开元九年(721),由于当时使用的林德历法计算出的日食有很多误差,玄宗赵一行研究了前代的历法,制定了新的历法。
确定太阳、月亮、五星在自己轨道上的位置,掌握它们的运行情况,对提高历法的精度非常重要。以前天文仪器基本都是赤道装置。赤道是赤道面和天球的交点,垂直于地球的自转轴。这类仪器测得的天体位置都是用赤道坐标表示的,天体在自己轨道上的位置只能通过坐标转换来确定,这就需要应用球面三角学。但当时的学者还没有掌握这种方法,都是用近似的经验公式来计算,误差很大。知道了这个缺点,他希望能有一种仪器,可以直接测量出太阳和月亮在轨道上的坐标位置,从而减少一个换算程序,避免由此产生的误差。一个小组鉴定了梁令赞和其他工人设计的十二生肖巡回仪的木制模型,并支持梁令赞用铜和铁制作该装置。黄道十二宫是太阳在天球中视运动的路线,也就是当你从地球上看太阳时,你可以感受到太阳在太空中一年的运动轨迹。用黄道观察天象,可以直接测出太阳、月亮和星星在轨道上的坐标位置,从而省去换算程序,避免误差。开元十二年(724),十二生肖巡仪正式制造成功。可惜史书缺少详细的记载和绘图,具体的结构和形状已经无法了解。它大致由几个金属环围绕一个“中支点”交织而成,很像一个大球。“支点”与地球自转轴平行,指向北极和南极。该仪器由四根雕刻成四英尺七寸高的龙形柱子支撑,位于一个水平槽上。在金属环之间,安装一台“宇恒望远镜”,用来观测天体,类似后来的天文望远镜。金属环中的黄道环、白环(这是月球在天球中视运动的路线)和赤道环的交点并不固定,可以开合,因此观测者可以从黄道环上读出所需的数字。一组用黄道导航仪测量了150多颗恒星的赤道坐标和黄道的相对位置,并与汉代的结果进行了比较。发现差别很大,从而在世界上首次发现了星位移动现象,这是世界天文学史上的一个创举,比英国人哈雷在1,712年的发现早了约一千年。
开元十三年(725年),一伙人与梁灵赞合作,设计制造了一只液压象(类似于现代的天球仪),是一个球形物体。铁轴穿过球体中心轴的方向就是地球的自转方向。球和轴有两个交点,分别是球的南极和北极。球面上刻有28星座等星星。球的周围有两个圈,一个是地平线,一个是子午圈,两者相交。此外,球面上还有黄道和赤道,它们互成24度角。二十四节气分别刻在赤道和黄道上,从冬季至日开始,分为:3651/4度,每度又分为四格。太阳辐射在黄道上一天移动一次,所以天象可以在球上表现出来。为了让大象自己旋转,利用中国古代漏水壶滴水计时的原理,在仪器上安装齿轮,由漏水壶滴水启动齿轮,带动大象绕轴旋转。大象每天自转一次,用一个大柜子把地面弄平,使天球半在地下,地面上有两个木头人。钟鼓摆在前面,每时每刻(两小时)敲钟。该演示由机柜中的齿轮控制。
从开元十二年开始,代表团在国内十余个点组织了天文大地测量,这在世界科学史上是一个创举。测量任务主要是在春分、秋分、夏季至日和冬季至日的中午测量日影的长度和北极的高度。为了测量日影的长度,在地面上竖起一根八尺长的基准(古代称为“表”),来测量它的影子长度。北极点的高度,即观测点与北极点连线与通过观测点的子午圈切线所成的角度,需要更复杂的仪器来求解。为了测量北极的高度,我们设计了一个测量工具——复矩,画了24幅复矩图(可能是有复矩的天文图)。“矩”是中国古代的一种绘图工具,很像木匠用的“弯”尺。“复矩”是将矩倒置,在矩的直角上安装一个从0到91.31的分度器(这里的度数指的是一个古代的计量单位,是周长的365.25)只要91.31度附近的复矩的直角边指向北极,这样北极、观察者的眼睛和直角边的两端 而另一条直角边“掉下来了”,那么铅垂线就可以在分度器上指示出观测点的高度,北极的高度实际上就是当地的地理纬度。 复矩不仅结构简单、灵巧易动作,而且原理科学,在当时的天文测量中占有非常重要的地位。每个观测点的北极高度都是由它测量的,这是该线在天文测量中的一个贡献。
