中外科学家发明家丛书:郭守敬_2-第1章

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　　　　　郭守敬——我国元代杰出的科学技术专家。他具有多种学识和才能，在　

地形测量、机械构造、仪器制作、农田水利建设、河道工程修建，以及算学　

与天文历法等方面，都取得了辉煌成就。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一、勤奋学习的少年　



　　　　　我国元朝大科学家郭守敬，号若思，蒙古大汗窝阔台3年　（公元1231　

年，即南宋理宗赵昀绍定四年）出生在邢台市一带，也就是现在的河北省邢　

台县。13世纪初叶，我国北部主要为金朝所统治，南方则处在南宋王朝的统　

治之下。金朝统治地区的北部，过着游牧生活、处于氏族部落后期的蒙古族　

正日益强大，不断向外扩展。1206年，成吉思汗统一蒙古各部建立蒙古汗国　

以后，率兵南下攻打金朝。1214进逼金京中都（今北京市西南部）北郊。金　

宣宗完颜珣自中都迁都到开封。成吉思汗元年（1215年），便占领了中都，　

改称燕京。5年后的1220年，蒙古兵攻入邢台。成吉思汗死后，第三子窝阔　

台于1229年继位做了大汗。窝阔台6年（金哀宗完颜守绪天兴3年）的时候，　

蒙古大汗与南宋合兵，攻下蔡州（今河南省汝南），灭了金朝，统治了整个　

北方。　

　　　　　此后，窝阔台的继承者和南宋对峙了数十年。成吉思汗的孙子蒙哥于　

1251年当上大汗时，将大沙漠以南领土上的军事大事，都嘱托交给了忽必　

烈。蒙哥是成吉思汗第四子拖雷的长子。忽必烈是蒙哥的弟弟，拖雷的第四　

子。忽必烈开府于滦河上游之地，于是我国北部便处于忽必烈的统治之下。　

忽必烈在1260年蒙哥死后抢位自立为大汗，依中原制度称皇帝，并且采用年　

号纪年，称为中统。中统5年（1264年）又改号为至元元年，并在至元8年　

　（1271年）正式建立国号，称为“大元”。不久，元兵继续南进，灭南宋，　

并在至元16年　（1279年）完全略定了南宋。从此，南北统一，建立了一个　

统一的多民族国家。郭守敬就是在元朝统治下出生和成长的。　

　　　　　郭守敬的父亲大概在早年去世，具体情况和经历已不详。郭守敬从小是　

跟着祖父长大的。他的祖父郭荣，号鸳水，学识丰富，不但通晓五经，还精　

于数学、天文、水利等多种学术，经常和当地一些士大夫在一起谈论研究学　

问。在中小地主阶级的家庭中，在祖父的教育影响下，郭守敬小时候就很喜　

欢学习科学自然等知识。郭守敬志于学而笃于行，他在童年时不爱和年岁相　

若的孩子们嬉戏，而常常热衷于观察周围自然界发生的各种现象；对书本里　

讲到的一些事物，他总想搞清楚其中的奥妙。在老祖父的亲自管教下，他继　

承祖业，每天用心念书，有时候也弄些容易到手的材料做些自己有兴味的玩　

意。　

　　　　　郭守敬有个老朋友，名叫刘侃，字仲晦，后来改名为刘秉忠。此人知识　

面很广，精研古代的《易经》和宋代邵雍的《皇极经世》，深通天文、算数、　

地理、音律、三式　（术数）等各类学识。他生于邢州，由于不得志，青年时　

代便出家到武安　（今河北武安）丛山中的天宁寺当和尚，法名子聪，自号藏　

春散人。后来他随一个很受蒙古人信任的海云和尚北上。海云是受封于蒙哥　

汗掌管天下佛教的一个有权势的僧人。经海云介绍，子聪见到忽必烈。忽必　

烈甚为器重他，找他在藩邸当顾问，经常向他咨询国家大事。子聪原是与郭　

荣谈得来的熟朋友，郭荣则对他的博学多识，十分钦佩。大约在郭守敬十多　

岁时，子聪的父亲死了，子聪回到邢州奔丧。三年服丧期间，他在邢州西南　


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一百四十里的磁州（今河北磁县）武安县的紫金山，与老朋友张文谦，张易　

