令人钦佩的是，早在80多年前，人类最简单的飞机刚刚上天之时，齐奥 尔科夫斯基就充满科学激情地指出：“我们人类决不会永远停留在地球上”，
“在并不太遥远的将来，透过云雾将会出现令人无法想象的、极为美妙与壮 观的前景……那时人类将进入深邃的太空，而达到这一步将是多么美好的事 情啊！征服太阳系不仅将得到比地球本身丰富数十亿倍的能量，同时人类也 将有更广阔的发展余地。”
在展望美好未来的同时，齐奥尔科夫斯基也明白前进的道路将会有无数 的曲折与艰难险阻。但是他相信：“改变人类历史的我们必须是英雄好汉， 我们决不能因失败而停止自己的努力，而是应当寻找失败的原因并最终克服 它。”人类在探索宇宙的过程中，正是依靠这种勇于面对失败的无畏精神克 服了重重困难，最终摆脱了地球引力的作用，飞入了茫茫的太空。
八、一切荣誉归于祖国
科学家们进行各项科研工作时，自身条件与能力是能否取得成功的最主 要因素。但客观环境的顺利与否也起着不容忽视的作用。
在十月革命前，俄国处在沙皇的专制统治之下，齐奥尔科夫斯基的生活 及工作条件是相当困难的。他倾尽全部精力所研究的飞艇、飞机、火箭技术 与星际航行的科学理论，仅仅被少数的著名学者所承认。在当时的社会条件 下，他的思想可以说是大大超前了，他所考虑的问题，有许多是别人连幻想 也达不到的。所以有不少人无法了解他工作的重要意义，称齐奥尔科夫斯基 为“怪教师”、“卡卢加的聋子幻想家”。
除极少数几位朋友以及吃苦耐劳的妻子外，几乎没有人关心他的科研活 动和论著。他经过不懈努力写出的论文原本都具有相当重要的学术价值，但 由于不被重视，往往需要他自己负担出版费用，以至他不得不在自己出版的 一本著作的封面上向读者呼吁：“设法得到制造全金属飞艇的一切努力，至 今还是没有任何成效。当我在努力做这样一件好事的时候，我竟然无力自己 来解决这个问题！但我还是要继续自己的工作，我的科学小随笔以及科学幻 想小说即将出版，还要请你们宣传并帮助我进行推销，我由衷地感谢大家。”
就这样，齐奥尔科夫斯基正是在如此艰难的条件下进行科学研究工作 的。1914年，第一次世界大战爆发，俄国也因为卷入了这场战争而引起了国 内人民生活的诸多问题，如物价飞速上涨、社会混乱不堪。对于齐奥尔科夫 斯基来说，不断飞涨的物价是他与全家最大的敌人，因为他的收入很少，他 们全家的生活苦不堪言。1916年，他费尽了极大的气力终于使自己的题为《痛 苦与天才》的小册子得以出版，在这本小书里，他结合自己的亲身经历，大 声疾呼：“只有在人类的社会生活中建立起更新的，人与人平等的制度，才 能消除人们的痛苦，并让人类的杰出人物无所阻碍地在他进行的工作中发挥 出自己的全部才智。”
事随人愿，齐奥尔科夫斯基盼望的这一天终于来到了。1917年，列宁领 导下的十月社会主义革命取得了成功，从而开创了人类历史的新纪元，也同 时结束了齐奥尔科夫斯基长期以来的忧郁心情，给予了他新的希望和继续前 进的力量。这时他已经60岁了，但他仍然怀着一颗年轻的心迎接了革命的胜 利，他衷心拥护新成立的苏维埃政权，因为他通过自己半个多世纪的经历， 深刻认识到：新生的苏维埃政权是一种崭新的社会制度，是一种为广大的劳 动人民谋福利、给人民带来幸福的社会制度。
所以，在随后开始的国内战争与外国武装干涉苏维埃政权的年代里，虽 然国民经济遭到了严重破坏，人民生活相当艰苦，但是，这位年已花甲的老 人仍然对社会主义祖国的未来充满了信心，他在自制的煤油灯下继续忘我地 工作着。尽管青春已逝，但新的、旺盛的生命力给齐奥尔科夫斯基以力量源 泉，所以他精力充沛地开始了科学研究活动的新阶段，他的晚年仍然是成就 斐然。
