忽必烈統(tǒng)一中國(guó)后，中國(guó)版圖進(jìn)一步擴(kuò)張，不同地區(qū)日出日落晝夜長(zhǎng)短時(shí)間不同、各地的時(shí)刻也不同，疆域的變化使得周朝時(shí)周公姬旦制定的歷法無(wú)法滿足元朝的需求。

由于長(zhǎng)期戰(zhàn)亂，元朝初期農(nóng)業(yè)凋敝，各地不斷呈報(bào)旱災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、澇災(zāi)，懇求減賦。為了恢復(fù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，忽必烈任用郭守敬，在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行天文觀測(cè)，編制新的歷法。

于是，郭守敬、許衡等人就組織了中國(guó)歷史上規(guī)模最大的一次天文實(shí)測(cè)，史稱“四海觀測(cè)”。他們?cè)谌珖?guó)建立了27個(gè)觀測(cè)站，其中最北的天文臺(tái)在貝加爾湖，最南的天文臺(tái)在南沙群島。受周公“天地之中”的影響，郭守敬還在告成鎮(zhèn)建了一座聞名于世的中心觀測(cè)站——觀星臺(tái)，并與其他觀測(cè)站的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到觀星臺(tái)進(jìn)行分析。

新歷法要適應(yīng)元朝廣闊的疆域，就必須提高圭表測(cè)影的精度。而周公的圭表測(cè)量法其實(shí)是存在缺陷的，導(dǎo)致測(cè)量到的日影長(zhǎng)度存在5厘米左右的誤差。

對(duì)關(guān)系到測(cè)量精度的這些問(wèn)題，郭守敬作出了劃時(shí)代的改進(jìn)，他在石圭上開(kāi)鑿了溝槽，灌上水，通過(guò)水平面倒影來(lái)測(cè)量日影，用以校正它的水平狀態(tài)。同時(shí)，為了克服表高影虛的缺陷，郭守敬利用物理學(xué)的原理，在石圭上加置一個(gè)根據(jù)針孔成像原理制成的景符，通過(guò)小孔，讓陽(yáng)光直接呈現(xiàn)在水平面上。他還把直立的“表”的長(zhǎng)度從八尺延長(zhǎng)了5倍，即50尺，使表影增長(zhǎng)，減少相對(duì)誤差。

通過(guò)這些方式，郭守敬測(cè)量日影的長(zhǎng)度誤差可以達(dá)到0.12毫米！

經(jīng)過(guò)幾年的辛勤觀測(cè)推算，郭守敬終于在公元1281年左右編制出當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的歷法——《授時(shí)歷》，測(cè)定出一個(gè)回歸年長(zhǎng)度為365.2425日，也就是365天5小時(shí)49分12秒，這與現(xiàn)今通用的陽(yáng)歷相同，但是比它要早302年！這也成為中國(guó)使用時(shí)間最長(zhǎng)的歷法。到清朝初年，《授時(shí)歷》共通行了360多年。

“晝參日影，夜觀極星，以正朝夕?！蓖瑫r(shí)，郭守敬還增加了圭表的用途，擴(kuò)大到能觀測(cè)月亮和星星。古人觀星打卡地誕生！

自此，郭守敬建立的觀星臺(tái)成為中國(guó)天文史上的一個(gè)標(biāo)志，見(jiàn)證了中國(guó)千年來(lái)歷法制定的歷史。1991年，國(guó)家正式命名觀星臺(tái)為中國(guó)天文博物院。

時(shí)至今日，古樸致雅的觀星臺(tái)仍矗立在中原大地上，雖然已經(jīng)無(wú)法使用，卻永遠(yuǎn)記載著華夏兒女對(duì)于科學(xué)的追求，反映了我國(guó)天文科學(xué)發(fā)展的卓越成就。