日月形状与地磁偏角的发现

沈括做司天监长官的时间最长。司天监这个衙门相当于今天的天文台， 主要负责观测天象和推算历书。沈括在司天监任职期间非常重视实测，亲自参加实际的天文测量，推荐精通历法的新人卫朴参加修订新历法；他很重视观测仪器的改进，亲自动手研制，并写了《浑仪议》、《浮漏议》、《景表议》等文章。由于悉心观察和认真研究，他对许多天文现象和天文学问题都有自己的独到见解，取得了丰硕的研究成果。

有一次，一位官长问沈括：“日和月的形状，到底应当说像一颗弹丸， 还是说像一柄团扇？”沈括肯定地回答说日月形状像一颗弹丸（用现代科学语言来说，就是日月的形状为球体）。他还举出月亮的盈亏变化来作验证： “月本无光，犹银丸，日耀之乃光耳。光之初生，日在其旁，故光侧面所见才如钩，日渐远则斜照而光稍满。如一弹丸，以粉涂其半，侧视之则粉处如钩；对视之，则正圆。此有以知其如丸也。”沈括对日月为球形的说法虽非首创，但较前人的解释更加直观，更加确切。

沈括在回答为什么不是每逢朔望都发生日月食的问题时，用非常简练的语言，通俗地解释了白道与黄道的不重合，而是存在一个很小的交角的道理。他说：“黄道与白道，如二环相叠而小差。凡日月同在一度相遇，则日为之食，正（在）一度相对，则月为之亏。虽同一度，而月道与黄道不相近，不相同；同度而又近黄道、日月之交，日月相值，乃相陵掩。”沈括在这里虽未说出两道相交的数值，但他所说的道理与现代科学的解释是一致的。他还发展了前人的学说，指出了交点退行的规律，即黄道与白道的交点沿着黄道西移，每月交点后退（逆月运行）1°多。虽然古时 1°与今 1°不完全相同， 但在 900 多年前能计算得如此精确，则是十分难能可贵的。

北宋时期，我国已经有了制造指南针的材料和技术。在使用指南针的过程中，人们逐渐发现了地磁子午线和地理子午线之间的微小差别，沈括将这一发现也记录在他的名著《梦溪笔谈》之中。他写道：“万家用磁石磨针锋， 就能够指南，不过常常稍微偏东，不是完全向南。”这是世界上最早的地磁偏角记录。它虽未说明地磁偏角的大小，但其发现至少比 1492 年哥伦布第一

次横渡大西洋时发现磁偏角早 400 年。

此外，沈括一生从事新历法的研究，晚年时提出了一个彻底改革历法的大胆设想，主张完全废弃阴历，采用阳历，以便从根本上解决历日和节气脱节的现象。他认为，四时季节的产生，主要是节气变化的结果，同日月的盈亏毫无关系，因而不应以朔定月，以月计年。则应改用十二节气为一年的制度。

沈括还利用出使各地督查新政执行情况和出使契丹等机会，在各地进行地质、地貌、水利等多方面考察与测量活动，对我国地质、地貌科学的发展做出了重大贡献。