1918年，在苏维埃政府的支持下，他的多种科学著作得以再版。1919 年，他被选为成立不久的社会主义研究院的成员 （这个研究院为苏联科学院 前身）。卡卢加自然科学协会集会向他所获得的巨大荣誉表示了热烈的祝贺， 齐奥尔科夫斯基在答谢词中说道：“现在我已经充分地意识到，在苏维埃大 家庭的温暖下，我不是孤独的，我有如此众多的朋友与支持者。”他还表示 自己准备拟订晚年的研究计划，为祖国的科学发展贡献出自己的全部力量。
为了能够使自己集中全部的精力从事科学研究工作，1921年，齐奥尔科 夫斯基希望政府解除他的教学职务。他的这一请求很快得到了满意的答复， 他可以全力以赴地进行科学活动了。与此同时，鉴于齐奥尔科夫斯基在航天、 航空技术与理论上的杰出贡献，苏维埃政府决定给予“航空专家、科学发明 家齐奥尔科夫斯基终身抚恤金”。
看到政府如此重视自己的工作与价值，齐奥尔科夫斯基不顾几十年辛劳 所致的疾病，依然积极地从事科学研究与科学普及活动。在沙皇专制统治的 漫长岁月里，他写出了130篇论文，但出版的只有50篇；而在苏维埃政权下 工作的10几年中，他写出并发表了400篇论文，其中包括前面已介绍过的那 篇著名的 《火箭列车》。在这些年里，齐奥尔科夫斯基的著作受到了各方面 极大的重视，被翻译成了多国文字出版发行，他毋庸置疑地成为了世界著名 的科学家。
大量的科学著作与论文，充分显示了齐奥尔科夫斯基广博的科学知识与 超人的聪明才智。1929年，他在《试论喷气式飞机》一文中预言：“在螺旋 桨飞机的时代之后，必将是喷气式飞机的时代。”航空事业的不断发展，不 久就证实了他的这一预言的正确性。在第二次世界大战后期，德国就制造出 了Me－262型喷气式战斗机；在今天，喷气式飞机更是获得了极其广泛的应 用，它飞行于世界各地。
齐奥尔科夫斯基的论文，除了有关航空、航天技术以及星际航行的理论 外，还涉及到了地质化学、环境改造、控制沙化、预测气侯等诸多方面。总 之，他所探索的诸多问题主要就是如何利用自然条件来为人类造福，他说：
“终止人类的痛苦，给予他们知识，健康与力量，是我的毕生所求。”
为了将科学知识尽可能多地传授给普通的劳动群众，齐奥尔科夫斯基还 积极从事科学普及活动。针对广大青少年喜爱科学幻想小说的特点，他曾利 用业余时间写了很多科幻小说，如《在月球上》、《在地球之外》等，其中 不少已被翻译成其他的文字，成为世界各国青少年的精神食粮。在科普影片
《宇宙航行》的拍摄过程中，齐奥尔科夫斯基担任了科学顾问，从而使这部 影片在放映后，受到了社会各界的广泛欢迎。同时，他还经常应邀到集体农 庄为农庄庄员们进行科普演讲，他建议：“应该让学者们经常到广大的农庄 来走走看看，并用多种有关自然规律的知识把农庄庄员们的思想武装起来， 这是宣传科学世界观、提高广大劳动者素质的最佳途径。”
1932年，苏联隆重举行了齐奥尔科夫斯基75周年诞辰与学术研究50周 年的纪念活动与会议。各种活动与会议分别在他居住的卡卢加以及莫斯科、 列宁格勒举行。苏联科学院、教育人民委员会、空军、各级党政组织、科学 活动家以及他的学生们都纷纷发来了贺电与贺信，高度赞扬了他对祖国科学 事业的发展所作出的卓越贡献。
高尔基在贺电中说道：“我代表文化界的朋友，以万分尊敬的心情向您 ——我们的劳动英雄表示热烈的祝贺。”
