郭守敬巧制仪器观天文的故事
我国的天文学在过去是很发达的，西汉以后，国家天文台已经达到很高的水平，天文学的主要任务之一是编制历法。我国古代的历法，内容是十分广泛的，它包 括日月运动规律及其位置的推算、一年日历的编制、五大行星的位置、日食月食发生时间的推算等。历法关系到生产、生活和政治活动等很多方面，因此，朝廷历来 对这项工作都是相当重视的。一种历法用久了，误差就会越来越大，因而需要重新订制。随着每次重大的历法的编制成功，总会有一些创造革新的进步，像基本天文 数据的精密化、天文学理论的新成就或计算方法上的新发明等等。历法的发展可说是中国天文学发展的推动力。
元朝初年使用的历法还是过去金朝使用的历法。这个历法经过几十年的使用，发现误差越来越多，发生过好几次预测与实际天象不符的事。
元军攻下了南宋首都临安（今浙江杭州），全国统一已成定局。就在这一年，元世祖迁都到大都，决定修改旧历，颁行元王朝自己的历法。于是，元政府下令调动了全国各地的天文学者编修新历。
这件工作的具体负责人是郭守敬的好朋友王恂，王恂就想到了老同学郭守敬。虽然郭守敬一直是在水利部门任职，但他通晓天文，这是王恂很早就知道的。因此，王恂就推荐郭守敬，参加修历，制造仪器，进行实际观测。从此，在郭守敬的科学活动史上又揭开了新的一页。
郭守敬首先检查了大都城里天文台的仪器装备。这些仪器都是金朝的遗留下来的残品，有的仪器还是北宋时代的东西，是当年金兵攻破北宋的京城汴（biàn）京以后，从那里搬运到燕京来的。
这些仪器因为年代久远，大多都不能使用了，虽经修整，但在天文观测必须日益精密的要求面前，仍然显得落后。郭守敬不得不制造一套更精密的仪器，为以后的工作打下技术基础。
古代在历法制定工作中所要求的天文观测，主要是两类。其中一类是测定二十四节气，特别是冬至和夏至的准确时间。用的仪器是圭表。
圭表中的"表"是一根垂直立在地面的标竿或石柱；"圭"是从表的跟脚上以水平位置伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向的时候，表影就落在圭面上。 量出表影的长度，就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。表影最长的时候，冬至到了；表影最短的时候，夏至来临了。它是我国创制最老、使用最熟悉的一种天 文仪器。
这种仪器看起来觉得很简单，用起来却会遇到一些难题。
首先是表影边缘并不清晰。阴影越靠近边缘越淡，到底什么地方才是影子的尽头，这条界线很难划分清楚。影子的边界模糊不清，影子的长度就量不准。
使用圭表的第二个难题是测量影长的技术不够精密。古代量长度的尺一般只能精确到分，最多可以估计到厘，也就是十分之一分。按照以前的传统方法，测定冬至时表影的长，如果量错一分，就足以使按比例推算出来的冬至时刻有一个时辰的误差。
这些难题，唐、宋以来的科学家们已经做过很多努力，但都没有很好的解决办法。现在，这些难题又摆在了郭守敬的面前。怎么处理呢？郭守敬首先分析了造成误差的原因，然后针对每个原因，找出相应的解决办法。
首先，他想法把圭表的表竿长度加高到五倍，因而观测时的表影也加长到五倍。表影加长了，按比例推算各个节气时刻的误差就可以相应减小。
他还创造了一个叫做"窥（kūi）几"的仪器，使圭表在星和月的光照下也可以进行观测。
其次，他创造了一个叫做"影符"的仪器，使照在圭表上的日光通过一个小孔，再反射到圭面，那阴影的边缘就很清楚，可以量取准确的影长。
郭守敬对圭表进行了这一系列的改进，解决了历史上众多的困难问题，他的准备工作比前人做得更好。
圭表的改进只是郭守敬开始天文工作的第一步，以后他还有更多的创造发明，下面我们就来看看他是如何改进浑仪的。
浑仪在公元前第二世纪就已由我国天文学家发明了，唐、宋以来历代都有发展。它的结构完全仿照当时在人们心目中反映出来的那个不断转动着的天体圆球。在这 圆球里是许多一重套着一重的圆环。这些圆环有的可以转动，也有的不能转动。在这些重重叠叠的圆环中间夹着一根细长的管子，叫做窥管。把这根细管瞄准某个星 球，从那些圆环上就可以推定这个星球在天空中的位置。因为这个仪器的外形像一个浑圆的球，所以就叫它浑仪。它是我国古代天文仪器中一件十分了不起的发明创 造，这比欧洲要早十几个世纪。
