備者,豈淺鮮哉!”
龔振麟總結鑄炮經驗,撰寫出《鑄炮鐵模圖說》,分送中國沿海各軍營,加以推廣。龔振麟發明的鑄模鑄炮法,早於西方30年,這是中國近代少有的一項領先世界的科技成就。《鑄炮鐵模圖說》是世界上最早論述鐵模鑄造法的科技文獻之一。特別是龔振麟為保衛祖國,反抗侵略,廢寢忘食,刻苦鑽研科技的愛國主義精神,很值得我們繼承、發揚。
郭守敬改革圭表
元朝初年,沿用金朝的《重修大明曆》。由於這部曆法使用多年,誤差積累日益顯著,根據它預推天象,往往不準。
1276年,元軍攻佔南宋都城臨安(今浙江省杭州市),全國統一已成定局。就在這一年,元世祖忽必烈入住大都,決定編制新曆,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曆工作。編制新曆工作一開始,郭守敬就提出:“制訂曆法的根本在於實際觀測,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。”
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、測定天體在空中執行位置的工具;另一類為圭表,它是用來測定二十四節氣,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,它可以用竹木製作,也可以用金石製作:“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麼位置,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,一個時辰合現今兩小時。這在天文曆法上是很大的誤差。最後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,然後針對各個原因,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,測量的資料精確多了,按此例推算節氣的誤差也就明顯減少了。另外,高表頂部還架設了一根橫樑。
高表還不能徹底解決表影邊緣清晰度的問題。郭守敬創造了一個稱為“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,以便調節其傾斜度。將景符放置在圭面上,正對太陽,日光透過小孔,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,使符面垂直於日光,然後前後移動景符,使太陽、高表頂部橫樑與符上小孔三者正好處在同一條直線上,那麼,圭面上所顯露出的太陽像跟米粒大小,亮晶晶的,中間有一條細如髮絲的橫樑影子,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於1277年夏天。這對於編制新曆具有重大意義。元朝編制的《授時歷》於1281年頒佈推行。《授時歷》以365。2425日為一回歸年,現代測定的一回歸年為365。2419日,兩者相關僅26秒。現在世界通用的公曆,即格里高利曆,同樣採用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,元朝滅亡後,下落不明。幸好現今在河南