一起读书，还带了个原籍唐县（今河北唐县）的少年王恂在一起研习。郭荣　

趁机叫郭守敬到紫金山去随子聪等一同学习。金末元初，北方民间讲学之风　

相当盛行。虽然处在战乱年代，各地却常有一些志同道合之士，聚在一起研　

讨各种学问。所以，元初出仕的那些士大夫中，颇有一些杰出的人才。特别　

是王恂，他字敬甫，中山唐县（今河北省唐县）人，他比郭守敬小四、五岁，　

博学多识，是我国历史上出类拔萃的天文数学家。在紫金山研习的这几个人，　

后来相继进入元廷。有的在政务上做出贡献，有的在科学方面有所发明。这　

三年中，郭守敬在天文、算学，历法等各方面的学问，都有很大长进。尤其　

是算学，那是研究天文历法的重要工具和基础，郭守敬和同学在共同学习和　

钻研中，在继承和发展前人成果方面，造诣更深。这对他以后的事业有着重　

大影响。　

　　　　　郭守敬十五、六岁的时候，曾获得一幅拓印的《莲花漏图》。莲花漏是　

一种构造并不简单的仪器。它是北宋时期燕肃在前代漏壶的基础上加以改进　

而发明创造的。这是一种利用滴水来计量时间的仪器，是我国古代一种比较　

精确的漏壶。这种计时仪器由一整套的水箱、水壶、吸水管、带有刻度的箭，　

以及其它一些部件组成。壶中水位的高低，水质的洁净与否，都影响到水从　

壶嘴流出的速度。采取一套箱壶，使主要的那只大壶里的水保持常满，让水　

均匀地漏到箭壶里，流速保持稳定，可使插在壶中的箭逐步均匀上升。看箭　

杆上的刻度读数，便可知道是什么时刻了。由于水壶的若干部分以及箭都制　

成了莲花、莲蓬和莲叶的形状，因此，取名莲花漏。又因燕肃是在宋仁宗赵　

祯天圣9年　（1031年）创制的，又叫天圣莲花漏。4季中气温有所变动，水　

的温度也就不同，这使水的粘滞性有所变化。粘性的变化又会影响水的流速　

和流量，这就关系到漏壶计时的准确性。再则，地球绕太阳公转时，地轴是　

倾斜的，犹如陀螺旋转时它的轴会倾侧，其理相同。地球在轨道上的运行又　

是冬天略快，夏天略慢（对北半球而言）。因此，一年中每天日子的长短不　

一样。冬夏两季稍长，春秋两季略短，最长和最短的日子可差50秒钟。现在　

每天用24小时来计时，是取个平均值，叫做平太阳日。由于这许多因素，主　

要是昼夜时刻长短不同的因素，莲花漏壶中使用上漆的桐木箭，全套共有48　

支。白天和黑夜分别依其时间长度各用一支，又随24个节气变化而更换使　

用。古代的计时把一天分成一百刻。莲花漏的四尺长箭上，一刻又分成　60　

分，每分约合现代的14。4秒。所以它就有较高的准确性。燕肃为了推广他对　

漏壶的这种改进，曾在许多地方将莲花漏的图样刻在石碑上，好让大家容易　

见到。宋金时代，莲花漏流传得相当广泛，很多地方的城墙的谯楼上都放置　

着一套莲花漏，给当地的居民做为计时的依据。　

　　　　　动乱的战争年代，到处遭破坏，莲花漏变得很稀罕、极少见到了。单凭　

一张图，成年人也弄不清它的原理和构造。少年郭守敬得到这幅图后，认真　

加以琢磨。他很快就弄懂了莲花漏的原理，并能讲得清清楚楚。聪明在于勤　

奋。并不是郭守敬的天赋特别高，而是他具有善于思考，不畏困难，而且刻　

苦钻研的顽强精神。他用竹篾仿照古图扎制浑天仪，并且运用它来进行实际　

观测。正是在这一段少年时期，郭守敬勤奋学习并能结合实际，学以致用。　

　　　　　元朝统治的北方农业地区，掳掠破坏极为严重。由于遭到长期的战争破　

坏，大片农田废弃，不少被圈作牧场。民族压迫深重，生产急剧下降。这就　

不利于元朝贵族对一个比较先进的封建国家的统治。忽必烈在辖领北方之　


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初，曾网罗了一批汉族地主阶级中的上层知识分子，担任重要职务或当参谋。　

