第一节
仰观天文

天六地五，数之常也。经之以天，纬之以地。

——《国语·周语》

仰以观于天文，俯以察于地理。

——《易经·系辞》

晴朗的夜空是美丽的。在广漠的天穹上，千万颗星星闪烁，河汉纵横，明月圆缺，偶见流星划破夜幕流坠天际。星空的炫丽、幽邃与神秘，吸引着人们好奇的目光，凝聚着人们探秘的思索。我们仰望星空，会发现月球上的那些影影绰绰的环形山，这些环形山有4座是以中国古代天文学家的名字命名的，他们是战国的石申、东汉的张衡、南朝的祖冲之和元代的郭守敬。

一 甘德石申

战国时期，齐国的甘德和魏国的石申是两位最为突出的天文学家。当时，在他们生活的年代，根本没有观测星空的精密仪器，他们仅靠肉眼，一直长期坚持对星空的细致观察，寒来暑往，最后终于取得了重要的天文发现。

石申最早观察到金、木、水、火、土五颗行星并分别给它们命了名。他最感兴趣的是木星，他还发现了木星的卫星。甘德不但记录了金、木、水、火、土五颗行星的运行情况及规律，还发现了火星、金星的逆行现象。他们把观测记录的数据做了详细记录，形成了石申的《天文》和甘德的《星占》，被后人结合起来称为《甘石星经》。

《甘石星经》是世界上最早的天文学著作，书中记录了800多颗恒星的名字，还提到了日食、月食、日珥、太阳黑子等现象。《甘石星经》中的恒星表是世界上最早的恒星表，比欧洲第一个恒星表——希腊伊巴谷的星表早约200年。后世天文学家在测量星体的位置及其运动时，大都要参照《甘石星经》中的数据。

为纪念石申的功绩，国际月面地名命名委员会把月球背面的一座环形山命名为“石申环形山”。

二 “科圣”张衡

张衡（78—139），生于南阳郡西鄂县石桥镇（今河南南阳），是东汉时期著名的天文学家、数学家、文学家以及艺术家。他精通天文历法，观察并记录了2500多颗恒星；制作了世界上最早利用水力转动的浑天仪、世界上第一架地震仪——地动仪，以及候风仪、指南车等多项器具。张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展做出了杰出的贡献，被后人誉为“科圣”。

儿时的张衡天资聪明，诚恳谦虚，特别喜欢思考问题。他对自然界中的万事万物都充满了兴趣。少年时期，由于父亲的早逝，家里的生活十分清苦。但是贫困的生活，不仅没有影响他的求知欲望，反而更加激励他刻苦忘我地学习。他阅读了大量的书籍，积累了丰富的知识，文章也写得很出色。34岁那年，皇帝就召他进京做官，主要负责观察天象、记录灾情的工作。

从此，张衡常常仰望星空，观察星空的变化。张衡把书本知识以及观察到的材料，进行分析研究，并将研究的心得写成了一本书，叫作《灵宪》。

张衡根据《灵宪》的理论，开始设计、制造仪器了。

公元117年，张衡发明了世界上第一台天文仪器——浑天仪。它有南北两极，刻有赤道、黄道、二十四节气等，与现代的天文仪器的科学模型十分接近。而且在张衡所造的浑天仪上，可以清晰地看到太空中的星象。

在张衡所处的东汉时代，各种自然灾害频繁地发生，地震带来的灾难尤为严重。这引起了张衡的思考。他想，能不能制造一种在地震发生后准确测定其方位的仪器呢？定下目标以后，他查阅了大量关于地震的资料，并且多次实地勘测。有一次，他把测震仪插入大地，刚要读取数据，一波剧烈的余震袭来，离他不远处的一道土墙轰然坍塌。幸亏他眼疾手快，往旁边一跳，才躲过一劫。他拍拍身上的灰土，继续观察仪器上的数据。远处的老百姓十分不理解他的做法，认为他简直是疯了。但张衡不为所动，仍然夜以继日地研究。

公元132年，张衡经过努力钻研，终于又发明创造了世界上第一台能预报地震的仪器——候风地动仪。这台地动仪，整体结构是用青铜制成，形状像个酒坛子，四周铸着八条龙，每条龙口里含着一个小铜球，每个龙头下面都蹲着一只张着大嘴的铜蛤蟆。只要哪一条龙口中的铜球吐了出来，就预示着那个方向发生地震了。

