邢台市图书馆

郭守敬继承和发扬了我国古代天文学家“观象授时”的传统，从实践中发现规律，借以确定季节日时，编制历法，指导农事活动及时进行。他在1299年向忽必烈提出要在全国范围内进行大规模天文测量的建议。他指出：唐朝开元九年至十三年间（721—725年）唐朝天文学家僧一行曾命南宫说带领一组人员，从北方的蔚州横野军城（今山西灵丘县东北）到南方的林邑，设立了十三处观测点进行观测。测出了当地的日影长短和北极出地高度。现今元代的疆域，比起唐代来要大得多，倘若不派遣历官分赴各远方进行实测，就不能了解各地昼夜时间长短的差距，日月星辰在天球上所处位置的不同，以及日月食的时刻与食分有何差别等各种情况。他还指出：目前从事天文研究的人员短缺，可以依南北方向挑选若干地方，树立起圭表进行测影，做一些基本的测量。忽必烈听后，觉得郭守敬所言极是，连连称赞，并马上批准实施。
  郭守敬经过仔细认真地规划和测算，决定在东起朝鲜半岛，西抵川滇及河西走廊，南及南中国海，北达西伯利亚，设立27个观测点。并分拨派遣测量队伍，派了14个监侯官负责，分道而出，开始了空前规模的四海大测验。
  郭守敬本人在忽必烈批准此事后不到一个月，就亲自带领人马从大都出发，先北上上都，再折返向南，经过阳城等处，一直到达广州和南海。他不辞辛劳，亲自动手观测天象，还在沿途建设观测站。等他到达广州，去南海测量时，已是第二年的三月了，时间已整整过去了一年。在27个观测点中，郭守敬重点选取了6个点，即南海（今西沙及中沙群岛以南）、衡岳（今湖南衡阳衡山附近）、岳台（今河南开封以西）、和林（今蒙古乌兰巴托西南）、北海（今俄罗斯西伯利亚中部）。按各地纬度之差，每个观测点差不多近乎相差十度。在大都及这6个观测点中，观测的项目较多。
  其余的20个观测地点也是有选择地遍布于全国各地。通过实测，都测出了夏至的日影长度和昼夜的时刻数，并测得了北极的出地高度，也就是当地的地理纬度。我们根据当时的测验处所、所得的地理纬度、夏至的昼长夜长时刻、圭影长度进行了比较，绘成下面三个表格。
  表一的20处当年测得的北极出地高度，即地理纬度，同现代所测比较，有九处误差不大于0.2°。20处的平均误差为0.350。其中还有益都与兴元两处，所测值与现代值完全吻合。而郭守敬亲自负责的大都、上都及阳城等地，误差只有0.2°或0.3°，都非常准确。
  从表二所记载的夏至日圭影长度资料，配合别处所载的冬至圭影的长度，用近代天文学公式计算北极出地高度及黄赤交角。我们以大都为例进行分析可分别得出：同今天所测北京的地理纬度39°55′和当时黄赤交角理论值23°32′1″相比，仅差3′2″和27″，如此微小的差距实在惊人。《元史·天文志》称“是亦古人之所未及为者也”。1631年，明代的徐光启上疏朝廷预告推算日食时则附陈四事，其中的第三条指出：测日月食自古至今，由粗入精，认为以后“四海测验”，更需按地区“详求经纬之法”。郭守敬之后的300年，徐光启仍然沿用四海测验的名称，可见郭守敬当时的四海测验真的是规模宏大，影响深远。
  从表三的数据来看，可以比较的6个处所，现在只有第三至第五个地方核查。从岳台，即今天的开封来看，现今的纬度34°30′，与按圭影计算所得的34016′8″相比，相差近13′，可谓相当接近。由此可以证明四海测验中的夏至圭影测量数值也是一项有价值并且靠得住的工作，给后代天文学测量留下了宝贵的历史资料。
  郭守敬领导的这次著名的四海测验，从南中国海到西伯利亚，从朝鲜半岛到川滇及河西走廊，南北总长一万多里（南起北纬15°，北至北纬65°，比唐代僧一行的测量范围北纬17°至北纬40°高出一倍多。东西绵延五千多里（东至东经128°，西到东经102°），其地域之广，规模之大，以及测得数据之精，不但在我国历史上是空前的，就是在当时世界上，也是一次无可比拟的大范围天文测量的壮举。它比西方成立纬度局并进行大规模的实地测量早了602年。法国著名的数学家、天文学家拉普拉斯（1749—1827）在其著名的《宇宙体系论》中高度评价了这次测量，并认为具有“卓越的精度”。