其中比较有名的，就有刘秉忠，以及他所推荐的张文谦　（忽必烈任用他为王　

府书记），还有许衡、姚枢、窦默等人。这些人从地主阶级的根本立场和长　

远利益出发，根据历来封建统治阶级治理天下的一些基本政策，为忽必烈制　

订了若干政治经济措施。　

　　　　　在金代，邢州本来人口繁盛，经济殷实，计有700多户，但是，经过战　

争的破坏，农业极度衰退。而到贵由汗年间（1246—1284年），只剩下500　

余户了。在这种情况下，张文谦向忽必烈建议：派良吏去治理居南北要冲的　

邢州，以为其它地方示范。忽必烈同意了，设立邢州安抚司，由脱兀脱、张　

耕任安抚使。刘肃任商榷使，张、刘等到任后，采取了一些安抚措施，如兴　

办冶铁作坊，招集流散的百姓，进行恢复生产等工作。　

　　　　　农业生产与水利关系密切，张、刘二人也就从事一些水道的整治工作。　

当时邢州城北有三条河流。南面一条最大的名潦水，靠城流经2、3里后，东　

向流入蔡水。金元战争的混乱年代，河渠水道无人管理，河水破堤而出，四　

散漫淹，城北低洼处一片沼泽，连冬天也不见干涸。北面有两道小河，近潦　

水的叫达治泉，稍外一条名野孤泉。在漫流的泥沙堆积下，它们又一起淤塞　

了。出邢州城北门原有三座石桥跨越三条河流，是城北道衢大路。中间达治　

泉上那座古老的小石桥，战乱后倾没在大片沉积的泥沙中。30年过去了，连　

踪影也见不到了。人们行经那里时，不得不提起衣裳涉水而过。后来有些好　

心人在达治泉与野狐泉渡口处安上了几根木梁作桥，暂时应付一下，常架常　

坏，问题根本没有解决。这时，张耕和刘肃便邀请年青的郭守敬到城北的现　

场。年仅21岁的郭守敬，在察勘之后，按照水位、流量和灌溉需要等条件，　

进行了治理设计工作。他规定了河道的位置，拟订了路线，确定了堤岸的尺　

寸，核算了需要的工时等。并提出治理规划。疏浚工程开始，把三条河水导　

向下游。在郭守敬指出应该设桥的地方，挖出了原来的小石桥。从此，潦水　

依然沿旧河道由南桥下流去，不再泛滥。修整的新石桥与北桥分别引二泉东　

去，汇合于柳公泉。北去燕京的大路上，过往的行人再也不用跋涉于泥淖之　

中了。农田得到了灌溉之便，大大促进了当地生产的恢复。郭守敬规划的这　

一项河道工程，只征调了400多人，干了40多天，就顺利完工了。办了这件　

事，解决了30年来的老问题，对人民生活有很多好处。于是事迹在邢台市周　

围传播开去，郭守敬的技能才干得到了大家的赞扬。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　二、修复唐来、汉延等河渠　



　　　　　在忽必烈那里当顾问的子聪和尚，颇得忽必烈的赏识和信任。1253年，　

在忽必烈进兵大理，途经六盘山的时候，子聪又介绍了只有十九岁的王恂给　

忽必烈。忽必烈对王恂大为赏识，派他做次子珍戬的伴读。与此同时，当年　

在紫金山与郭守敬同学的一班人，差不多都相继担任官职。不过郭守敬暂时　

还未进入仕途。他是个好学的人，这段时期，他潜心学术，积累知识，为以　

后的科研工作打下基础。　

　　　　　忽必烈总管漠南地区以来，曾两度驻在背靠沙漠的草原南缘，原金代桓　

州的东部。蒙哥汗6年（1256年），忽必烈叫子聪在这一带踏勘地形，选定　

滦河上游龙冈的南侧，即现在正蓝旗境内敦达浩特东约20公里的闪电河北岸　

的一百零八庙营造宫室城廓，作为他的根椐地。3年后，正当这首府建成的　


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时候，蒙哥汗于9年（1259年）初秋攻打四川合川的战役中阵亡了。元军撤　

