整顿钦天监

治平元年(1064)，沈括登进士第。治平三年(1066)，沈括入京，任昭文馆编校。在昭文馆任职期间，他曾奉命参与详定浑天仪，自此致力于天文和历算的研究。熙宁五年(1072)，已任太子中允、检正刑房公事的沈括，又被任命为兼提举司天监，主持司天监的工作。

沈括发现当时司天监的主要人员大都庸俗无能，看不懂天文图象，不会使用天文仪器，更不用说要观象、修历了。同时，司天监所存的天文仪器又大都破旧不堪，无法使用。为此，沈括在接任司天监后立即着手进行整顿。他采取了三项改革措施。

整顿机构，改组人员。沈括亲自推荐对历算素有研究的平民卫朴进入司天监，罢免了 6 个庸官。他还招募各地有真才实学的人士，充实司天监，改变人员素质。同时，他把原来的方技科分为五科，对人员进行专门技术培训后，把他们按各自的专长安置在适当的位置，以发挥他们的才学。
编修新历。沈括指出，自入宋以来历法一改再改，但都很快出现差误，究其原因，乃这些历法多沿用唐代僧一行《大衍历》中的基本方法和数据，只不过就最近的几次观测作些修正，因而只能凑合于一时，未能根本解决历法本身所存在的问题。其主要的问题是《大衍历》中的一些基本数据行用已久，误差已很大。出现了“岁未五更，历凡再弊”的状况，历官却一味因循守旧，无能省察。因此，沈括便任用卫朴负责编修新历，在熙宁八年(1075)修成《奉元历》。但由于时间忽促，又没有大量实测资料可资参证，故《奉元历》未能达到预期的效果，行用不久就发现误差，被新历所取代。
创制新的天文仪器。沈括从前人制历的经验中，深刻认识到历法的精疏与观测仪器有着密切的关系。编制历法应该通过实测天象来验证，才能提高历法的精密度。他看到，当时装置在司天监和翰林天文院的二台浑

仪，制造工艺不精，结构欠合理，很难准确地观测天象。司天监用作测时的浮漏，更是“疏谬不可用”。面对这种状况，沈括于熙宁六年(1073)提出了制造新的浑仪、浮漏、圭表的建议，获准后即着手研制。

为制造新仪，沈括对天文仪器进行了系统的研究，撰写了《浑仪议》、

《浮漏议》、《景表议》，论述了天文仪器的发展历史，原有仪器存在的问题，他主持研制的新仪所作的改革，以及这些改革所依据的原理等。这三篇著作堪称历史上关于天文仪器的杰出论文，被收入《宋史·天文志》，保存至今。他还著有《熙宁晷漏》4 卷，他称这是据自己 10 余年研究心血而写成的，书中所论“皆非袭蹈前人之迹”，可惜这一很有价值的天文仪器专著，早已佚亡。

熙宁七年(1074)新仪制成，在汴京(今河南开封)迎阳门特地举行了隆重的呈献仪式，宋神宗亲率大臣观看了新仪的演示。为奖励新仪的制成，沈括被升迁为右正言、司天秋官正。