齐奥尔科夫斯基的学生们——苏联的航空、火箭技术专家们在给老师的 贺信中说：“亲爱的老师，我们——您的学生，在您75周年诞辰的大喜日子 里向您表示，我们将继续同心协力地进行航空、航天技术与理论问题的研究， 因为您在这些问题上已经为我们指明了前进的方向路，消除了我们的怀疑与 不安，从而使我们充满了信心与力量。我们将以您为榜样，为伟大祖国的繁 荣与富强贡献出自己的全部力量。”
不久，苏联政府又决定授予齐奥尔科夫斯基所能得到的最高精神奖励— —劳动红旗勋章。当须发皆白的齐奥尔科夫斯基专程从卡卢加来到莫斯科， 从苏联中央执行委员会主席加里宁手中接过勋章时，心潮澎湃，激动万分， 他说：“我衷心感谢政府仅因为我微不足道的成绩便给予我如此崇高的荣誉 与奖励，我此刻的心情是无法用言语来表达的。”
苏维埃政权关怀、尊重科学家，科学家也无限热爱苏维埃政权。他将十 月革命后的祖国称为自己“新的祖国”和“真正的祖国”，并发自内心地表 示“我为生活在这样的祖国里而感到无比自豪与骄傲”。1934年，齐奥尔科 夫斯基在《共青团真理报》上发表文章，谆谆地教导广大青年：“应当更多 地学习，学习怎样才能掌握更多的知识与如何才能进行独立的研究活动。如 果缺乏这些重要的素质，你们就不可能对祖国作出什么贡献。”他还将自己 在沙皇统治时代受到讽刺、埋没的苦痛经历与在苏维埃政权下受到尊重和支 持的不同境遇加以对比，藉以教育广大青年应该为社会主义祖国以及自己的 光辉前景而努力学习与工作。
齐奥尔科夫斯基从内心中热切地希望伟大的祖国变得更加强盛，因而非 常重视对科学的后备军——青年科学工作者的教育与培养。他对于青年学者 来信所提出的诸多问题，总是尽量地给予详细的解答；他亲自指导了大学生 科学研究小组制定的发展火箭技术的科研计划。就在他去世的前2个月，他 还不顾病痛，来到以他的名字命名的卡卢加俱乐部去给青年学员讲解航空理 论。当时的学员们都清楚地记得齐奥尔科夫斯基给他们上最后一堂课时的感 人情景：
在即将上课之前，齐奥尔科夫斯基才匆匆地赶来，他对学员们解释道：
“我刚看过医生，他说我可以上课。”可是刚讲了不一会儿，他的脸色就变 得苍白；看到老人如此的虚弱，大家都明白了他为了来上课又是从医院里私 自跑出来的，于是再三劝他不要再讲了。他进行“抗议”也没用，所以只得 把讲稿从他的口袋里掏出来交给了一位学员，说道：“好吧，那就请这位同 学来讲吧，我坐在这里，如果大家哪儿不明白，提出来我再解释。同学们， 你们应该知道，我喜欢同你们在这里交流，我不愿意过医院疗养的生活。”
1835年8月，齐奥尔科夫斯基的健康状况开始恶化，他意识到自己即将 与这个美好的世界告别了。回顾自己近80年来的生活与研究，老科学家真是 百感交集。他留恋这个世界，更留恋那些永无止境的科学研究与探索。9月 13日，他请人笔录，在病床上口述了一封致苏联共产党中央委员会的信：
“……
我终生最大的愿望就是以我的劳动来推动人类的进步，哪怕仅仅是微小 的一步。在革命前，我的理想是不可能实现的。十月革命以后，苏维埃政权 与伟大的党给予我的工作以极大的重视和有效的帮助。我感觉到了人民对我 的关怀与热爱，这给予了我无穷的力量，致使我在病中还能继续工作。然而，
日益严重的病已经使我无法完成研究工作。所以，我把自己关于航空、火箭 飞行以及星际航行的全部著作献给布尔什维克党和苏维埃政权——人类文明 进步事业的真正领导者。我坚信，他们会胜利地完成这一事业的。
……”
苏联党中央主席斯大林收到齐奥尔科夫斯基的来信后，马上回了慰问 电：“您的来信尽悉，我为您对布尔什维克党与苏维埃政权充满信心与支持 而表示感谢。祝您早日恢复健康，井继续为劳动人民的利益而进行富有成果 的工作。”
