沈括：天文学家、数学家、地学家

生平简介

沈括(1031～1095)字存中,钱塘(今浙江杭州)人,中国宋代科学家。仁宗八年(1063)考中进士,曾出任宁国(今属安徽)县令。神宗时积极参加王安石变法运动,担任过“权三司使”,“判军器监”等重要职务。此外,沈括还担任过提举司天监、翰林学士、延州知州等职。元丰五年(1082)以徐禧失陷永乐城(今陕西米脂县)受牵连而遭贬。晚年居润州(今江苏镇江)梦溪圆。传世著作有《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《长兴集》、《苏沈良方》。

主要贡献

《梦溪笔谈》

《梦溪笔谈》是一部笔记体裁的文集。全书六百余条,关于科学技术的条目占三分之一以上。内容涉及数学、天文、历法、地理、地质、气象、物理、化学、冶金、兵器、水利、建筑、动植物、医药等许多领域,是中国科技史上的重要文献。

在数学方面,沈括研究的主要课题有“隙积术”和“会圆术”。“隙积术”是求累棋、层坛及酒家积罂等垛积问题,正确地求出长方台形垛积的求和公式。

沈括的隙积术开创了中国古代高阶等差数列求和的新方向。“会圆术”即已知弓形的高(h)底(c)和圆的直径(d),求弧长的方法,推算出弓形弧长的近似公式S=c+2h2/d。元代王恂、郭守敬在《授时历》中的“弧失割圆术”就利用了这个公式。沈括还运用组合思想计算了一切可能的“棋局都数”。(www.xing528.com)

在天文历法方面,沈括有很深的造诣,他坚持在实测日、月、五星行度的基础上改进历法,对五星运行的轨迹、陨星坠落的情景、月相的变化,都做过生动的描述和科学的解释。在地学方面,沈括经过实地考察,明确提出了雁荡山与西部黄土地区两种不同地貌的成因。沈括还绘制了一套中国地图集(《天下州县图》),并用熔蜡和木刻制作了立体地图。

沈括对普通人民的实践经验和创造发明给予高度重视。像喻皓的《木经》,毕昇的活字印刷等古代人民的卓越贡献,都被如实记录在《梦溪笔谈》中。

浑仪

“浑仪”是我国古代的一种天文观测仪器。在古代,“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的,形状像蛋壳,出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸,地球则是蛋黄,人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置。因此,把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。

最初,浑仪的结构很简单,只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上,叫做“子午环”；中间固定着的圆环平行于地球赤道面,叫做“赤道环”；最里面的圆环可以绕金属轴旋转,叫做“赤经环”；赤经环与金属轴相交于两点,一点指向北天极,另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒,可以绕赤经环中心转动,用望筒对准某颗星星,然后,根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的位置。

后来,古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体,在浑仪内又添置了几个圆环,也就是说环内再套环,使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。