在这次调查中,以南宫为例在今天河南省的四个点进行测量是最重要的。这四个点分别是白马(今河南省华县东北)、均邑(今河南省开封)、扶沟(今河南省扶沟县)、上蔡(今河南省上蔡县西南)。四个观测点在一条子午线上。他们测量了北极在每个点的高度,夏季至日正午八英尺长的影子长度,还测量了两点之间的距离。
这一调查彻底推翻了《周并行算经》中“南、北、南相隔千里,影隔一寸”的错误说法。派往龙变(越南河内以东的德江北岸)的测量队测出,夏至日的影子在表南三寸三分,阳城(河南商水西南)在表北一尺四寸九分。如果两地直线距离小于5000英里,阴影差约为277英里。南宫说从白马到上蔡,526里距离270步(唐尺),夏季至日上影长差两寸零,263里影差一寸左右,证明南北影差不是一寸,影差与南北距离之比不是随不同地方固定的;也证明了隋代和唐初李的观点是正确的,使该集团彻底放弃了地球相隔千里,影子相隔一寸的观念。
这次勘测最重要的成果是,根据《南宫说》今天在河南省同一平原地区同一子午线上四个点观测的数据,计算出的北极高度相差一度,南北距离相差351和80步(唐朝比例尺)。129.22 km),这个数据是地球子午线的弧长,距离北纬34.5°的地方子午线弧长只有111.2 km。它是世界上第一个实测的子午线长度,开创了通过实测了解地球的途径。英国科学家李约瑟曾多次撰文称这是“科学史上划时代的创举”。
经过几年的观察和研究,开元十三年(725),一个小组着手编纂新历法,开元十五年(727)完成了新历法的草案,命名为《大衍历》,该小组也在这一年夭折。后由、陈将《新历稿》整理成书,包括:《开元大衍历经典》(1)7篇、《七政长历》(3卷)、《历议》(10卷)、《李立浧》(12卷)、《古今历书》(24卷)、简例等。其中,《京京》全文载于《新唐书·易立》,简例载于《新唐书》。从开元十六年开始,每年都会发行基于大衍历的次年历书。经证明,《大衍历》比以往所有的历法都要精确,结构严谨,计算步骤合乎逻辑,为后世历法所学。《大衍历》最突出的成就是正确把握了太阳年视运动中的速度变化规律(实际上应该是地球绕太阳运行时的速度变化规律)。指出冬季至日前后日常行程最快,因此两个节气之间的时间最短;夏季至日前后一天最慢,所以两个节气之间的时间最长;还测得冬季至日到春分有88.99天,春分到夏季至日有91.73天。秋分前后的情况是一样的,符合实际情况。大衍历中的日食计算第一次考虑到了全国各地的不同。五星运动不平度的计算也比以前的历法更科学。当时大衍历是最先进的历法,所以宋代科学家沈括说:“开元大衍历最精密,世代沿用。”从唐朝中期到明朝末年用了800多年。开元二十一年,大衍历传入日本,在日本广泛使用,影响很大。
一行在数学上也很有帮助。在达李岩,他提出了自变量间距不等的二次差分插值法。吸收印度引进的正弦函数,用于编制天文表;提出了一个三次差分的近似插值公式。
一行叔祖张大素写了《后魏书》,但没有完成他的《田》,该行延续为两卷。后人把这两卷加到魏寿的《魏书》中,成为天文记录的第三卷和第四卷。线还帮金刚志翻译了达拉尼经典;帮助印度Subhakara simha翻译7卷《大太阳经》(保存);并撰写了20卷《大孙经》(保存);冯异撰《石氏家世录》(卷1);《拍照、调整、隐藏》10卷作者;《梵天天火罗九要》卷1(保存)。
8月25日,1955,邮电部发行了古代科学家纪念邮票,其中有一位高僧一行,肯定了他的创造成就和古代科学家的地位。