但是，自然规律是无情的，1935年9月19日，齐奥尔科夫斯基的心脏 停止了跳动。在他78年的生命历程中，有近60年的时间是在为科学事业的 发展而紧张地工作。齐奥尔科夫斯基，一个几乎失聪的人，一个从未进入过 中学与高等学校的人，一个被人讥讽为“卡卢加的幻想家”的人，由于自己 的不懈努力、刻苦自学，最终使自己成为一位学识广博、受人尊重的科学家。 他为自然科学中的一门新学科——航空、航天技术与星际航行学奠定了理论 基础。奋斗一生的齐奥尔科夫斯基，足以成为最好楷模。
齐奥尔科夫斯基去世后，《真理报》发表了长篇社论，社论写道：“我 们劳动人民的国家，珍视它的每一位公民，珍视每一位光荣的劳动者。我们 如何能不热爱并珍惜把自己全部力量奉献给祖国建设的伟大事业的人呢？卓 越的科学活动家齐奥尔科夫斯基同志，正是这些人中的杰出代表。因此，他 在世时，受到人民的爱戴；他去世后，也必将引起全体人民的沉痛悲哀，…… 未来的年轻一代科学家已经接替了齐奥尔科夫斯基同志的工作。当我们的下 一代征服了宇宙空间的时候，他们就一定会更加尊敬并怀念齐奥尔科夫斯基 同志，因为他是第一位对人类进行星际航行的构思作出了科学论证的人。”
9月22日，齐奥尔科夫斯基的葬礼在卡卢加举行。苏联党、政府、科学 界、各社会团体以及齐齐奥尔科夫斯基学生的代表共7000多人参加了葬礼， 由社会各界人士组成的送殡队伍长达2公里多。根据他的遣愿，他被安葬在 卡卢加的城外公园中——不久这个公园改名为齐奥尔科夫斯基公园。
一年以后，在他的墓前矗立起一座高大的纪念碑，上面铭刻着他的名言：
“地球是人类的摇篮，然而人类不应总是生活在摇篮中，他们将会不断争取 新的生存空间与世界，起初是小心翼翼地飞出地球大气层，然后将探索整个 太阳系。”
如今人类科技发展的事实验证了齐奥尔科夫斯基的伟大预言：
1957年10月，苏联发射了第一颗人造地球卫星；从此人类开始摆脱了 地球引力的束缚，将自己的活动范围扩展到了宇宙空间。
1961年，苏联发射了第一艘载人宇宙飞船，加加林成为第一个进入宇宙 空间的人。
1969年7月16日，美国“阿波罗”11号宇宙飞船发射升空，4天后进 入月球轨道，“鹰”号登月舱成功地在月球表面着陆，航天员阿姆斯特朗和 艾德茨留下了人类在月球的第一批足印。从此，人类征服宇宙的历史又揭开 了新的一页。
1977年至1979年，美国先后发射了“旅行者一号”、“旅行者二号” 及“先驱者10号”、“先驱者11号”4艘外行星探测器；经过近20年的飞 行，它们都已经飞离了太阳系，带着人类探索宇宙的信念，飞入了茫茫的银 河系。
人类探索宇宙的道路，将永无止境。
中外科学家发明家丛书：沈括
一、杰出的一生
我们中华民族有着五千年的文明历史，在这浩瀚的历史长河中，曾经涌 现出了无数杰出人物。在他们当中，有思想家、政治家、文学家、科学家、 军事家，等等。北宋时期的大科学家沈括，就是继东汉张衡、南朝祖冲之以 来，我国最伟大的科学家。
沈括博学多才、成就卓著，他在天文、地学、物理、化学、生物以及工 程技术、文学、音乐、美术等许多方面都有精湛的研究和开创性的发现，其 中有许多研究成果在当时的世界上，处于领先地位。如此博学，成就又如此 恢宏，这在中国科学史上是少见的。因此，英国当代著名科学家李约瑟博士 在他的巨著《中国科技史》中，称沈括为“中国科学史上最奇特的人物”， 他的著作《梦溪笔谈》为“中国科学史上的里程碑”。
