郭守敬主要貢獻在什麼方面

元代科學家郭守敬主要貢獻在天文學、地理學、水利學、數學、光學五個方面。

郭守敬主要貢獻在什麼方面1

郭守敬主要貢獻在什麼方面？

郭守敬(1231年-1316年)，字若思，邢州邢臺縣(今河北省邢臺市信都區)人，郭守敬在天文、地理、水利和數學等方面都有巨大貢獻。

在天文學方面，編撰的天文曆法著作有：《推步》、《立成》、《歷議擬稿》、《儀象法式》、《上中下三歷注式》和《修歷源流》等十四種，共105卷；

在科學方面，郭守敬在修訂曆法的時候，郭守敬改制、發明了簡儀和十二件天文臺上用的儀器；

水利方面，郭守敬在1291年，負責修建了連接元大都和通州的`大運河——通惠河；

在數學方面，郭守敬參與制定的《授時歷》除了在天文數據上的進步之外，在計算方法方面也有重大的創造和革新。

郭守敬主要貢獻在什麼方面2

1、天文學：

①天文觀測：

郭守敬運用他改進、創造的天文儀器，進行了許多精密的天文觀測，從而使《授時歷》的編制有了可靠的觀測基礎。他所從事和領導的觀測項目甚多，如冬至時刻、二十八宿距度和星表、四海測驗、黃赤交角以及一些曆元時刻的測定，其中大部分數據都是中國古代曆法史上最精確的，或近於最佳的。其中較爲知名的即爲四海測驗。

②四海測驗：

至元十六年（1279年），郭守敬向元世祖忽必烈提議：如今元朝疆域比之前大了很多，不同地區日出日落晝夜長短時間不同、各地的時刻也不同，舊的歷法已經不適用了，因此需要進行全國範圍的天文觀測以編制新的歷法。忽必烈接受了郭守敬的建議，派監候官十四人分道而出，分別在二十七個地方進行天文觀測，後世稱之爲“四海測驗”。

郭守敬從上都（今多倫）、大都（今北京）開始歷經河南轉抵南海跋涉數千裏，親自參加了這一路的測驗。在其中的6個地點，特別測定了夏至日的表影長度和晝、夜的時間長度；測出的北極出地高度平均誤差只有0.35；新測二十八宿距度，平均誤差還不到5'；測定了黃赤交角新值，誤差僅1'多；取回歸年長度爲365.2425日，與現今通行的公曆值完全一致。這些觀測的結果，都爲編制全國適用的歷法提供了科學的數據。

③編制《授時歷》：

在《授時歷》創作中，郭守敬雖然有專業分工，他負責制器和測驗，但與整個創作中的其他部分以及總體工作，並非全然無關。《授時歷》的編制是一件規模較大的集體工作。工作中既有專人分工負責，也有重大問題的集體討論。

《元史》作者除了在王恂、郭守敬的列傳中記敘了改歷之事外，還在許衡、楊恭懿等人的列傳中也作了相當篇幅的敘述。這些敘述中都透露出《授時歷》編撰工作的集體性。按照當代科學史家錢寶琮的觀點，甚至可認爲，早在劉秉忠、張文謙、張易等人同學的時代，他們就對曆法問題有過許多探討。

在估價集體工作的體制下郭守敬的作用時，應注意的是：一方面，郭守敬所分工負責的任務一定會吸收別人的智慧和勞動。例如，關於全天恆星星表的測定就不是哪一個人所能獨力完成的。至於在測定七應的工作中，也離不開曆法的推算和對數據的處理。

另一方面，則應該肯定在整個曆法的創新和改革中，也凝結着郭守敬的貢獻和智慧。在新曆頒行後不久主要骨幹王恂等人因先後去世或辭歸，唯剩下郭守敬繼續工作，一人整理了《授時歷》全部文稿。因此郭守敬功不可沒。這也就是後人把《授時歷》的成就都歸於郭守敬的重要原因。

④改制發明：

郭守敬爲完成《授時歷》工作創制了十二件天文臺上用的儀器，四件可攜至野外觀測用的儀器，其名載於齊履謙所撰《知太史院事郭公行狀》中，分別爲簡儀、高表、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀以及星晷定時儀十二種（但史書記載中合計儀器總數爲十三件，有的研究者認爲末一種或爲星晷與定時儀兩種）。

而四件可攜式儀器，齊履謙也在《知太史院事郭公行狀》全部羅列，分別爲正方案、丸表、懸正儀、座正儀。 這十六件儀器中，有九件在《元史·天文志》有較詳細記載：簡儀、候極儀、立運儀、渾象、仰儀、高表、景符、窺幾和正方案。

其中僅正方案被稱爲可攜式儀器。其中主要的是簡儀、赤道經緯和日晷三種儀器結合利用，用來觀察天空中的日、月、星宿的運動，改進後的儀器不受儀器上圓環陰影的影響。

高表與景符是一組測量日影的儀器，是郭守敬的創新，把過去的八尺改爲四丈高表，表上架設橫樑，石圭上放置景符透影和景符上的日影重合時，即當地日中時刻，用這種儀器測得的是日心之影，較前測得的日邊之影更加精密，這是時刻儀器上一個很大的改進。

2、地理學：

郭守敬曾提出，以海平面作爲基準，比較大都（今北京）和汴梁（今河南開封）兩地地形高下之差，這是地理學上的一個重要概念“海拔”的創始。

郭守敬在西夏水利工程結束後曾溯黃河之流而上，探尋黃河的發源地。由此他成爲以科學考察本身爲目的，專程探求黃河河源的先驅者。他的探查結果沒有記載流傳下來。現今傳世的第一部河源考察成果專著爲都實所撰的《河源記》，此是至元十七年（1280）都實奉忽必烈之命專程考察河源的紀實。先前郭守敬的考察對都實肯定有相當的影響。

