郭守敬
郭守敬（公元1231年—公元1316年），字若思，顺德邢台（今河北省邢台）人，元朝时期天文学家、水利工程专家、数学家、仪器制造家。
郭守敬自幼在祖父郭荣的引导下学习天文、算学知识，后拜入精通天文的经学大师刘秉忠门下学习。蒙哥汗八年（公元1251年），在刘秉忠的介绍下，郭守敬结识元朝重臣张文谦。在张文谦的引导下，郭守敬系统学习了天文、水利方面的知识，还在他的引导了主持整治河道疏浚等工程。中统三年（公元1262年），郭守敬受到了孛儿只斤·忽必烈的召见和赏识。中统四年（公元1263年），朝廷加授郭守敬银符，并授予副河渠使一职。至元元年（公元1264年），郭守敬在西夏成功治理河渠灌溉受到百姓的爱戴。随后，郭守敬一路升迁至工部郎中。自至元十三年（公元1276年）起，郭守敬与许衡、王恂等奉命修订新历法，历时四年，制订出《授时历》，成为当时世界上最先进的一种历法。为修订历法，郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十七种天文仪器。
至元十九年（公元1282年），太史院太史令王恂去世，郭守敬承接王恂工作陆续整理出《推步》《立成》等多部著作。至元二十三年（公元1286年），郭守敬升任太史令。至元二十八年（公元1291年），郭守敬任都水监，负责修治元大都至通州区的运河，耗时一年，完成了全部工程，定名通惠河，发展了南北交通和漕运事业。至元三十年（公元1293年），通惠河凿通，郭守敬得到了孛儿只斤·忽必烈的赞赏。次年，郭守敬担任昭文馆大学士兼太史院事。晚年，郭守敬声望越来越高，但是元朝朝廷日益腐败，郭守敬便一心专注著作。孛儿只斤·爱育黎拔力八达延祐三年（公元1316年），郭守敬去世，享年八十六岁。
郭守敬在天文方面，主持制定了《授时历》，主持了大规模的天文数据测定，设计制作简仪、景符、窥几、仰仪等多种天文观测仪器，还在元大都修建了天文台；在数学方面，郭守敬使用“割圆求矢术”“割圆求矢术”等方法开辟了通往球面三角形的途径；在水利方面，郭守敬主持疏浚了多处河道，为元大都的水利建设提供多条建议，还主持凿通了通惠河，连通南北的运输。明朝学者宋濂认为他才华超人，发明的算法集古今之大成。1970年，国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。1977年，国际小行星4179中心将郭守敬星命名为“郭守敬小行星” 。中科院国家天文台也将国家重大科技基础设施LAMOST望远镜命名为“郭守敬天文望远镜”。
人物生平
早年经历
元太宗三年（公元1231年），郭守敬出生在邢州邢台县（今河北省邢台），郭守敬父亲正史上未记载，他从小跟随祖父郭荣生活，郭荣精通数学、水利技术。郭荣是金、元之际一位颇有名望的学者。郭守敬幼承祖父郭荣家学，精通五经，熟知天文、算学，擅长水利技术 。在郭荣的教养下，郭守敬从小勤奋好学，在少年时代就养成了很强的动手能力。郭守敬十五六岁时，曾根据书上的一幅插图，用竹篾扎制出一架测天用的浑仪，而且还堆土做了一个土台阶，把竹制浑仪放在上面，进行天文观测。他还曾根据北宋燕肃一幅拓印的石刻莲花漏图，弄清了这种可以保持漏壶水面稳定的、在当时颇为先进的计时仪器的工作原理。孛儿只斤·忽必烈（即后来的元世祖）的重要谋士、学者刘秉忠因居父丧，正于邢台市西南的紫金山中结庐读书，从学的人有著名学者张文谦、张易、王恂等人。郭荣与刘秉忠交好，便将少年郭守敬送到刘秉忠门下深造。
刘秉忠被当时总领内蒙古地区汉地事务的忽必烈召入幕下，之后刘秉忠离开邢台又将郭守敬推荐至张文谦学习河道疏浚相关知识。蒙哥汗八年（公元1251年），郭守敬在张文谦门下组织设计修复了邢州石桥。此事过后，天文学家元好问还专门写了一篇碑文记述此事。随后，郭守敬又前往紫金山进修，在这里，他掌握了天文、数学、水利学、地理学等多方面的知识。蒙古中统元年（公元1260年），孛儿只斤·忽必烈在开平府（后称元上都遗址）即位后命张文谦到大名路（今大名县一带）等地担任宣抚司的长官，郭守敬也跟随张文谦一同前往学习。郭守敬所到之处，做了许多河道水利的调查勘测工作。与此同时，郭守敬还在大名召集匠人，鼓铸了一套他少年时所探究的莲花漏。郭守敬将莲化漏的装饰性莲花做了改动，这之后莲花楼漏便被称作宝山漏。
