元朝忽必烈时期，为了修订历法曾发生了一场世界上规模空前的四海测验和和恒星坐标观测活动，参与其中并起领军作用的是元朝著名科学家郭守敬。通过他的科学家团队的努力奋斗，不仅制定出当时世界上最先进的历法——《授时历》，还制作出精密又精巧的测量仪器十几种。
四海测验和和恒星坐标观测的背后更是体现出郭守敬和其他科学家们卓越的工匠精神和创新意识，令人动容，让人无不为之叹服。 那么以郭守敬为代表的的科学家为什么要放着现成历法不用，还耗费精力制作各种测量仪器，进行四海测验和和恒星坐标观测呢，这还要从元世祖灭南宋后说起！
至元十五年(1278年)，太史局改太史院，给印章，立宫府，掌天文历数之事。设官院使(初称令)、同知、金院、同金、院判等大小官吏七十多员，星历生四十多人。下设推算、测验、漏刻、印历等局，各司其职。王询为太史令，郭守敬任同知太史院事，“官属悉听询辟置” 。
新历的编制工作，一是对自古以来的各种历法进行研究，总结前人制定历法、测量天体运行周期、测验季节气候变化的各种经验，通过相互比较，找出不同历法各自的优点和不足，以便用最先进的修历理论指导新历的修订工作。二是要对天体运行进行精确的观测和推算，通过实践来检验对天体运行规律的认识，不因循守旧，不被古人的“成说“所束缚，而根据当世的实际情况来制定新的历法。
郭守敬还极富探索精神，在恒星大观测方面也取得了非常大成就，与同时期西方相比更是有过之而无不及。在这些成就背后，郭守敬等科学家付出艰辛可想而知，没有严谨的工匠精神和孜孜不倦的钻研求索创新意识，这些不可能一蹴而就，我们就具体来看下这些成就是如何炼成的？
1、
工欲善其事，必先利其器。修订历法伊始，郭守敬便提出:“
历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”
为了准确地观测天象，公元1279年，郭守敬先在大都城东南设计修建了一座观测天象的“灵台”，当时是世界上设备最完善的天文台。
正方案
其中正方案、丸表、悬正仪和座正仪是为了外地观测便于携带，另外郭守敬还绘制了《仰规覆矩图》、《异方浑盖图》、《日出入永短图》，以便在使用上述仪器时互相参考验证，保持科学的严谨性，《元史》赞这些仪器：“皆臻于精妙，卓见绝识，盖有古人所未及者”。到底有多精妙，我们逐一了解下！
先来看简仪，它是针对大都沿用的司天浑仪缺陷而重新研制的新仪器。大都沿用的浑仪是宋朝皇祐年间在开封所造，由于地理纬度的差异和年久倾斜，“规环不协，难复施用”。
而且元代以前所用的浑仪非常复杂，虽然之前的科学家，如东汉科学家张衡和唐朝天文学家李淳风对此进行过几次改造，可以说是非常完善了。但浑仪缺陷也非常明显，主要是其结构影响观测的准确性和观测范围。
浑天仪
浑天仪是测定星球在天体中位置的仪器，用它测量天体的赤道坐标、黄道坐标和地平坐标的读数，每个系统都需要有专门的环圈，互相圈套的环圈有八九个之多，每个都有一两寸厚，很影响观测的准确性，而且转动不便，妨碍观测。浑仪的环圈震复交错遮掩了大片天区，观测范围也缩小了。
郭守敬化繁就简，他发现有些星体的位置可以用数学方法来计算，相应的环圈可以撤掉。于是他把原先浑仪上的地平坐标和赤道坐标分为两个独立的装置—赤道装置和地平装置，即赤道经纬仪和地平经纬仪，每个仪器的结构十分简单。这种大胆的设计和制造，比1598年著名天文学家弟谷发明的仪器早300多年，此外精简了黄道坐标，这样就避免了环圈层层遮掩，观测不清的弊病，扩大了天体观测范围。
简仪
简仪的赤道装置与现代望远镜中广泛应用的天图式赤道装置基本结构是一致的。它由四根斜立的支柱托着一根正南北方向大轴，围绕着这根轴旋转的是赤经双环。赤经双环的两面刻着度数，最小分格是三十六分之一度。赤经双环的中间央着窥管,窥管可以绕着赤经双环的中心旋转。窥管两端架有十字线，这便是后世望远镜上十字丝的祖先。