沈括，字存中，宋仁宗天圣九年（公元1031年）出生在钱塘（今浙江杭 州）西七十里风景秀丽的南新乡。他的青少年时代是随为官的父亲在各地渡 过的。二十四岁时，他当上了沭阳 （今江苏沭阳县）主簿（县长助手），开 始踏上仕途，以后历任东海（今江苏东海）、宁国（今安徽宁国）、宛丘（今 河南淮阳）等县县令。其间，他克尽职责，关心劳动人民疾苦，领导各地民 众兴修水利工程，开始了他最初的科学实践。三十三岁时，他考中进士，来 到京城汴梁 （今河南开封），在昭文馆编校书籍，研究天文历法，后被提拔 为提举司天监 （政府天文观测长官），他主持重修了历法。不久，沈括被派 往今浙江、河北等地视察农田水利，他对这些地方进行了较为细致的水利、 地质等方面的研究。
王安石主持变法运动后，沈括积极参加并成为骨干。他的才能被宋神宗 所赏识，先后担任过几种重要职务，如“权三司使”（主管国家经济财政）、
“兼判军器监”（兼管军器制造）并被派出使契丹（辽国，今吉林、辽宁等 地）、率兵抗击西夏 （今我国西北地区）军队的进犯。在这段时期内，沈括 在处理政务的同时，考察了各地的地理形势、山川道路和风俗人情等自然、 人文情况，收集了许多宝贵的科学资料。
1082年，北宋边塞重镇永乐（今陕西米脂县西北）失陷，沈括受到牵连 被贬官，不久就结束了他的仕途生涯。六年后，他迁居到润州 （今江苏镇江 市）的梦溪园。在那里，沈括把自己一生的所见所闻和科学研究成果加以整 理总结，完成了流芳千古的科学巨著《梦溪笔谈》。1095年，这位博学多才 的科学家与世长辞。
二、初入仕途 展露斗角
沈括有一个幸福的家庭，父严母慈，哥哥沈披和他一起长大。沈括的父 亲沈周出身进士，先后曾在简州（今四川简阳）、润州（今江苏镇江市）、 泉州 （今福建泉州市）、江宁（今江苏南京市）等地任地方官，而沈括的青 少年时代就是随父亲迁任各地中度过的，其间在繁华的泉州居住了八年。沈 括的父亲是位为官清正、同情下层的开明官吏，这为沈括思想的形成带来了 许多积极的影响。沈括的母亲很有文学修养，是位知识妇女，在她的教导培 养下，两个儿子都得到了良好的启蒙教育。良好的家庭环境和广泛的社会接 触，使小沈括对许多方面知识都有浓厚的兴趣。这个有着强烈求知欲的少年 无论走到哪里，对所见所闻都很留意、注意观察各种事物。他之所以成人后 成为一位博学多识的科学家，与少年时代打下的基础有着密切的关系。
沈括十二岁时开始正式拜师读书。他和哥哥看到当时国家边疆常有战 争，给老百姓带来许多灾难，就立志长大后立功报国，于是常在一起练武。 他们的舅父许洞能文善武，著有兵书《虎钤（qián）经》，虽然这时已经去 世，但他们的母亲在自己理解的情况下，把书中的军事理论深入浅出地传授 给两个儿子。所以，沈括和他的哥哥以后均是文武全才，与这时的军事知识 教育有很大关系。
沈括从小就在学习上有一种锲而不舍的精神。十五岁时，他因练习写小 字不分昼夜，结果得了眼病。一位有良好医术与医德的医生王琪给他进行了 精心的治疗，于是他对医学产生了兴趣，他认真研究医术、到处搜寻药方， 与医学结下了不解之缘。
就这样，沈括在如饥似渴地吸收各方面知识的过程中，渡过了他的青少 年时代。时光冉冉，他二十一岁了。就在这时，噩耗传来，他的父亲去世， 怀着沉痛的心情，沈括在故乡钱塘为父亲守丧三年。服丧期满后，宋朝政府 按当时官员死后荫其子的制度，任命沈括为沭阳县主簿。至和元年正月，这 位二十四岁的青年人离开家乡前往沭阳县就职，从此开始了他近四十年的为 官生涯。