西夏治水
在大名修建水利工程期间，郭守敬还开始制造仪器、观测天象。中统三年（公元1262年），郭守敬铸成宝山漏献给蒙古政府，之后，这套计时器被放置在燕京灵台作为全国标准计时器。同年八月，张文谦将郭守敬推荐给孛儿只斤·忽必烈，在大殿上，郭守敬提出六条水利建设建议获得了忽必烈的赏识和赞赏。次年，忽必烈加授予郭守敬为副河渠使并授予他银符。提出六条水利建设建议后，郭守敬积极从事水利工作。
至元元年（公元1264年），郭守敬又跟随张文谦前往西夏修复沿河古渠，随后郭守敬与唆脱颜前往西夏故地视察河渠水道。数月后，张文谦又作为朝廷的代表治理西夏。郭守敬在张文谦的领导和支持下，奉命修浚西夏境内的唐来、汉延等古渠，更立闸堰。到至元三年（公元1266年），西夏渠道修复成功，农田得以灌溉，郭守敬得到了当地百姓的赞赏。修复渠道完后，郭守敬从中兴府返回，一路上他考察沿路古渠并将这些情况上报给朝廷。随后，郭守敬升任都水少监。返回中都后，郭守敬再次提出增辟中都水源，修建河套平原北端的水利建设等建议。随后，孛儿只斤·忽必烈响应郭守敬的提议，凿金口，引卢沟水，以漕西山木石的计划，至元八年（公元1271年），郭守敬升都水监，掌管全国河渠水利经营。至元十一年（公元1274年），忽必烈派兵南下伐宋，为提高军需供应，元朝政府决定增设水路驿站。随后，丞相伯颜南征，打算建立水运站，命郭守敬视察河北省、山东省一带可通舟行船的地方，并绘图奏报。次年，郭守敬考察河北、山东、江苏省等地确定了中原地区的五条河渠干线。至元十三年（公元1276年），元朝政府将都水监合并入工部，郭守敬担任工部郎中，任然负责水利方面的工作。
修订新历
至元十三年（公元1276年），元军南下攻入江南，消灭南宋，大一统已成定局。随后孛儿只斤·忽必烈设立专门的修历机构太史局，根据刘秉忠生前的建议，命许衡“领太史院事”，郭守敬因其精通天文精算，忽必烈便将他抽调进入太史局与王恂主办改历事宜。修订新历期间，郭守敬与王恂一起广招精通天文地理的学者参与天文测算，还搜集了历代历法材料探索编制新历的方法。在此期间，郭守敬还提出，“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”的主张。元世祖听从郭守敬的建议派了14位天文家，到除大都外到当时国内另外26个地点，进行几项重要天文观测。这一天文观测的规模之大，在世界天文史上也是少见的。在其中的6地点特别测定了夏至日的表影长度和昼、夜的时间长度。这些观测的结果，都为编制全国适用历法提供了科学的数据。
为了精确天文测量，郭守敬还四处奔走，修复旧仪表、创造新简仪、建造观星台。从至元十三年（公元1276年）到至元十六年（公元1279年）这修订新历的三年期间，郭守敬先后制造了简仪、仰仪、浑天象、丸表、玲珑仪、座正仪、悬正仪、星定时仪等观测天文的仪器。至元十六年（1279年），太史局扩建为太史院，王恂任太史令，郭守敬任同知太史院事。等到进呈所制仪表时，对孛儿只斤·忽必烈详加解说，直到日暮，忽必烈仍未疲倦。同年，在郭守敬的领导下开展了全国范围的天文测量，后世称之为“四海测验”。同时，郭守敬主持设置了太史院，建立起司天台观测星象。至元十七年（公元1280年），经过四年的观测计算，太史局编制出一部新的历法——《授时历》。随后，忽必烈宣布新历法在次年正月初一在全国颁布进行。
主持凿河
