导语：郭守敬在我国科学技术史上具有崇高的地位，在天文水利，数学推算，仪器制造等方面均有巨大的成就，本文将以郭守敬主持的大规模天文大地测量“四海测验”为立足点，介绍郭守敬的地学贡献。同时将就“四海测验”中的南海问题进行讨论，认为南海测点的位置在进行考辨后应当在今西沙群岛， “四海测验”可以证明我国对于南海诸岛拥有历史主权，但是此结果并不能作为黄岩岛历史主权归属的依据。

郭守敬

1. “四海测验”缘起何处

1.1 郭守敬简介

郭守敬，号若思，是我国元代最杰出的天文学家、数学家、仪器制造专家和水利专家。他穷尽毕生精力创制了多种天文仪器，进行过大规模的天文测量，精确的推算了回归年长度，废除了沿用已久的上元积年、日法，发展了宋元时代的数学方法，并测定了新的黄赤大距，在水利建设上也取得了辉煌的成就，在我国的科学技术史上具有崇高的地位，在世界天文史上也占有重要的地位。

郭守敬

郭守敬在地学方面的成就主要是纬度测量、地形测量及标高概念的创立，而其中尤其以纬度测量成就最大，因此本文将针对从郭守敬主持的规模空前的天文大地测量谈起，简单的论述郭守敬的地学贡献。

1. 2 四海测量简介

至元十三年(公元 1279 年)，元世祖忽必烈攻下南宋首都临安，在统一前夕，命令制定新历法，由张文谦等主持成立新的治历机构太史局。太史局由王恂负责，郭守敬辅助。在学术上则由王恂负责推算，郭守敬负责制作仪器和观测。郭守敬认为，治历的根本在于测验。因此他上奏朝廷:“唐一行开元间，令南宫说，天下测景，书中见者，凡十三处。今疆宇比唐尤大,若不远方测验，日月交食、分数时刻不同，昼夜长短不同，日月晨辰、去天高下不同。即目测验人少，可先南北立表，取直测景。 ”元世祖同意其奏，设制监候官 14 人分赴全国各地进行测验。郭守敬主持的这次大规模天文大地测量,其测量内容之多、地域之广、精度之高、参加人员之众，在我国历史上都是空前的，这次测量在《元史·天文志》中称为“四海测验”。

忽必烈

2. 四海测验的基础

2.1 郭守敬对于天文仪器的改造

治历工作一开始，郭守敬就指出“: 历之本在测验,而测验之器莫先仪表。 ”（《元史•郭守敬传》）郭守敬为修历设计了许多天文仪器，包括极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、窥几、日月食仪以及星暑定时仪。另外，他还制作了适合携带正方案、丸表、悬正仪和座正仪。这里笔者主要针对两个有代表性的在“四海测验”中有关键作用的测量仪器进行简述。

浑仪

2.1.1 创造简仪

早在战国时期，我国已经有了自己的测天仪器——浑仪，浑仪是一种模拟天球的仪器，可以较为便捷的进行天体的观测，但是由于它的环圈太多，所以观测者在窥管下端观测时,常会发现要瞄准的天体被一道环挡住了,很不方便,有时还会把一个难得的观测机会错过了。

简仪

郭守敬针对浑仪的不足之处，进行了大胆的革新创造，减少了不必要的环圈从而解决了多环掩映的问题，同时通过设置百刻环提高了刻度划分的精细程度，此外还增加了类似滚筒轴承的装置解决赤道环在百刻环上转动所产生的摩擦问题。郭守敬的简仪是我国首先发明的赤道装置，比欧洲人使用赤道装置早 500 年左右，可以说是世界上最早的大赤道仪。（元代所制的简仪在 1715 年被毁，右图所示是今存放在南京紫金山天文台明正统二年铸造的复制件）

2.1.2 改造圭表

圭表是我国古代测量日影所用的仪器。自周至宋，测量日影的表高大多为八尺，难于做到精密。郭守敬将八尺表改为四丈表，使得误差减少了五分之一。旧法以表端测暑，所得者日体上边之景，今以横梁取之，实得中景，不容有毫末之差。另外，郭守敬还在圭面上加置了“景符”,运用物理学上“针孔成象”的原理，增加对太阳测量的精度,“表梁上陈,景符下依,符窍得梁,星辰精微”。 4科学工作者依照《元史·天文志》的记载，架横梁，制景符，在河南登封观星台进行了实验。其结果证明用针孔成象的方法来确定影长，可准确到12毫米以内，相当于太阳天顶距误差 1/3 角分，比其后三百年西方最精密的天文观测还要精确。总之，圭表的增高，景符的创制，针孔成象原理的运用，这在圭表测景史上还是第一次,在我国天文史上是一项重大的革新。

圭表

2.2 较为精确科学的测量数据

郭守敬的四海测验测量内容主要有北极出地的高低、夏至晷景的长短和夏至昼夜长短的时刻这三项数据。 其中有七个测点测量了以上三项内容，二十个测点仅测量了北极出地高低这一个项目的数据。关于测点的具体情况下文还会进行讨论。测量内容中，北极出地是指地平线切线方向与地球地轴的方向的夹角即测点的纬度，夏至晷景的长短是在夏至这一天，取天顶和黄道垂直的一条直线，并在这一条垂直线上选取了六个测点，各自立表测景。由于改进了测量仪器，郭守敬的测量数据较为精确科学，具体的测量结果也会在下文再做分析。

郭守敬的测量

2.3 对于前人的继承

郭守敬的“四海测验”在自我创新的同时，很大程度上是以前人的研究成果作为基础的。例如利用晷景和夏至冬至的日景长短确定纬度。李约瑟在《中国科学史》中曾谈到“当希腊人用晷景和夏至冬至的日景长短来确定纬度之时，古代的中国人也已经完全获悉二至的景长在南北向的线上的不同点是各不相同的。 ”

此外，在天文仪器的创制上有很多也是以前人的仪器为基础，在数据汇编中也参考了很多历史测验中的数据，对于前人的继承可以说是“四海测验”的重要基础之一。（未完待续）

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参考文献：

1.（明）宋濂：《元史》

2. 韩振华：《南海诸岛史地考证论集》

3. 厉国青：《元朝的纬度测量》

4. 李金明：《元代四海测验中的南海》

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