3、水利學：

①西夏治水：

西夏末年，因蒙古與西夏連年征戰，水利設施遭到嚴重破壞，田地荒蕪，百姓四處逃難，久負盛名的塞北江南變得瘡痍滿目。

至元元年，張文謙以中書左丞的身份巡視西夏，全面負責西夏治水工作，時任副河渠使的郭守敬隨其前往，視察水利。郭守敬來西夏後沿黃河兩岸勘察地勢水情，走訪百姓，繪製地圖，並提出“因舊謀新 、更立閘堰”的方案（即在疏浚舊渠故道的基礎上增開新渠、在渠首建閘壩）。

忽必烈審批後付諸實施。郭守敬率領民工開挖、疏浚原有河道，修堤建壩，在不到一年的時間裏，修復了長達四百餘里的唐來渠和長達二百五十餘里的漢延渠以及正渠十餘條、大小支渠六十八條，同時更立閘壩，以有效控制進渠水量，圓滿完成了疏浚修復河渠的任務。

郭守敬堅持不懈的努力，使西夏河渠皆通其利，數萬頃農田得到了及時灌溉。西夏人民爲了感謝郭守敬，在渠上建了郭氏生祠，並立碑記錄了此事。

②大都治水（設計通惠河）：

至元二十八年（1291年），有人建議利用灤河和渾河溯流而上，作爲向上都運糧的渠道。忽必烈不能決斷，派郭守敬去實地勘查。郭守敬探測到中途，就已發現這些建議不切實際。他乘着報告調查結果的機會，提出了許多新建議。其中包括大都運河新方案。忽必烈覽奏後，非常高興，特別重置都水監，由郭守敬任領都水監事一職。

至元二十九年（1292年）春，運河工程動工，開工之日忽必烈命丞相以下官員一律到工地勞動，聽郭守敬指揮。此舉雖然只是個象徵，但卻反映了忽必烈對這條運河的重視程度和郭守敬在水利方面的權威。郭守敬領導並開闢了大都（今北京市市區）的白浮堰，開鑿了由通州到大都積水潭（今北京什剎海）大運河最北的一段——通惠河的修建工程。

他不僅根據大都的地形地貌解決了通惠河的水源問題，而且按地形地貌變化及水位落差，在運河中設閘壩、斗門，解決了河水的水量和水位。

至元三十年（1293年）七月，通惠河成。忽必烈從上都（今內蒙古錫林郭勒盟正藍旗草原）回到大都，路過積水潭，大悅，親賜名爲通惠河，並賜郭守敬鈔一萬二千五百貫，命他仍以太史令職兼提調通惠河漕運事。

4、數學：

郭守敬參與制定的《授時歷》除了在天文數據上的進步之外，在計算方法方面也有重大的創造和革新。主要特點有：

①廢除上元積年：改用至元十八年（1281年）天正冬至（即至元十八年開始之前的那個冬至時刻，實際上在至元十七年內）爲其主要起算點。其他各種天文週期的歷元，均推算出與該冬至時刻的差距，稱爲相關的“應”。由此形成一個天文常數系統。在這個天文常數系統中，《授時歷》提出了七應（氣應、轉應、閏應、交應、周應、合應、歷應）。

②以萬分爲日法：古代的天文數據都以分數形式來表示。但這種分數方式難以立即比較數值的大小，在曆法計算中又需作繁雜的通分運算，很不方便，而且隨着天文數據測定的進步，古人實際上已逐漸明白，無法用一個分數來完全準確地表達這個數據的值。

因此，從唐代開始就有人企圖打破分數表達法的傳統。南宮說於唐中宗神龍元年（705年）編的《神龍歷》即以百進製爲天文數據的'基礎。曹士蒍於唐德宗建中年間（780年－783年）編的《符天曆》更明確提出以萬分爲日法。但《神龍歷》未獲頒行。《符天曆》只行於民間，被官方天文學家貶稱爲小歷。到《授時歷》中始以宏大的革新精神，斷然採用以萬分爲日法的制度，使天文數據的表達方式走上了簡潔合理的道路。

③發明正確的處理三次差內插法方法：自隋代劉焯以來，天文學家使用二次差內插法來計算日、月等各種非均速的天體運動。但實際上唐代天文學家已發現，許多運動用二次差來計算是不夠精確的，必須用到三次差，但關於三次差內插公式卻一直沒有找到，只能用一些近似公式來代替。

《授時歷》發明了稱之爲招差法的方法，解決了這個三百多年未能解決的難題。而且，招差法從原理上來說，可以推廣到任意高次差的內插法，這在數據處理和計算數學上是個很大的進步。

④發明弧矢割圓術：天文學上有所謂黃道座標、赤道座標、白道座標等等的球面座標系統。現代天文學家運用球面三角學可以很容易地將一個座標系統中的數據換算到另一個系統中去。

中國古代沒有球面三角學，古人是採用近似的代數計算方法來解決問題的。《授時歷》採用的弧矢割圓術，將各種球面上的弧段投射到某個平面上，利用傳統的勾股公式，求解這些投影線段之間的關係。再利用宋代沈括發明的會圓術公式，由線段反求出弧段長股關係的方法是完全準確的。

它們與現今的球面三角學公式在本質上是一致的。

以上這些計算方法上的成就，主要應當歸功於王恂，但是，其他學者也爲此付出了勞動。特別由於郭守敬是《授時歷》的最後整理定稿者，使這些突出的天文學、數學成就得彰後世，故其功不可沒。

5、光學：

郭守敬在創造的景符、仰儀等天文儀器中反覆運用了針孔成象原理，這在中國光學史上也是比較突出的成就，體現了中國古代較高的光學知識應用能力。