宋代天文地学与历法的发展堪称时代的杰出精髓

在天文仪器方面，计时仪器漏壶研制有重大突破。太平兴国四年，张思训创作水银动力浑仪；天圣八年，燕萧发明“莲花漏”，使漏壶的时间计量精度达到了前所未有的水平。以后沈括的浮漏，是我国古代刻漏技术在宋代达到高峰的标志，代表着当时精密计时的世界水平。圭表测影技术，在宋代也有显著的进步，沈括和苏颂对此提出的理论的方法，即是例证。沈括在熙宁七年所撰《浑仪议》、《浮漏仪》、《景表议》是关于天文仪器的三篇杰出论文，代表着当时该领域的先进水平。

浑仪制造方面，宋代所制浑仪很多，从至道元年至元祐七年这几十年间，先后造了五架巨型浑仪，每架用铜均达二万斤左右，说明浑仪制造技术的提高和对天象观测的重视。最著名的创造是元祐三年由苏颂、韩公廉等人所造的水运仪象台。这是北宋出现的大型综合性天文仪器的代表作。

经科技史家王振铎先生研究复原，这台天文仪器是一座上狭下广的正方形木结构建筑，台高三十六点五尺，宽二十一尺（约合高二十米，宽七米），分上中下三层，是利用水轮为原动力运转的天文钟，它将“浑仪”、“浑象”和计时装置浑为一体，在世界天文钟和钟表史上占有非常重要的地位，其关键性的机械装置表明它又是世界机械钟的祖先。苏颂所著《新仪象法要》记载了这仪器的制造方法，并附图样六十三种，是天文仪器制造技术的重要专著。

大规模的天文观测

在天文观测方面，宋代除常年坚持不懈的观测外，从太平兴国五年至崇宁五年一百二十多年间，进行过七次大规模的天文观测，并作了详细记录，积累了大量珍贵资料。对于新星、超新星、日食、月食、彗星、太阳黑子、流星等天文现象的观测，据两宋史籍中的有关记录统计，达一千二百十二次之多，取得重大的成就。至和元年对天关客星这颗超星的观测，治平三年对哈雷彗星的观测，并留下详细的记录，便是突出的两例，在世界天文史上写下重要的一页。

星图绘制技术的发展

随着天文观测的进展，星图、星表绘制技术也有长足的进步。例如，沈括利用改进的新浑仪，连续三个月进行天体观察，每夜观察三次，“凡为二百余图”，得出当时极星离天极“三度有余”的结论，大大提高观测天体的精确度。宋代星图、星表很多，但完整保存下来的少。现存两幅著名的宋代星图是苏颂星图和淳祐天文图。

苏颂星图载于苏颂所著《新仪象法要》一书中。附有星图五幅：紫微恒星图一幅，浑象中外官星图二幅，浑象冯极南极星图二幅，所记星数一千四百六十四颗。淳祐天文图也称苏州石刻天文图，该图刻星一千四百三十颗。据研究，这两幅星图是根据北宋元丰年间实际观测记录而绘制的。

历法的修订与发展

在历法方面，宋代改历之频，为历代所罕见。自太祖建隆四年，王处讷主持修《应天历》，至度宗咸淳六年陈鼎负责修《成天历》，共修订历法十七次。其中。北宋卫朴的《奉元历》、姚舜辅的《纪元历》，南宋杨忠辅的《统天历》，各有其优点和特色。尤以《统天历》所定回归年长度为三百六十五点二四二五。关于回归年长度不断变化，古大今小，还定出回归长度变化的公式，这是一个重要发现，在世界天文史上领先数百年。还有沈括道倡“十二气历”，是一种纯阳历制度，既简便又科学，在历法史上是一个重大的革命性的创新。它虽未被采用，但在科技史上意义重大。它比其后英国气象局使用过的肖伯纳历要早八百多年。

地学的新发展

宋代地理学的成就，主要表现在设立专门机构和专业人员对图籍的广泛搜集与应用，对地图的高度重视，对周边地理与边防地图的关注，地方志（包括经、图、表、志、传）完整体例的确立与修撰。