至元十八年（公元1281年），太史令王恂病逝，郭守敬继续完成授时历《推步》《立成》等著作。随后郭守敬就任太史令专门从事天文历法工作。至元二十三年（1286年），郭守敬升任太史令。至元二十七年（公元1290年），随着元朝统一中国，定都大都，大都的经济越来越繁华，人口也越来越多。随之而来的是大都的粮食运输越来越苦难。此时，已经花甲之年的郭守敬再次转回城市的水利建设工程中。为了解决通州区到大都之间的运输问题，郭守敬沿着两地之间新旧河流实地勘测后，最终上奏孛儿只斤·忽必烈引用他在三十年前建议忽必烈的提议，打通通州至大都的运河工程，忽必烈览奏后，非常高兴，特别重置都水监，由郭守敬任领都水监事一职。至元二十九年（公元1292年），郭守敬复任都水监主持运河工程。郭守敬先从白浮渠引泉水入大都城西翁山泊，随后修建船闸方便船只运行，再衔接北运河，最终连通惠河。郭守敬不仅根据大都的地形地貌解决了通惠河的水源问题，而且按地形地貌变化及水位落差，在运河中设闸坝、斗门，解决了河水的水量和水位。至元三十年（1293年）七月，通惠河成。孛儿只斤·忽必烈从上都（今内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗草原）回到大都，路过积水潭，见其上“舻敝（蔽）水”，大悦，亲赐名为通惠河，并赐郭守敬钞一万二千五百贯，命他仍以太史令职兼提调通惠河漕运事。郭守敬也因其在水利工程与天文历法方面的成就升任昭文馆大学士兼任知太史院院事。
晚年经历
《授时历》完成后，郭守敬承接王恂的工作，又陆续完成了多部天文历法相关的著作。之后郭守敬又在忽必烈的要求下主持疏浚通惠河的工程。至元三十一年（公元1294年），已经是接近古稀之年的郭守敬返回太史院继续修著天文历法著作。郭守敬晚年，一边勤奋著书，另一边勤奋动手，制造了不少的仪器。这期间，他制造了可以自动报时的七宝灯漏、可以水力推动的天球仪、还有可以方便出行的行漏。
大德二年（公元1298年），元成宗铁穆耳铁木耳想要在上都西北郊开出一条河渠南通河，此时郭守敬已经不再担任水利方面的工作，但是他还是应诏北上，亲自去测量当地环境，郭守敬根据地势和历年山洪资料，指出这条宣泄山洪的渠道要宽到五十步至七十步（约80~115米）。但经办此事的人认为郭守敬太夸大事实了，就把他定的宽度缩减了三分之一。谁知次年山洪暴发时，果然因渠道太窄，泛滥成灾，还险些冲及成宗的行帐。成宗在避水时叹道：“郭太史真是神人呐，可惜没有听他的话！”。大德七年（公元1303年），元成宗铁穆耳下令让70岁以内的官员辞官退休，郭守敬也顺势提出退休，但是遭到了元成宗德拒绝，此后朝廷便规定翰林院、太史院掌管天文的官员一律不让退休。晚年的郭守敬依然关心天文和水利事业，已经之年的郭守敬还着手改建通惠河的石闸。延祐三年（公元1316年），郭守敬去世，享年八十六岁。
主要成就
天文
天文测量
郭守敬等人利用新创制的各种仪器，组织进行了大量的天文实测工作，主要有：在1279年新历初成时上奏中提到的“臣等用创造简仪、高表，凭其测到实数所考正者凡七事”，以及《授时历》提及的闰应、合应、历应的测量，恒星位置的测量和具有代表性意义的“四海测验”等。至元十六年（公元1279年），郭守敬向孛儿只斤·忽必烈进言，在全国选取13个点进行大规模的天文大地测量学，得到元世祖批准，并付诸实施。此次天文测量工作，共选择27个观测点，遍布全国各地，后世称为“四海测验”。规模和精度是历代最大和最高的，其结果为《授时历》“九服晷漏”等问题的推算提供了很好的实测依据。郭守敬根据夏至日的日影长度和二分（春分与秋分）二至（夏至与冬至）日昼夜的时刻数测定出当地的地理纬度，他测定的这些地理纬度与现今的地理纬度实际误差只有0.35°，在河南省和中书省四个行省之间的测定的八个点，其误差大大低于平均值。除此之外，郭守敬领导的恒星大观测与当今星象观测的数据误差也仅仅只有4.22′。通过多地测量，郭守敬领导太史局修订出新的历法——《授时历》，新的历法废除了以往惯用的“积年”“日法”，考证了七项天文数据，创造新的计算方法，对日月运行运动取得了新的数据和资料。