但是，这种浑仪的结构也有一些缺点。一个球的空间是很有限的，在这里面大大小小安装了七八个环，一环套 一环，重重掩蔽，把许多天空区域都遮住了，这就缩小了仪器的观测范围。另外，有好几个环上都有各自的刻度，读数系统非常复杂，观测者在使用时也不方便。郭 守敬就针对这些缺点作了很大的改进。
郭守敬准备把这些重重套装的圆环省去一些，以免互相掩蔽，那时候，数学中已发明了球面三角法的计算，有些星体运行位置的度数可以通过数学计算求得，不必要在这浑仪中装上圆环来直接观测。这样，就使得郭守敬在浑仪中省去一些圆环的想法有可能实现。
郭守敬只保留了浑仪中最重要的两个圆环系统；并且把其中的一组圆环系统分出来，改成另一个独立的仪器；把其他系统的圆环完全取消。这样就根本改变了浑仪 的结构。再把原来罩在外面用来固定的圆环全都撤除，用一对弯拱形的柱子和另外四条柱子承托着留在这个仪器上的一套主要圆环系统。这样，圆环四周就没有任何 遮拦了。这种结构，比原来的浑仪简单又实用，所以取名"简仪"。简仪的这种结构，同现代称为"天图式望远镜"的构造基本上是一样的。它比欧洲同样结构的仪 器，要早600年。
郭守敬简仪的刻度划分也很精细。以往的仪器一般只能读到一度的14，这简仪却可读到一度的136，精密度一下子提高了很多。可惜被当时频繁发生的战争销毁了。现在，保存在南京紫金山天文台的一架是仿制品。
郭守敬用这架简仪作了许多精密的观测，其中的两项观测对新历的制订具有重大的意义。
一项是测定出黄道和赤道的交角度数。赤道是指天球的赤道。地球悬空在天球之内，设想地球赤道面向周围伸展出去，和天球边缘相割，割成一个大圆圈，这圆圈 就是天球赤道。黄道就是地球环绕太阳作公转的轨道平面延伸出去，和天球相交所得的大圆。天球上黄道和赤道的交角，就是地球赤道面和地球公转轨道面的交角。
根据现代天文学家理论推算，当时的这个交角实际应该是是23°31′58″。郭守敬测量的角度实际还有1′25″的误差。不过这样的观测结果，在郭守敬那个时代来说，已是十分不易的了。
另一项观测就是二十八宿（xiù）距度的测定。
在编讧新历时，郭守敬提供了不少精确的数据，这确是新历得以成功的一个重要原因。
王恂、郭守敬等同一位尼泊尔的建筑师阿尔你哥合作，在大都兴建了一座新的天文台，台上就安置着郭守敬所创制的那些天文仪器。它是当时世界上设备最完善的天文台之一。
由于郭守敬的建议，元世祖派了14位天文学家，到当时国内26个地点（大都不算在内），进行几项重要的天文观测。最北的观测点在北海（今西伯利亚），最南观测点在南海（今西沙群岛）。这一次天文观测的规模之大，在世界天文学史上是空前的。
经过王恂、郭守敬等人的共同努力，到1280年（元世祖至元十七年）春天，一部新的历法终于订制成功。忽必烈按照"敬授民时"的古语，赐名"授时历"。 然后，正式颁发了根据《授时历》推算出来的下一年的日历。《授时历》以365天为一年，与现行世界通用的公历相同，从元朝到明朝这部历法一直被延用了 364年，是我国古代也是世界古代最精确、使用时间最长的一部历法。
不幸的是，《授时历》颁行不久，王恂就去世了。那时候，有关这部新历的许多数表等都还是一堆草稿，没有整理出来。几个主要的参加编历工作的人相继去世，于是郭守敬又担负起最后的整理定稿工作。他又花了两年多的时间，把各项数据、算表等都整理出来，写出定稿。
郭守敬把这部历法最后写成定稿，流传到后世，把许多先进的科学成就传授给后人，这件工作，本身就是一项了不起的成就。
王恂去世后，郭守敬升任太史令。在以后的几年间，他又继续进行天文观测，并且陆续地把自己制造天文仪器、观测天象的经验和结果等的知识编写成书。他写的天文学著作共有百余卷之多。然而封建帝王却把这些极其宝贵的科学遗产都锁进了深宫秘府之中。
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