围北退，回到那时的都城和林（今蒙古人民共和国额尔德尼桑图附近鄂尔浑　

河上游西岸喀喇和林）。忽必烈也于年底从鄂州（湖北武昌）前线回师北返。　

第二年春天，军回龙冈，一场争夺皇位的斗争展开了。忽必烈在一些蒙古军　

事首领的支持和汉族地主士大夫的策划下，打破大汗应由贵族会议推选的蒙　

古传统，抢先自立为汗。接着他采纳了子聪的建议，下诏建立纪元称中统，　

并将龙冈驻地命名为开平府，作为都城；设立中央政权机构，称做中书省。　

他任命王文统为“平章政事”，张文谦为“左丞”，作为中央机关政权最高　

负责的官员。　

　　　　　没有多久，王、张二人渐渐发生了矛盾。正好这时忽必烈将我国北方地　

区分为十路，各设宣抚司，任命了一批宣抚使，作为地方政府机构的负责人。　

于是，张文谦被外放，以原官职兼任大名路与彰德路（今河北大名地区西部　

至河南安阳地区东部）宣抚司的宣抚使，转到地方上去了。张文谦是邢台南　

面50里的沙河人。他想起老朋友子聪和尚的学生郭守敬来了。于是，30岁　

的郭守敬应邀，告别家乡，随同张文谦上任去了。那时候，忽必烈的军事力　

量主要用于漠北，同他的汗位争夺者阿里不哥和海都打内战，因此急需巩固　

他的漠南后方。大名、彰德一带人民虽然逐渐恢复定居，但赋税繁重，又逢　

天气干旱，生活极端困苦。郭守敬深知水利是恢复农业的根本问题之一，他　

认真察看大名、彰德地区河流水渠的分布，仔细估量地势地形，周密地考虑　

引哪条水，修哪些渠，计算着能够增加多少灌溉耕地，可以给农业生产带来　

多大的好处等等。经过实地考察，在他头脑中酝酿了一整套整治水利的地区　

规划和设想。　

　　　　　张文谦在大名等地工作不到一年，次年春天回京朝见忽必烈，由于当时　

王、张矛盾暂时缓和，便又被留下来担任左丞。　

　　　　　在大名、彰德路期间，郭守敬公务之余，并没有放弃他所擅长的天文仪　

器方面的研制工作。他本已弄懂了计时仪器莲花漏的原理，只是苦于没有力　

量仿制。现在他在宣抚司官署襄办重要事务，顶头上司又是深通天文历法的　

旧日师友，乘着这个机会，他就亲自动手，带领工匠，开炉熔铜，按照早年　

所见图样，浇铸了一套正规的铜漏壶，想给地方上使用。　

　　　　　中统三年（1262年）春，张文谦向忽必烈推荐了郭守敬。忽必烈正在采　

取一些整治水利、鼓励农桑和发展经济的政策措施，急需要收罗各种人材，　

所以很快把郭守敬召到开平府接见。而郭守敬铸造的那套漏壶正好已完成，　

他给起名“宝山漏”，并把漏壶送到了燕京，献给元政府。因为这套计时仪　

器构造相当精巧，水的流动速度比较均匀，计量时间也比较准确，后来元代　

的司天台（即国家天文台）上也采用了漏壶作为计时的工具。　

　　　　　郭守敬进入元朝政府，最初被任命为提举诸路河渠，后来升任都水少监、　

都水监以至工部郎中，都是主管水利的。　

　　　　　郭守敬在开平府被召见的那天，他就向忽必烈谈起了华北平原的河渠灌　

溉情况和急需兴修的水利工程。他根据自己勘察的结果，针对当时农业生产　

的具体情况和经