简仪作为当时世界上最先进的天文仪器，却在清初被法国传教士纪理安(当时他在钦天监任职)当作废铜销毁了，令人痛惜，真不知道这个愚不可及的西方人是怎么混入大清朝的天文机构的。明朝正德(1506一1521)年间仿制的一台简仪现存南京紫金山天文台，不过它在八国联军侵略中国时被劫走，后来虽然归还了，但已残缺不全。
郭守敬还设计制造了用于观测太阳位置的仰仪，用针孔成像原理把太阳投影在半球形的仪面上，以直接读出它的球面坐标值。仰仪的主体是一直径约3米的铜质半球面，形如一口大锅仰面朝天，因而得名。在半球的大圆面上，刻着东、南、西、北和十二时辰;半球面上刻着与观测地纬度相应的横纵线网。大圆平面上用纵横相交的两根杆子架着一块小板，板上有小孔。太阳光线通过小孔，在球面上投下一个倒像，映在格网上，可以观测太阳的位置和日食，用来测量太阳的赤经赤纬。使用仰仪无需用肉眼观测强烈的太阳就能得到它的位置，还可以直接观侧日食的方向、亏缺和时刻。
圭表
圭表是观侧日中影长变化以决定春分、秋分、夏至、冬至时刻的天文仪器，由圭和表两部分组成。表是直立的标竿;圭是表下端南北方向的水平尺，多以铜、石制成。每当正午，表影投射在圭面上。夏至日，太阳直射，表影最短;冬至日，太阳斜射，表影最长。因此，测量表影的长度就可以确定冬至、夏至，推算一年的节气。
郭守敬把宋代遗留的圭表高度由原来的八尺增加到三十六尺，圭长增加到一百二十八尺，圭的刻度由尺、寸、分、厘精确到毫。表上再用两条铜龙抬起一根很细的横梁，使梁心到圭面达四十尺（四丈）。高表传统的八尺加高到四丈，使得在同样的量度精度下，误差减少到原来的五分之一。由于高度增加，投影差别明显，测量的精度就大大提高了。
现在河南省登封县元代观星台还完整地保存着当时的圭表。它由三十六方青石圭面和砖砌圭座组成，长31.19米，宽0.53米，高0.56米，石圭水平良好。这是我国现存最早的天文台建筑，也是世界上重要的古天文遗迹之一。1961年，国务院把它列为全国重点文物保护单位。
景符是郭守敬根据小孔成像的原理，创制而成，来消除高表影端模糊的缺点，提高观测精度。景符是定影象的仪器。一块铜片，中有小孔，用一小架子斜撑在圭面上。太阳光经过横梁，再通过小孔，在圭面上形成了一个米粒大小的太阳像，像中间有一根细如丝线的横梁影子，非常清晰。和高表配合使用，解决了宋代圭表的影虚问题，进一步提高了测量的精度。
景符
窥几
郭守敬研制的立运仪克服了古代仪器中经纬“结而不动”的不足，候极仪解决了观测中定极位的困难，浑天象和玲珑仪能逼真地模拟群星在天空的位置并随天球运动。《郭守敬传》：“日有中道，月有九行，守敬一之，作证理仪。……历法之验，在于交会，作日月食仪。天有赤道，轮以当之，两极低昂，标以指之，作星晷定时仪。”
其他仪器这里不再详述，郭守敬设计制造的这些仪器在当时就被人赞叹不已。“智巧不能私其议，群众无以参其功’，当时同在太史院共事的王恂、许衡等人交口称赞。太史令王恂是改历的主导者，深受忽必烈信赖和倚重，一向刚愎自用，唯独对郭守敬叹服有加。
大儒许衡，威望颇高，但谈及郭守敬，钦佩之情溢于言表:
“天佑我元，似此人世岂易得”
。
至元十六年(1279年)，郭守敬将所制仪表式样进呈元世祖忽必烈，并一一指点说明。忽必烈听得兴味盎然，从早朝开始直到日暮，丝毫不知疲倦。
第谷
明末清初，西方传教士汤若望来到中国，看到郭守敬创制的仪表，惊奇万分，称郭守敬为“中国的第谷”。而被西方称为“天文仪器之父”的丹麦人第谷比郭守敬晚出生了三百多年，我想应该这样说，第谷是“丹麦的郭守敬”。
