人民教育出版社 馬執(zhí)斌
元朝初年，沿用金朝的《重修大明歷》。由于這部歷法使用多年，誤差積累日益顯著，根據(jù)它預推天象，往往不準。
1276年，元軍攻占南宋都城臨安(今浙江省杭州市)，全國統(tǒng)一已成定局。就在這一年，元世祖忽必烈入住大都，決定編制新歷，特地成立專門機構──太史局。
那時候，敦守敬在水利部門任職，但他精通天文，元世祖就將他抽調出來，到太史局從事編制新歷工作。編制新歷工作一開始，郭守敬就提出：“制訂歷法的根本在于實際觀測，而觀測離不開儀表，所以準備精準的儀表是首先要考慮的問題?！?BR> 他所謂的“儀表”，是古代天文觀測的兩類主要工具。一類為渾儀，它是用來觀察、測定天體在空中運行位置的工具;另一類為圭表，它是用來測定二十四節(jié)氣，特別是冬至和夏至確切時刻的工具。
圭表的“表”，是一根垂直立在地面的標竿，它可以用竹木制作，也可以用金石制作;“圭”，是從表的跟腳沿水平向北方延伸的一條石板。每當太陽轉到正南方的時候，表影剛好落在圭面上。測量表影的長度，就可以推算出冬至、夏至等節(jié)氣的時刻。表影最短的時候就是夏至來臨。
圭表是古代中國人創(chuàng)制的一種天文儀器。這種儀器乍看起來極簡單，可使用起來卻會遇到幾個困難。首先是表影邊緣不清晰。陰影越靠近邊緣，顏色越淡，到底影子的盡頭在什么位置，很難判斷。影子的邊界不清，影長就測量不準。其次是測量影長的技術欠精密。古代量長度的尺，一般只能量到分，往下可以估計到厘，即十分之一分。按照傳統(tǒng)方法，測量冬至影長，如果量錯一分，按此推算出來的冬至時刻就會有一個或半個時辰的誤差。古代將一日分成12個時辰，一個時辰合現(xiàn)今兩小時。這在天文歷法上是很大的誤差。最后是圭表只能觀測日影，不能觀測月影和星影。
面對這些困難，唐宋以來，科學家們想過許多辦法，但始終沒有解決好。郭守敬在困難面前沒有退縮。他從分析產生困難的原因入手，然后針對各個原因，分別尋找對策，解決困難。
前代的“表”僅高八尺，表影很短，表影邊緣模糊，測量錯一點，實際誤差很大。敦守敬設計的圭表，稱為“高表”，就是把表竿增高至40尺，提高到五倍，因而觀測時的表影也加長到五倍。表影加長了，表影邊緣的清晰度明顯提高，測量的數(shù)據(jù)精確多了，按此例推算節(jié)氣的誤差也就明顯減少了。另外，高表頂部還架設了一根橫梁。
高表還不能徹底解決表影邊緣清晰度的問題。郭守敬創(chuàng)造了一個稱為“景符”的輔助儀器，用來提高測量的效果。景符，即影符。它是一片四寸長、二寸寬的銅葉，正中開一個針孔那樣的小洞。銅葉的一端用樞紐接在一個二寸見方的框子邊上;另一端用小棍支撐起來，就跟箱子蓋那樣可以自由啟閉，以便調節(jié)其傾斜度。將景符放置在圭面上，正對太陽，日光通過小孔，射到圭面上，就會形成一個極微小的太陽像，非常明亮。測量正午日影時，先將景符放在圭面上影端旁邊，使符面垂直于日光，然后前后移動景符，使太陽、高表頂部橫梁與符上小孔三者正好處在同一條直線上，那么，圭面上所顯露出的太陽像跟米粒大小，亮晶晶的，中間有一條細如發(fā)絲的橫梁影子，立刻記下它的位置，就可以測量日影的長度了。這樣的表影長度，當然會比以前圭表測影要精確得多。
郭守敬還創(chuàng)造了一個叫做“窺幾”的輔助儀器，使圭表在星光和月光下，同樣可以測量影長。
郭守敬改革圭表的工作大約完成于1277年夏天。這對于編制新歷具有重大意義。元朝編制的《授時歷》于1281年頒布推行。《授時歷》以365.2425日為一回歸年，現(xiàn)代測定的一回歸年為365.2419日，兩者相關僅26秒。現(xiàn)在世界通用的公歷，即格里高利歷，同樣采用365.2425日為一回歸年，但它的頒行，要比《授時歷》晚300年。
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郭守敬改革的圭表，原來聳立在元大都，元朝滅亡后，下落不明。幸好現(xiàn)今在河南省登封縣告成鎮(zhèn)還保存著一座磚石結構的古觀星臺，其中主要部分就是郭守敬制造的圭表。當?shù)厝罕娊o它卻了一個豪邁的名字──“量天尺”。
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