公元138年2月的一天，地动仪上正对着西方的龙突然张开嘴，吐出了铜球。张衡知道，一定是西方发生了地震！他急忙向朝廷禀告。官员们议论纷纷，都说张衡的地动仪是骗人的，张衡并没有反驳。

过了几天，信使飞马来报，在离洛阳500多千米的金城、陇西一带发生了大地震，连山上的大石头都崩塌下来了。大家一算，那正是铜球落到蛤蟆嘴里的那天，大家这才信服了张衡和他的地动仪。

张衡在科学上的创造发明是伟大的，他让科技造福了生命。人们为了纪念张衡的功绩，联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。

三 祖冲之

祖冲之（429—500），祖籍范阳郡遒县（今河北涞水），南北朝时期人，是中国杰出的数学家、科学家。为了纪念这位伟大的古代科学家，中国科学院紫金山天文台将国际编号为1888的小行星命名为“祖冲之星”；1967年，国际天文学家联合会又把月亮背面发现的一组环形山命名为“祖冲之环形山”。

祖家世代掌管历法，祖冲之从小就受到良好的家庭教育，对于自然科学、文学和哲学他都很感兴趣。尤其是天文、数学和机械制造方面，他下了许多苦功夫去研究，早在青年时代，就有了“博学”的名气。

祖冲之一生刻苦钻研科学技术，获得了重大成就。

462年，祖冲之将《大明历》送给当时的官府，希望能代替当时采用的旧历，将之作为新历颁行。但宋孝武帝根本不懂历法，就命令他的宠臣──懂得天文历法的戴法兴出面和祖冲之辩论。戴法兴是一个保守主义者，他在辩论中提出许多非难的意见，企图把祖冲之驳倒，不改行新历，可是都被祖冲之用事实一一驳回。祖冲之当时只是一个官位很低的小官吏，却敢于对戴法兴这样的权贵进行义正词严的批驳，不迷信传统学说，坚持自己的新主张和看法，这种无畏的精神是最可贵的。辩论到最后，双方都不肯让步。在场的多数大臣都认为祖冲之是正确的，但惧怕戴法兴的权势，所以不敢出面支持。其中一个叫巢尚之的大臣，也是皇帝的亲信，他举出了不少事实说明了《大明历》优于旧历。宋孝武帝通过双方的辩论也知道了《大明历》的优点，于是决定在465年改用新历。这场辩论也成为中国历法史上著名的论战之一。

后来齐高帝辅政，就命祖冲之研究古法，想办法重新制造一部指南车。祖冲之经过潜心钻研，改用铜为原料制造指南车。这辆铜制的指南车不管怎么转动，都始终指向一个方向──南方，这是一项少有的高超技术。

至今，我们也不得而知，在1600多年前的南北朝战乱时期，祖冲之是出于什么原因要去推算圆周率。总之，为了求得一个统一的周长，祖冲之推着自家的独轮车，在不同的亭子间来回往复、丈量。最终，一个精准的数字3.1415926问世。此后的1100年无人超越。直到15世纪初，阿拉伯数学家卡西才将这一数字推算到小数点后15位。

今天，祖冲之的车辙碾过的地方，也都还叫着上车亭、下车亭、东车亭、西车亭。2007年，在祖冲之的老家——涞水县的下车亭村，祖冲之的后人用7年的苦心钻研，成功地制作出久已失传的指南车，车上的木人永远指向南方。他们用这样的方式，向自己的祖辈致敬，也向一种脚踏实地、永不疲倦的科学精神致敬……

四 刘徽

今天，圆周率正在世界的每一个角落起着重要的作用。而在中国数学史上，与圆周率密切相关的还有一个伟大的创见和发明——割圆术，它是由魏晋时期杰出的数学家刘徽最早创立的。

刘徽（约225—295），淄乡（今山东邹平）人，中国古典数学理论的奠基人和代表人物。他的杰作《九章算术注》和《海岛算经》，是中国最宝贵的数学遗产。其杰出贡献首推他在《九章算术注》中创立的割圆术，为圆周率研究工作奠定了理论基础，并提出了科学的技术方法。