在宋代，主簿这个职务低微而劳苦。在给朋友的一封信中，沈括谈到： 官职中最低微而辛苦的，就是主簿了。沭阳县方圆几百里，即使没有人而只 有鸟兽的地方，主簿也要履行自己的职责。……整天忙忙碌碌，就连天气冷 暖、刮风下雨都顾不得了。即使工作这样繁忙，沈括依然尽心尽职地完成自 己的工作。
这时，流经沭阳县的沭水由于年久失修、河道淤塞，以至泛滥成灾，许 多田地颗粒无收，百姓生活困苦。而沭阳县令不但不兴修水利，对百姓进行 救济，反而侵吞上级的救济款，并以修复水利为名，横征暴敛、搜刮百姓。 自然灾害和贪官一起，使得民不聊生，最终爆发了百姓反抗官府的事件。事 件发生后，上司唯恐事态进一步扩大，就把县令调走，让沈括处理这件事。 沈括明白这一事件是因为治河不力，加上官府征敛过重而引起的，所以他便 平息民愤，撤销了那些令百姓难以生存的赋税。这样处理后，风波平息了下 去。
治理好沭水是事情的关键，于是沈括便组织民众整治沭水，数万民夫参 加了这次修浚沭水的工程。他们在沈括的指导下，迅速疏通了阻塞的河道， 拓宽了河床；同时做为辅助工程，修了一百余条灌溉水渠、九条堤堰。通过 这次大的整修，沭水附近地区做到了涝时能排洪，旱时能灌溉，使得七千顷 土地变成旱涝保收的上等良田。以后多年粮食丰收，使广大劳动人民的生活 得到了改观。
沭水修浚工程，使沈括的才能得到了上司的赏识。1055年，他被调任到 东海做代理县令。在任职期间，当地曾出土了一件古代的弩机。沈括对此进 行了研究，他针对弩机的设计，提出了三点一线的射击理论，即弩机的望山
（瞄准器）、箭端、目标三点连成一条直线，认为这样瞄准，可以提高射击 的精度。通过沈括对弩机的研究，我们可以知道沈括早在青年时代，就对兵 器制造理论有了一定的理解并且产生了兴趣。
嘉祐六年 （1061年），沈括的哥哥沈披在宣州宁国（今安徽宁国）任县 令，沈括此时正好客居此地。当时，江南转运使张颙 （yóng）准备修复废弃 已久的秦家圩（今安徽芜湖地区），任命沈披主持修复。因沈括整治沭水成 功，也派沈括参与此事。他们广泛考察了周围的地势，调查了过去筑圩的情 况，把当地的地形地貌绘制成图，提出了施工方案。
秦家圩原是一片面积很大的圩田。这种圩田，是此地人民依据农业经验 而从大自然手中夺取的耕田。由于当地地势低洼而水位较高，劳动人民就在 低洼地区的四周环筑堤岸，把耕田保护在堤岸之中，这就是圩田。圩堤上设 置闸门，圩区内修筑沟渠直通闸门，做到了涝能排、旱能灌。北宋初年，一 场特大洪水冲毁了秦家圩的全部圩堤，圩田一片汪洋。洪水退后，虽多次有 人提议修复，但都因遭到反对而作罢。反对的理由是，在水边筑堤护田会使 江河水道不够通畅，天长日久就将再度成灾。
沈披、沈括提出修复秦家圩的消息一传开，人们有的赞成、有的反对。 反对者提出：圩田面积广大，会严重影响洪水排泄，每至汛期，必然引起水 灾；还有，圩的东南堤岸连接大湖，长年被风浪冲击，难以坚固等等理由。 沈括以科学的理论和调查得来的第一手资料为依据，对反对说法进行了驳 斥，并针对具体问题制定出了切实可行的办法，如在堤上种树、堤下植芦苇， 即可巩固堤岸。由于他的主张有理有序，反对者无言可对。沈括、沈披的建 议最终得以付诸实施。
秦家圩修复工程浩大，调动了附近八个县一万四千民夫，用了八十多年 正式竣工。新修复的秦家圩规模壮观：圩堤宽20米，高4米，长40公里， 圩田面积近八千公顷；在圩堤上，栽植了数万棵桑树。修复后的秦家圩被宋 仁宗赐名为“万春圩”。由于有高大围堤的保护，能防洪又可蓄水灌溉，使 得八千公顷的荒废土地变成上等良田，每年收粮达二十四万斛。万春圩的修 复成功，证明了沈括弟兄科学倡议的正确性，使沈括的科学才能再一次展现 出来。
