四海测验
至元十六年（1279年），郭守敬向元世祖忽必烈提议：如今元朝疆域比之前大了很多，不同地区日出日落昼夜长短时间不同、各地的时刻也不同，旧的历法已经不适用了，因此需要进行全国范围的天文观测以编制新的历法。
忽必烈接受了郭守敬的建议，派监候官十四人分道而出，分别在二十七个地方进行天文观测，后世称之为“四海测验”。
郭守敬从上都（今多伦）、大都（今bj）开始历经河南转抵南海跋涉数千里，亲自参加了这一路的测验。
在其中的6个地点，特别测定了夏至日的表影长度和昼、夜的时间长度；测出的北极出地高度平均误差只有035；新测二十八宿距度，平均误差还不到5'；测定了黄赤交角新值，误差仅1'多；取回归年长度为3652425日，与现今通行的公历值完全一致。
这些观测的结果，都为编制全国适用的历法提供了科学的数据。
编制历法
在《授时历》创作中，郭守敬虽然有专业分工，他负责制器和测验，但与整个创作中的其他部分以及总体工作，并非全然无关。
《授时历》的编制是一件规模较大的集体工作。工作中既有专人分工负责，也有重大问题的集体讨论。
《元史》作者除了在王恂、郭守敬的列传中记叙了改历之事外，还在许衡、杨恭懿等人的列传中也作了相当篇幅的叙述。
这些叙述中都透露出《授时历》编撰工作的集体性。
按照当代科学史家钱宝琮的观点，甚至可认为，早在刘秉忠、张文谦、张易等人同学的时代，他们就对历法问题有过许多探讨。
在估价集体工作的体制下郭守敬的作用时，应注意的是：一方面，郭守敬所分工负责的任务一定会吸收别人的智慧和劳动。
例如，关于全天恒星星表的测定就不是哪一个人所能独力完成的。
至于在测定七应的工作中，也离不开历法的推算和对数据的处理。
地理学
郭守敬曾提出，以海平面作为基准，比较大都（今bj）和汴梁（今河南开封）两地地形高下之差，这是地理学上的一个重要概念“海拔”的创始
郭守敬在西夏水利工程结束后曾溯黄河之流而上，探寻黄河的发源地。
由此他成为以科学考察本身为目的，专程探求黄河河源的先驱者。他的探查结果没有记载流传下来。
现今传世的第一部河源考察成果专着为都实所撰的《河源记》，此是至元十七年（1280）都实奉忽必烈之命专程考察河源的纪实。
先前郭守敬的考察对都实肯定有相当的影响。
郭守敬部分发明
综观郭守敬一生制造的天文仪器，大多具有设计科学、结构巧妙、制造精密、使用方便的特点，而且绝大多数都注意到仪器安装的校正装置。
他的创作博得同时代和后世的高度赞扬。
史称为人高傲的王恂每见到郭守敬的新创作，皆为之心服。
他所制造的部分仪器，后又于清初运回bj。
后来在十八世纪康熙、乾隆年间的几次工程中，把郭守敬的作品都当作铜材熔毁。
其它
郭守敬在简仪上设计的赤道经纬仪是世界上最早的赤道装置，欧洲直到公元1598年才由丹麦天文学家第谷发明类似的装置。
郭守敬在简仪中使用了滚柱轴承，以使简仪南端的动赤道环可以灵活地在定赤道环之上运转。
西方的类似装置是在二百年后才由意大利科学家达·芬奇发明的。
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