刘徽思想敏捷，方法灵活，他既提倡推理又主张直观，是中国最早明确主张用逻辑推理的方式来论证数学命题的人。刘徽的一生是为数学刻苦探求的一生，他为了圆周率的计算一直潜心钻研、孜孜以求。一次，刘徽看到石匠在加工石头，觉得很有趣就仔细观察了起来。“哇！原本一块方石，经石匠师傅凿去四角，就变成了八角形的石头。再去八个角，又变成了十六边形。”一斧一斧地凿下去，一块方形石料就被加工成了一根光滑的圆柱。谁会想到，在一般人看来非常普通的事情，却触发了刘徽智慧的火花。他想：“石匠加工石料的方法，可不可以用在圆周率的研究上呢？”于是，刘徽采用这个方法，把圆逐渐分割下去，一试果然有效。于是，他发明了亘古未有的“割圆术”。沿着割圆术的思路，他最终推算出更精确的圆周率值π=3.1416。

有了割圆术，也就有了计算圆周率的理论和方法。π值是否正确，直接关系到天文历法、度量衡、水利工程和土木建筑等方面的应用，所以精确计算π值，在理论上和实践上都有重要意义。刘徽提出的割圆术，奠定了此后千余年来中国圆周率计算在世界上的领先地位。祖冲之将圆周率推算到小数点后第七位，正是得益于此。

五 郭守敬

郭守敬（1231—1316），字若思，邢州（今河北邢台）人，著名的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。

郭守敬自幼便受到良好的科学熏陶。他祖父郭荣学识渊博，不但通晓经书，对数学、天文、水利等都有研究。在祖父的影响下，他对科学发生了浓厚的兴趣，深邃奥妙的天空被爷爷指点得清晰而明白。15岁时，郭守敬就根据古书中的浑仪图画，模仿制作并观测天象。在同伴们面朝黄土背朝天时，郭守敬早已把眼光投向了更为广阔的天空。16岁时，郭荣将他送到紫金山书院，拜刘秉忠为师，潜心学习数学、地理和水利，开始了自己洞天察地的学业。

元世祖忽必烈统一北方后，为了发展农业生产，决定整治水利，征求这方面的人才。张文谦把郭守敬推荐给忽必烈，忽必烈很快就召见了郭守敬。郭守敬对北方水利情况十分熟悉，当时就提出六条整治水利的措施。忽必烈听了十分满意，每听完一条，就点头赞许。最后，他很感慨地说：“让这样的人去办事，才不会是摆空架子吃闲饭的呢。”

郭守敬不但治水，还对天文历法等方面的工作投入了巨大的心血。

元初，历法混乱，多误农时。1276年，忽必烈诏令46岁的郭守敬制定新的历法。郭守敬指出，要正确地制定历法就需要仔细观测天象，而观测必须依靠仪表。他首先集中精力，投入天文仪器、仪表的创制工作。郭守敬先后创制了简仪、高表、景符、仰仪、候极仪等十多件观测天象的仪器，又创造了玲珑仪、灵台水浑等能够表演天象的仪器，并且在大都的城东，设计建造了当时世界上设备最完善的天文台“灵台”。

1279年，郭守敬组织了历史上规模空前的观测活动，他在全国设了27个观测点，选派了14个监候官员分别到各地进行观测。他也亲自带人到几个重要的观测点去观测。郭守敬根据大量数据，花了两年的时间，编出了一部新的历法，叫《授时历》。《授时历》确定每年为365.2425天，比地球绕太阳转一周的实际时间只差26秒，与现在世界上通用的公历“格利哥里历”周期相同，但格利哥里历比《授时历》晚了整整300年。《授时历》是中国古代最优秀的一部历法，也是中国古代颁用时间最长的一部历法。

为纪念郭守敬的卓越贡献，1977年，中国科学院紫金山天文台把一颗国际编号为2012号的小行星，命名为“郭守敬星”；1981年，国际天文学会再次将月球背面西经134度、北纬8度的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。

蔚蓝苍穹，对着满天星斗，所有的人都只能采取一个姿势：仰望。今天，当我们再次仰望天空，望着月球上那影影绰绰的环形山，不由地感佩，这些生长于中国古老大地的科技大师，他们的智慧、灵性、贡献，穿越千年，依然影响后世，幽光深远。 zBjq1GcipwLue1z0NOKFhaohVK2jfqJ3WIRgE0qeWYN1NntCoB70XoZeEBV9lLhC