地图绘制技术的进步

淳化四年令画工集诸州图，用绢百匹，合而画成全国地图。熙宁九年，沈括奉敕编修天下州县图，大约在元祐三年完成，前后费时十二年，正式编修约五年。此图大小共二十幅：“大图一轴，高一丈二尺，广一丈；小图一轴，诸路图一十八轴。”沈括在《补笔谈》中记载当时绘制的方法，是仿“飞鸟图”（鸟瞰图）法，以比例尺表明距离，“二寸折百里为分率”，按“二十四至”以布郡县。这在当时是很先进的方法，即使图亡失，按二十四至以布郡县，“立可成图，毫发无差”。

除全国性总图外，有各种专门地图，如全国山河图、水利图、交通图、域外图、都市图等，还研制有地图模型。保存至今的名图举其要者有：《华夷图》，绍兴六年刻于石碑，现存于西安碑林。《禹迹图》，这是现存最早画有方格的中国地图。此图刻石有二，藏于陕西省博物馆的刻于绍兴六年；藏于镇江博物馆的刻于绍兴十二年。

《九域守令图》是宣和三年的北宋政区图，图内反映当时各级行政区的名称一千四百多个，治所点位正确，海岸轮廓精审。这是刻于四川荣县的北宋石刻地图。据考证，原图绘制于绍圣二年至元符二年，与沈括《守令图》可能有一定关系。《地理图》，这是全国写意地形图，高约六点七尺，宽约三点二尺。淳祐七年刻于苏州，即著名的苏州石刻地理图。《平江图》，绍定二年绘刻的苏城市平面图，高二点七六米，宽一点四二米，这是目前我国所能见到的最早的城市地图，体现了当时城市地理水平。

地方志的新成就

地方志，历史悠久，源远流长。宋代前主要以“图经”形式编修，自宋开始，图与文字逐渐分离，“图经”向方志过渡，并形成完整的体例。这是宋代地理学重大发展的标志之一。而据张国淦《中国古方志考》明确著录者统计，约六百余种，但大多散佚。据查，现存于世的宋志约三十多种。其中，有二十九种已收入北京中华书局出版的《宋元方志丛刊》。记某一地区的方志，如乾道、淳祐、咸淳三朝《临安志》，范成大《吴郡志》，周应合等《景定建康志》、梁克家《淳熙三山志》等，至今仍很有参考价值。

沈括对地学的贡献

对宋代地学的新发展，沈括有许多突出贡献。诸如：熙宁五年沈括视察汴河工程时，发明“分层筑堰测量法”，测出汴河从汴京（今开封）上善门起，经八百四十里河道至泗州（今江苏泗洪东南）淮河口，水位高低相差一百九十四点八六尺，首创了地形高程测量法。这在当时具有世界领先水平。熙宁七年，沈括察访浙东地区，考察了温州雁荡山地貌，提出流水侵蚀作用成因说，并对中国西部黄土地区的地貌特征提出同出于上述一个成因的科学说明。

同年，沈括在河北，考察太行山发现螺蚌壳及有关化石，机敏地推论“此乃昔之海滨”，以泥沙的淤积作用正确解释华北平原的成因。熙宁八年，沈括奉使按边，对河北边防地区的地形、地貌非常留心观察，并用木屑、面糊堆捏地形，“写其山川道路，”归至官所后，又复制为木刻立体地形图。这种立体地图比西欧要早七百多年。

结语

宋代许多珍贵地图均已失传，少数图样保存至今的，有《历代地理指掌图》、《禹贡山川地理图》等。竺可桢先生早在七十多年前，就对沈括在地学方面的贡献作了精辟的论述。杜绾的矿物学名著《云林石谱》宋代对地理、地质现象实地考察的风气，促进了地质勘探和矿物研究的发展，较之前代有新的进步。南宋杜绾所著《云林石谱》记述了一百多种石品的状态，比《梦溪笔谈》关于化石的记载和认识前进了一大步，标志着我国古代矿物岩石学在宋代达到了很高的水平。