万春圩工程完成后，沈括被调到陈州宛丘担任过一段时间的县令。这段 时间内，沈括练习了气功，把自己肺脏、脾脏多年的慢性病治愈了。到这时， 沈括入仕快十年了，官职始终不过县令一级，而且在宋朝凭父荫循常例递升 官阶，也不是正经出身。到嘉祐七年（1062年）秋，三十二岁的沈括参加了 科举考试，考中进士。从这以后，他的政治生活进入了重要时期。
第二年，沈括被朝廷派至扬州做司理参军，由于他才学出众，颇得上司 张刍的赏识。经张刍的举荐，在治平三年（1066年），他来到京城，入昭文 馆编校书籍。由于他平时公务不多，昭文馆又有大量藏书，所以沈括利用时 间和职务之便，阅读了大量馆藏书籍，尤其深入钻研了天文学。年轻的英宗 皇帝也曾向他询问过一些天文方面的问题，他作了很好的回答，得到了皇帝 的嘉奖。这时，昭文馆的一位官长对他的才学还有些怀疑，便又提出一些问 题要他回答。
他问沈括：“天上有二十八宿星座，但间距不等，多的相距三十余度， 少的只有一度，这是什么道理？”
沈括回答道：“天空中星辰分布本无所谓‘度’，只不过是研究天文历
1 法的人为了计算方便，以太阳的运行轨道黄道为规，把天空分为365 度。
4 二十八宿星在天空中的分布原本不均匀，自然就谈不上相距间度的均匀了。”
官长一听，觉得很有道理，又问“日和月的形状是像弹丸（球体）呢， 还是像圆扇 （平面圆形）？”
“像弹丸。”沈括脱口而答。
“何以证明？”
“这可以用月亮的盈亏来加以验证。”沈括边回答，边从书桌上举起一 个弹丸来作比，“月亮本身是不会发光的，而是靠日光的照射才反射出光来 的。每当月亮初升，日光照到它的侧面，所以新月如钩；月中时，日光照到 它的正面，故而满月如轮。就好比我于中的这颗弹丸半边涂上白粉后，您从 侧面看它，有粉的地方像钩形；而从正面看去，就是圆形了。这与月相盈亏 的道理是相同的。”
这个形象的比喻使得官长不住点头。随后，他又问：“日月运行，每月 都有朔和望，为什么却不都能发生日月食？”
沈括对朔和望当然是非常清楚的。他知道，阴历每月初一，月亮运行到 太阳和地球之间，这时月亮和太阳同时出没，在地球上看不到月亮，这就叫 朔。初一这天也称朔日。阴历十六日左右，地球运行到月亮与太阳之间，这 天太阳从西边下落时，月亮正好从东方升起，这时在地球上看到的月亮就是 圆的，这就叫望。这天就称望日。官长的意思很明白：即然在朔望期间日月 总是几乎和地球成一条直线，那为什么并未都发生日月食呢？沈括对这个问 题早就研究过，因此马上作了回答：
“当太阳射到地球上的光线被月亮挡住时日食便发生了，所以日食一定 发生在朔日。当地球挡住了日光，月亮这时走入了地球的影子中，便发生了 月食，所以月食就一定发生在望日。但是太阳轨道黄道与月亮轨道白道并不 重合，它们之间有一个夹角。所以，只有在黄道、白道交点的附近，日月和 地球真正处在同一直线上，才有可能发生日月食。”
官长听得愈发明白。接着，沈括又详尽描述了日月食出现的方位，井指 出黄道与白道的交点每月向西后退一度多，经过十八年零六个月，交点退行 一周。
沈括对于这几个天文学问题的解释，与现代天文学理论与实际大体相 符。黄白交点退行时间的计算，更是与现代数值极为近似。在九百多年前， 没有先进的天文观测仪器的情况下，得到这样的答案是很了不起的成就。