编订历法
郭守敬等人极其重视前代历法的研究，他们“遍考自汉以来历书四十余家，精思推算”，尽量择其优者而从之。可以说，《授时历》是大量吸收前人的研究成果，又是以一定的实测工作为依据的。在测定《授时历》之时，郭守敬带领太史局连续四年用圭表进行日影观测，最终测算出十一月初八五戌初二刻，和当今测算的时刻差别不大。《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天，即365天5小时49分12秒，与地球绕太阳公转的实际时间只差26秒钟，和现在世界上通用的《格里高利历》（俗称的阳历）的周期一样，但《格里高利历》是1582年（明万历十年）开始使用的，比郭守敬的《授时历》晚三百多年。除此之外，郭守敬还推算出黄赤大距为古度23度90分，和当今通用制的误差只有1′22″.5，这精度要大大高于同时期国外天文学家测量的度数。
仪器制作
郭守敬为天文测精心设计、制造了的仪器多达17种。其中为太史院设计的仪器有观测使用的仪器有简仪、候极仪和立运仪、仰仪、赤道式日晷和星晷定时仪；为演示使用的仪器有浑天象、证理仪、日月食仪等；兼具观测和演示两种功能的仪器有玲珑仪。
简仪：这是一种天文观测设备，是郭守敬根据前代天文观测器具浑仪简化而来。郭守敬取消了浑仪的白道环，只保留其基本环圈系统，还将其从层层套圈中分离出来各自独立设置。
景符：中国古代观测天文主要使用圭表测量正午太阳影子长度，这种圭表一般都比较高，郭守敬为了提高观测精度将表的高度增加四尺。高度增加后，观测精度也提高了，但是表身增加后，表端影子容易模糊。为了解决这个问题，郭守敬在表端设置一根横梁，又利用小孔成像的原理将景符放置在圭面上来回移动。
窥几：为了方便中国古代天文仪器观测光线比较暗淡的恒星和月亮，郭守敬还创造了窥几。这是一个长六尺，宽二尺，高四尺的长方形桌子，桌子上开了一条长四尺，宽二尺的南北长方形长缝。
仰仪：仰仪同简仪一样是一种天文观测仪器，主要是观测日食，被认为是郭守敬的代表发明之一。仰仪构造简单，是一座铜制半球仪器，形似一口大锅，直径一丈二尺，深六尺，球内沿刻水沟，用以矫正仪器，球体内部刻有赤道坐标网，和地平上的半个天球呈球心对应。在其南部放置东西向横杆和南北向缩杆，缩杆末端延伸到半球中心，装有一块中央有小孔、可以上下和左右旋转的小方板。观测时，让小方板正对太阳，使太阳光通过小孔在球面上形成光点，读取球面坐标网刻度可以判断太阳的位置。
浑天象：浑天象也称为浑象，是今天球仪的前身。浑天象铜球构造，球体表面雕刻有周天星官，球心有枢轴，可以围绕南北极转动。借助球体可以演示日月星辰的东升西落以及各种天象。
数学
在编写《授时历》计算日、月、五星运行之时，郭守敬采取了“三次差内插法”即“平定立三差”法，这种算法在中国获得了推崇，比欧洲早了三四百年。在推算过程中，郭守敬还使用了“割圆求矢术”，这是一种高次方程的数值解法，这种解法是从高位到地位逐位求正跟的不足近似值，在揭发上独居特色。除此之外，在“推算黄道各度下赤道积度术”时，郭守敬采取了“割圆求矢术”，也就是球面几何法，由已知弧长求另一弧长，这种算法和球面三角中求解直角弧三角形的方法很接近。这种算法在数学方面的意义是开辟了通往球面三角形的途径。
水利
郭守敬一生中“前后条奏（水利）便宜凡二十余事，相治河渠泊堰大小数百余所”，完成了大量高质量的水利工程设计工作，这些均建立在实地勘测地形和水文的基础之上。通过实地勘测，郭守敬领导了通州区大都之间的运河疏浚工作，开通了通州到大都的运河。在开通大运河的时候，郭守敬创造性的在昆明湖自通州高丽庄之间运河十里设置设一个闸，再根据地形增建中闸，方面控制水流。通惠河是联通中国南北的重要运河，方便了南方大型的物资运送船直达大都。北京市至今供水工程用到的密渠还是当初郭守敬引水的路线。
地理
