“则天地无所匿其形，辰象无所逃其数。”

（隋）刘焯

    中国古代天文学家早就知道越往南日影长度越短，越往北日影长度越长；但中国没有形成明确的大地是球形的观念，也没有实际测量日影长短差与距离的准确比例，只是在大地是平面的假设前提下推得一个结论：南北相距千里，日影长度相差一寸。早在隋代大业初年（约604－607），天文学家刘焯（544—608）就对这一结论表示怀疑，他提议：“请一水工（进行水平测量的工人），并解算术之士，取河（黄河）南北平地之所，可量数百里。南北使正，平地以绳。则天地无所匿其形，辰象无所逃其数。”大业三年（607），隋炀帝下令各地测影，惜因刘焯逝世而未果。100多年之后，天文大地实测工作的重大使命就落到了唐代开元年间的天文学家僧一行的身上。

僧一行像

    僧一行（683—727），俗名张遂，魏州昌乐（河南南乐县）人，自幼刻苦好学，博览群书，因追求真理、逃避权势武三思的纠缠而赴嵩山削发为僧，人称僧一行。他于开元五年（717）到京城长安，任唐玄宗的天文顾问。此后他推广了大衍历，推广了刘焯的“关于太阳运行不等速”内插法公式，并和梁令瓒共同制成浑天铜仪和黄道游仪等。他使用许多新创制的天文仪器，重新测定了150多颗恒星的位置，并多次测量了二十八宿距天球北极的度数，发现前人测定的不少数据不确。他根据自己观测的结果，推断恒星本身在天球的位置是不断变动的，从而成为世界上第一个研究恒星运动的天文学家，比英国天文学家哈雷（Edmund Halley,1656—1742）发现恒星运动早一千多年。

僧一行测量子午线示意图

    由于按原来的历法预报日食发生了较大误差，唐玄宗下令制定更完善的历法。僧一行决心以实地测量纠正原来历法的错讹之处，于开元十二年（724）发起并主持了历史上第一次天文大地测量工作。他选择的测量点南起林邑（位于今越南中部，约为北纬18度）、北到铁勒（今属蒙古，北纬51度），遍及安南都护府（位于今越南）、朗州武陵县（今湖南常德）、襄州（今湖北襄樊）、蔡州上蔡武津馆（今河南汝南）、许州扶沟（今河南扶沟）、汴州浚仪太岳台（今河南浚县）、滑州白马（今河南滑县）、太原府（今山西太原）、蔚州横野军（今河北蔚县）、阳城（今河南登封告城镇）、洛阳（今河南洛阳）等地。其中以南宫说等人在白马、浚仪、扶沟、武津一带南北四五百里的平坦地面上的测量效果最佳。他们观测了夏至、冬至和春分、秋分时的日影长度差（晷差），并实地测量距离，又测出这四点的北极星高（纬度），这样就算出北极星高度相差一度，相当于纬度相差一度时，地面上南北距离的差值。僧一行的测量结果是351里80步，折合129.22公里，比今值多了18.02公里多（今值是111.2公里）。僧一行的实地测量推翻了“王畿千里，日影一寸”的错误观念。测量结果相当于获得了子午线一度弧的长度，这次测量意义特别重大，被李约瑟认为是科学史上的创举，比阿尔·马蒙在幼法拉底河的大地测量早了90年。