第一次丈量子午線

子午線，就是地球上通過南北兩極的大圓，也叫“經度圈”。從地球的赤道算起，沿著子午線向南北各走90°，就到了南北極。從南極到北極的半個大圓是180°，因此只要測出每1°的長短為多少千米，那么乘上360之后，就得到整個地球的周長了。

世界上第一次子午線實測工作，是在我國唐朝時進行的。唐代有不少學識淵博的高僧。他們之中不僅有西天取經的玄奘，有東渡日本的鑒真，還有著名的天文學家一行（683—727）。一行原名張遂，是魏州昌樂（今河南省南樂縣）人。他的曾祖父原是唐太宗李世民的功臣，但在武則天執政時代，張氏家族因政治原因而衰落了。張遂從小刻苦自學，青年時代已成為長安城中的知名學者。他為躲避皇室權貴、武則天的侄兒武三思的拉攏而剃發，出家于嵩山寺，法名一行。

僧一行翻譯過佛經多種，后來成為佛教中的一派——密宗的一位領袖，即世稱的密宗五祖之一。日本有幾座著名古廟，至今還收藏唐人李真繪的一行像摹本多種（圖6）。1973年，中國出土文物展覽代表團赴日，帶回它們的照片。李真的原作現由日本京都府教王護國寺珍藏，被日本政府定為“國寶”。

公元717年，唐玄宗派專人接一行回到長安。一行的一生，對天文學有許多重要貢獻，成就遍及歷法、天文儀器、大地測量等許多方面。這里，我們最感興趣的是從公元724年起，一行發起并領導的全國性天文大地測量。那次測量規模很大，共有北起鐵勒（今貝加爾湖附近）、南達林邑國（今越南中部）的13個測點。在河南進行的那一組觀測最為重要，由當時執掌天文的職官太史丞南宮說親自負責，在大致位于同一經度上的白馬（今河南省滑縣）、浚儀太岳臺（今河南省開封市西北郊）、扶溝（今河南省扶溝縣）、武津（今河南省上蔡縣）4個地方，測量了冬至、夏至、春分、秋分時的日影長度、冬至和夏至的晝夜時間長度、當地北天極的地平高度，以及這4個地方之間的距離。最后由一行統一歸算定出：南北兩地相距351里80步，北極高度便相差一度。為了將當時的計量單位換算成現代常用的單位，科學家們做了許多考證。據著名天文史專家陳美東在《中國科學技術史·天文學卷》（科學出版社2003年版）中介紹：一行的上述結果，相當于子午線每1°弧長為131.11千米。

圖6唐代天文學家僧一行像（日本兵庫凈土寺藏唐人李真畫摹本）

這個結果雖然不夠精確，約比現代測定的準確數值大20%，但它卻是世界史上第一次子午線實測。在沒有現代化精密儀器的1200多年以前，完成如此復雜的測量和計算，實在是難能可貴的。國外首次實測子午線是阿拉伯帝國阿拔斯王朝的第七代哈里發馬蒙（al-Mamūn，786—833）主持在美索不達米亞平原進行的，那時一行已經去世一個世紀了。

到了我國的元朝初年，元世祖忽必烈決定制訂、頒行一部比先前更精準的新歷法。這時，杰出的天文學家、水利學家郭守敬（1231—1316）向忽必烈進言，說明唐代的一行和南宮說領導的那次天文大地測量，在全國各地一共設立了13個觀測點；而今元帝國的疆域比唐朝更加遼闊，故應設置更多的天文觀測點，這對于制訂新歷法至關重要。

郭守敬的提議獲得了忽必烈的贊同。除京城大都（今北京）而外，郭守敬在全國共選定26個觀測點，選拔了14名熟悉天文觀測技術的人員，分赴各地進行測量。他本人親率一支人馬，由上都、大都，歷河南府，抵南海測驗日影。這次全國范圍的測量史稱“四海測驗”，其南北跨度達10 000余里，東西方向差不多也有5000里。無論是在中國，還是在世界上，都堪稱規模空前。四海測驗先后取得兩批觀測材料，總的說來，測量結果相當不錯。例如第二批資料測得20個地點的緯度，同現代測量值相比，有9處的誤差不超過0.2°，其中有兩處完全吻合。20個地點緯度的平均誤差約為0.35°，即僅20′左右。

四海測驗擴充了當時的天文學知識，為制訂新歷法提供了重要的數據和參考資料。它是在明清時期西學東漸以前，中國古代天文學家最后一次獨立完成的天文大地測量。再后來，到了明末清初，隨著歐洲近代科學的興起，中國古老的天文學就開始顯得落伍了。

那么，近代對子午線每度的弧長又是怎樣測量的呢？