在处理水利相关事宜的时候，郭守敬实地考察，多出测量。其中他创新性的总结标高概念就是他在水利工程中总结出的突出案例。近代水平测量是以海平面做零点来标注各地的水平高度，而郭守敬提出让元大都东面的海平面为基准，进而测量周边地形的水平高度，该测量方法比西方早五六百年。这种以海平面作为基准，比较大都（今北京）和汴梁（今开封市）两地地形高下之差，这是地理学上的一个重要概念“海拔”的创始。郭守敬在西夏水利工程结束后曾溯黄河之流而上，探寻黄河的发源地。虽然郭守敬没能探测到黄河河源，但是他也是以科学考察本身为目的，专程探求黄河河源的第一人。郭守敬的探查结果没有记载流传下来，但是至元十七年（1280）都实奉孛儿只斤·忽必烈之命专程考察河源的纪实后撰写了《河源记》，郭守敬作为先驱者，对都实的探测提供了有利的资料。
人物影响
天文学
郭守敬领导太史局制定的《授时历》是汤昭平古代最精密的历法。《授时历》自元朝颁布后，明朝也在使用，其长达364年的运行时间是中国古代历法中使用最久的一种的历法。之后该历法传播至卫满朝鲜和日本，在日本，日本学者还根据该历法制定了大和历，之后百年，日本关于《授时历》的著作多达百种。郭守敬在制定《授时历》时，观测的天文数据，和当今使用的数值误差极小。
水利工程
郭守敬在青年时期便组织翻新了达活泉上的古桥文乃、还在西夏修筑水渠，之后郭守敬又向孛儿只斤·忽必烈提出一套完整的治水建议。这些建议影响深远，由郭守敬主持引导的玉泉水在上世纪五十年代还是北京的重要饮用水。在西夏修复水渠期间，郭守敬还沿途勘测水渠河流，寻找黄河的源头，成为黄河寻源的第一人。
主要著作
据《元史·郭守敬传》记载，郭守敬编撰的天文历法著作有《推步》《立成》《历议拟稿》《转神选择》《上中下三历注式》《时候笺注》《修历源流》《仪象法式》《二至晷景考》《五星细行考五十卷》《古今交食考》《新测二十八舍杂坐诸星入宿去极》《新测无名诸星》《月离考》 等十四种，共105卷，是中国古代天文学家中著作最丰的一位，但是这些书籍在元朝灭亡之时被统治者带往大漠后流失，少数内容在《元史·历志》中有记载。这些书籍主要有晚年郭守敬还编写的《推步》第七卷，《立成》二卷，《历议拟稿》第三卷，《转神选择》二卷，《上中下三历注式》十二卷。除此之外还有《时候笺注》二卷，《修改源流》一卷。晚年，郭守敬回到太史院后还编写了《仪象法式》二卷，《二至晷景考》二十卷，《五星细行考》五十卷，《古今交食考》五十卷，《新测二十八星宿杂座诸星入宿去极》一卷，《新测无名诸星》一卷和《月离考》一卷。
人物评价
中国科学家茅以升：郭守敬不仅在地上闻名，而且还在天上闻名，因为月球上边有一个山就叫郭守敬，另外太空里也有一个星叫郭守敬。
元代大臣张文谦：郭守敬熟悉水利，巧思过人。
郭守敬门人齐履谦：郭守敬德行兼备，作为老师，他在水利、数学、仪象制造上无人可及。
元成宗铁穆耳铁穆尔：“郭太史乃神人也。”
孛儿只斤·忽必烈：“如果事情能像郭守敬说的这样，那么世人就不会挨饿了。”
人物关系
后世纪念
郭守敬纪念馆：溧河乡修建的郭守敬纪念有两处，一处在郭守敬的故乡邢台市达活泉公园内，一处在北京市青羊区。邢台地区纪念馆占地50000平方米，建筑面积700平方米。纪念馆中城设郭守敬铜像、观星台、天文观测台、青少年观测室等。该纪念馆修建于1984年，是中国教育科普基地、全国青少年科技教育基地。北京地区的纪念馆修建于1988年，最初是元代的汇通祠，后改建为郭守敬纪念馆。纪念馆展示了郭守敬的生平、元代水关模型、元代钱粮相关的书籍。
郭守敬环形山：1970年，国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。
郭守敬小行星：1977年，国际小行星中心将郭守敬星命名为“郭守敬小行星” 。
LAMOST望远镜：中科院国家天文台也将国家重大科技基础设施LAMOST望远镜命名为“郭守敬天文望远镜”。