第一次丈量子午线

子午线，就是地球上通过南北两极的大圆，也叫“经度圈”。从地球的赤道算起，沿着子午线向南北各走90°，就到了南北极。从南极到北极的半个大圆是180°，因此只要测出每1°的长短为多少千米，那么乘上360之后，就得到整个地球的周长了。

世界上第一次子午线实测工作，是在我国唐朝时进行的。唐代有不少学识渊博的高僧。他们之中不仅有西天取经的玄奘，有东渡日本的鉴真，还有著名的天文学家一行（683—727）。一行原名张遂，是魏州昌乐（今河南省南乐县）人。他的曾祖父原是唐太宗李世民的功臣，但在武则天执政时代，张氏家族因政治原因而衰落了。张遂从小刻苦自学，青年时代已成为长安城中的知名学者。他为躲避皇室权贵、武则天的侄儿武三思的拉拢而剃发，出家于嵩山寺，法名一行。

僧一行翻译过佛经多种，后来成为佛教中的一派——密宗的一位领袖，即世称的密宗五祖之一。日本有几座著名古庙，至今还收藏唐人李真绘的一行像摹本多种（图6）。1973年，中国出土文物展览代表团赴日，带回它们的照片。李真的原作现由日本京都府教王护国寺珍藏，被日本政府定为“国宝”。

公元717年，唐玄宗派专人接一行回到长安。一行的一生，对天文学有许多重要贡献，成就遍及历法、天文仪器、大地测量等许多方面。这里，我们最感兴趣的是从公元724年起，一行发起并领导的全国性天文大地测量。那次测量规模很大，共有北起铁勒（今贝加尔湖附近）、南达林邑国（今越南中部）的13个测点。在河南进行的那一组观测最为重要，由当时执掌天文的职官太史丞南宫说亲自负责，在大致位于同一经度上的白马（今河南省滑县）、浚仪太岳台（今河南省开封市西北郊）、扶沟（今河南省扶沟县）、武津（今河南省上蔡县）4个地方，测量了冬至、夏至、春分、秋分时的日影长度、冬至和夏至的昼夜时间长度、当地北天极的地平高度，以及这4个地方之间的距离。最后由一行统一归算定出：南北两地相距351里80步，北极高度便相差一度。为了将当时的计量单位换算成现代常用的单位，科学家们做了许多考证。据著名天文史专家陈美东在《中国科学技术史·天文学卷》（科学出版社2003年版）中介绍：一行的上述结果，相当于子午线每1°弧长为131.11千米。

图6 唐代天文学家僧一行像（日本兵库净土寺藏唐人李真画摹本）

这个结果虽然不够精确，约比现代测定的准确数值大20%，但它却是世界史上第一次子午线实测。在没有现代化精密仪器的1200多年以前，完成如此复杂的测量和计算，实在是难能可贵的。国外首次实测子午线是阿拉伯帝国阿拔斯王朝的第七代哈里发马蒙（al-Mamūn，786—833）主持在美索不达米亚平原进行的，那时一行已经去世一个世纪了。

到了我国的元朝初年，元世祖忽必烈决定制定、颁行一部比先前更精准的新历法。这时，杰出的天文学家、水利学家郭守敬（1231—1316）向忽必烈进言，说明唐代的一行和南宫说领导的那次天文大地测量，在全国各地一共设立了13个观测点；而今元帝国的疆域比唐朝更加辽阔，故应设置更多的天文观测点，这对于制定新历法至关重要。

郭守敬的提议获得了忽必烈的赞同。除京城大都（今北京）而外，郭守敬在全国共选定26个观测点，选拔了14名熟悉天文观测技术的人员，分赴各地进行测量。他本人亲率一支人马，由上都、大都，历河南府，抵南海测验日影。这次全国范围的测量史称“四海测验”，其南北跨度达10000余里，东西方向差不多也有5000里。无论是在中国，还是在世界上，都堪称规模空前。四海测验先后取得两批观测材料，总的说来，测量结果相当不错。例如第二批资料测得20个地点的纬度，同现代测量值相比，有9处的误差不超过0.2°，其中有两处完全吻合。20个地点纬度的平均误差约为0.35°，即仅20′左右。

四海测验扩充了当时的天文学知识，为制定新历法提供了重要的数据和参考资料。它是在明清时期西学东渐以前，中国古代天文学家最后一次独立完成的天文大地测量。再后来，到了明末清初，随着欧洲近代科学的兴起，中国古老的天文学就开始显得落伍了。

那么，近代对子午线每度的弧长又是怎样测量的呢？