三、天文历法
谈到元代天文历法的成就，就不能不提到享誉千古的科学家郭守敬。
郭守敬（1231—1316年），字若思，顺德邢台（今属河北）人。他的祖父郭荣精通五经，擅长算数、水利。守敬幼小时，祖父便让他跟随刘秉忠学习。刘秉忠当时与张文谦、张易、王恂同窗，就读于州西的紫金山，号称“紫金山四友”。这几人都是辅弼忽必烈建立元朝的核心人物。中统三年（1262年），受张文谦之荐，任提举诸路河渠，因成绩突出，次年升任副河渠使。张文谦主持西夏地区政务时，守敬又治复唐来、汉延等大渠。元朝初年使用的是辽、金的《大明历》，该历是金朝在宋《纪元历》的基础上稍加订正而成的，后虽重修，但因使用时间过长，已出现了历法与天象不符的弊端，无法指导当时的农业生产。刘秉忠曾提议修改历法，还未及付诸实施，便撒手而去。至元十三年（1276年）六月，世祖忽必烈下诏设太史局，决定编制新历，命郭守敬、王恂率南北日官，分掌测验推步，命张文谦、张易为主领裁奏于上，左丞许衡参与其事。郭守敬上奏说：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。今司天浑仪，宋皇祐中汴京所造，不与此处天度相符，比量南北二极，约差四度。表石年深，亦复欹侧。”[20]于是动手改进并创修天文观测仪器，先后制成了候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定时仪等。“又作正方案、丸表、悬正仪、座正仪，为四方行测者所用。”[21]为了与以上几种仪器互相参考，又绘出了《仰规覆矩图》《异方浑盖图》《日出入永短图》等。简仪是模拟天球，测量日月星辰的仪器，实际上就是前人的浑天仪。但前人的浑天仪上有许多互相套着的环，观测天文时往往挡住视线，极不方便，郭守敬加以改进，只留下两套环，一个用来测赤道坐标，一个用来测地平坐标。用以测量正午时太阳影子长度的圭表，元代之前的圭表高8尺，郭守敬设计的铜表则高达40尺，圭上端设有景符，使测量影长的精确率大为提高。如今简仪有明代的复制品，圭表在河南登封告成镇的元代天文台尚有遗存。其他的仪器几经朝代更迭，已荡然无存了。