天文学成就

沈括从治平三年起开始研究天文学，特别是在主持司天监工作期间， 更对历法和天文仪器进行了系统的研究。他在天文学领域做了大量的工作，其突出的成就有二。

一是首倡“十二气历”。中国的传统历法是阴阳合历，在这样的历法制度中，节气和月份的关系是不固定的，而节气对人们的生产和生活活动有着很密切的关系，传统的农事活动更是一直按节气来安排的。为了使节气和月份之间建立起稳定的关系，沈括提出了变革历法的大胆建议，制订了一种称之为“十二气历”的崭新历法。十二气历是一种纯阳历制度。它以立春为孟春(正月)初一，惊蜇为仲春(二月)初一，余类推；大月 31 日，

小月 30 日，一般大小月相间，一年最多有一次二个小月相连；在历书上加注朔望，以表示月亮的圆缺。这一历法简单而实用，在历法史上堪称是一个重大的革命性创新。但也正因为它是革命性的创新，否定了沿用已久的阴阳历传统，因此是难以实行的。对此，沈括很是明了，他在《补笔谈》卷二中说：“今此历论尤当取怪怒攻骂，然异时必有用予之说者”。19 世纪英国气象局采用的肖伯纳历，其实质便与沈括的十二气历相似。

一是改进天文仪器。沈括在司天监所制的新仪器浑仪、浮漏和圭表， 都有重大的改进。

浑仪一直是中国传统的测量天体的仪器。在浑仪的发展过程中，出现了一种趋向，即不断地增加浑仪的圆环数。这虽在天文观测上起过重要的作用，但也带来了新的弊病。环数增加，使组装困难，势必造成仪器的中心差，导致观测误差增大。同时环数越多，被遮蔽的天区也越多，造成若干天区无法观测。此外，环数多了使用也很不方便。沈括针对浑仪的这些弊病，进行改革。他首先取消了白道环，开了简化浑仪的先河，终于导致元代郭守敬的简仪的出现。他又缩小了观测用窥管下孔的孔径，使人目能更好地处于下孔的中心，提高观测的精确度。他还注意到仪器极轴的校正问题，提高了仪器安装的精密度。

利用改进的新仪，沈括进行了连续三个月的观测，每夜观测 3 次，共

绘制了 200 余幅星图，从中得出了极星位置“离天极三度有余”的结论。沈括新制的浮漏，能够利用漫流中表面张力的补偿作用，补偿水的粘

滞性随温度变化时对流量的影响，消除由此产生的计时误差，提高了计时的准确性。他利用新制的浮漏，进行了长达 10 余年的观测和研究，得到了超越前人的见解，第一次从理论上推导出冬至日长度“百刻而有余”，夏至日长度“不及百刻”的结果。