四海测验

天文测量的科学实验

元代科学家郭守敬等发起并组织的大规模全国天文测量。从1279年开始，在当时的元朝疆域之内27个地点进行。与现代值相比，平均误差在0.2°至0.35°之间，有两处则与现代值完全相等。这次四海测验，为编制《授时历》奠定了基础。

背景介绍

公元1279年（至元十六年），元朝天文学家郭守敬（1231-1316）为同知太史院事时，向元世祖忽必烈提出在全国范围进行大规模天文测量的建议。他指出唐朝开元年间天文学家僧一行曾命令南宫说带领一组人员，在全国13处观测点进行天文测量，现今元代的疆域比唐代还大，若不分赴各地进行实测，就不能了解日月食的时刻和食分数，各地昼夜长短的差距，日月星辰在天球上的位置等等，忽必烈听后非常赞同，并马上批准实施。由此四海大测验拉开帷幕。（“唐开元年间，令南宫说天下测影，书中见者有十三处，今疆域比唐代大，若不远方测验，日月交食分数，时刻不同，昼夜长短不同，日月星辰去天高下不同，即日测验人少可先南北立表取直测影。）

测量工具

郭守敬在四海测验期间，亲自主持建造了河南登封观星台，现已被列入国家重点文物保护单位。观星台，是按登封观星台1：1的比例仿建的。它由两部分组成，一是梯台体建筑，二是由台身北壁凹槽向北平铺于地的石圭。梯台体建筑高8.9米，连台顶观测室通高11.96米，台底东西长16.85米，南北长16.37米，台顶东西长8.05米，南北长7.55米。台顶可放置天文仪器，如简仪、仰仪等，以观测日、月、星辰。两观测室之间水平放置一根长1.97米，直径为0.08米的铜棒，又叫横梁。横梁下方有一石圭，长31.39米，宽0.53米，高出地面0.4米，由36块青石拼接而成。圭面有刻度，因而石圭又叫量天尺。石圭、凹槽、横梁组成圭表，可以观测日影。中午太阳升到上中天，也就是正南方时，横梁影子就投在圭面上某一刻度。连续观测横梁影子的长度，就可以推算出回归年长度和二十四节气时刻等。当年，郭守敬就是用这种测量方法测定出一回归年长度为365.2425日。

元初的天文仪器，都是宋、金时期遗留下来的，已破旧的不能使用了。郭守敬就在原仪器的基础上进行改制，并在实践中重新设计，在3年的时间里，改制和重新创造了十多种天文仪器。其中主要的是简仪、赤道经纬和日晷三种仪器合并归一，用来观察天空中的日、月、星宿的运动，改进后不受仪器上圆环阴影的影响。高表与景符是一组测量日影的仪器，是郭守敬的创新，把过去的八尺改为四丈高表，表上架设横梁，石圭上放置景符透影和景符上的日影重合时，即当地日中时刻，用这种仪器测得的是日心之影，较前测得的日边之影精密得多，这是一个很大的改进。

测量范围

郭守敬主持的四海测验，在全国各地设立了27个观测站，东起朝鲜半岛，西至川滇和河西走廊，北到西伯利亚，其测量内容之多，地域之广，精度之高，参加人员之众，在中国历史上乃至世界天文史上都是空前的，比西方进行同样的大地测量早了620年。

据史书记载：“设监侯官一十四员，分道而出，东至高丽，西极滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，四海测验，凡二十七所。 ”

测量经过

元世祖接受了郭守敬的建议，遂派监候官14人分道而出，在27个地方进行了天文观测，告成观星台就是当时27处观测站之一，这就是历史上有名的“四海测验”。郭守敬从上都（多伦），大都（北京）开始历经河南转抵南海跋涉数千里，亲自参加了这一路的重要测验。告成（古阳城），当时属河南府（即洛阳）管辖，观星台的兴建和观测日影就在此时。当时，这里观测的结果是：河南府——阳城（即今告成）北极出地34度太弱，见《元史·天文志》。

测量结论

后续成果

郭守敬根据“四海测验”的结果，并参考了1000多年的天文资料，70多种历法，互相印正对比，排除了子午线日月五星和人间吉凶相连的迷信色彩，按照日月五星在太空运行的自然规律，在公元1280年（至元十七年），编制成了新历法——《授时历》。《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天，即365天5时49分12秒，与地球绕太阳公转的实际时间，只差26秒，和世界上通用的《格里高利历》（俗称的阳历）的周期一样，但《格里高利历》是1582年（明万历十年）开始使用，比郭守敬的《授时历》晚300多年，在国际上产生了一定的影响。

意义

证明领土

据史料记载，1279年，元代著名天文学家郭守敬奉旨进行“四海测验”，在南海的测量点就在黄岩岛。这说明，至少在元朝中国就已发现了黄岩岛。

世界纪录

中国元朝元世祖于公元1279年（至元十六年）三月二十日命天文学家郭守敬进行地理测量行动“四海测验”，郭守敬亲自登陆的南海测点为黄岩岛及附近诸岛，测量结果在《元史·天文志·四海测验》中有详细记载，创世界纪录协会世界最早对黄岩岛进行地理测量的政府世界纪录。

正如《元史·天文志》所说：“是亦古人之所未及为者也。”

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