鞭策，激励着后世子孙自强不息，努力拼搏，奋力踔发，为中华民族的伟大复兴再创辉煌。 作者简介：邢笑青，笔名笑青，大学本科，河北省南宫市人。为邢台市信都区作协会员，河北省名人名企文学院院士，中国文学作家签约作家，中国新诗歌委员会委员，工作之余喜爱阅读和朗诵，并书写记录心情、感悟，约有500余篇诗歌、散文、小小说和情景剧在报刊杂志和文学平台发表或登载。 
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