正因为沈括具有相当精深的天文学知识，到了熙宁五年（1072年），宋 神宗任命他为提举司天监，就是国家天文台的台长。司天监掌管天文历法， 其主要任务是观测天象、推算历法。显然，这是一个业务性很强的部门，没 有学有专长的内行是不行的。然而沈括到任后，发现监内官员大多不学无术， 没有真正懂得天文的人才，观测仪器也很匮乏。他们得到的一些数据，多半 是凭主观臆断或脱离实测的纸上推算得来的，缺乏科学性又脱离实际，对农 业生产也起不到应有的作用。
为了改变这种状况，沈括从两方面同时进行全面整顿。首先，他打破官 阶资历和门阀等级，排除阻挠，推荐平民历算学家卫朴入司天监。卫朴本是 一个双目失明的算卜者，但他擅长心算与筹算，记忆力非凡，对天文历法也 有很深的研究。沈括让他担任业务骨干，主持历法的修改。同时，他还罢免 了六个不称职的官员，调入一批懂业务的新人进行培训，学成后分配在监内 工作。
另一方面，沈括破除了北宋传统的以推算为主要手段的修历方法，坚持 深入实际，通过实测进行参验的方法来制定新历。要进行实测，必须有准确 的观测仪器，而司天监的旧仪器都已无法使用，因此沈括对旧仪器进行了改 造。首先，他改造了浑仪。
浑仪，是天文学家观测天体方位的重要仪器，它是一个模拟天空星辰实 际运行情况的模型。我国在公元前四世纪就有了浑仪，它的上面还有两个圆 环，一个是固定的赤道环，另一个是赤经环。随着科技的进步，到了东汉海 仪上增装了黄道环，张衡又加上地平环和子午环，到唐朝初年，李淳风把浑 仪由两重 （仪体、环）改为三重，加入了由黄道，白道和赤道等三环相交的 三辰仪。这就是宋以前浑仪的简要发展史，可以看出，仪器的发展方向是环 数越来越多，结构越来越复杂。物极必反，由于环数太多而相互交错，势必 会遮掩部分天区，减少观测范围而不利于观测。
实践经验丰富的沈括，发现了浑仪发展的不良趋势。为扭转这种现象， 经过反复研究，他发现白道环没有大的价值，又常常遮蔽仪器中的了望孔， 于是就取消了白道环；同时，他还改变了一些环固有的位置，使它们不挡住 视线。沈括此举，使浑仪发展方向发生了可喜的转折。元代科学家郭守敬， 就是沿着他的方向，取消了黄道环，既大大开阔了观测者的视野，又能保证 观测效果。
此外，沈括对计时器——浮漏与观日影的仪器——影表都做了改进，使 它们更加准确。为了说明他改制仪器的原理，沈括写成了著名的《浑仪议》、
《浮漏议》和《景表议》等三议。实际上这三篇文章的内容，不仅是对仪制 改制的说明，同时阐述了沈括的几个重要的天文理论。它们是我国天文学史 上的重要文献。
有了学有所长的人，又有了新的观测仪器，熙宁八年（1075年）闰四月， 由沈括和卫朴通力合作修成的新历《奉元历》，正式颁行了。新历以 365.243585日为一年，这同现在实测的365.2422日比较，虽稍大却比宋朝 已颁行的历法都准确。因此，新历受到人们的好评，宋神宗也对它大加赞赏。 但由于实测的时间不长，数据不够丰富，因此新历没有达到应有的水平。元 祐五年（1090年）发生了冬至落后一天的误差。但是，沈括靠实测修历的原 则对后世产生了深远影响，郭守敬的《授时历》就是遵循沈括的修历原则而 修成的，它使古代历法跃上了新的台阶！
在主管司天监的日子里，沈括又通过测定日影，对“蒙气差”现象作出 了科学的解释。“蒙气差”指的是天体发出的光从空间稀薄的外层空间进入 地球大气时所发生的光线折射现象。就好比把一支铅笔放在盛有水的玻璃杯 中，看上去铅笔就发生弯曲一样，实际上是光线折射现象所引起的。因此沈 括认为，人们在地面上观察到的太阳位置，并非太阳的实际位置；人们观察 到的太阳高度，比太阳的实际高度要高。他对“蒙气差”现象的这一科学解 释，比西方要早五个多世纪。
三、激流勇进 变法骨干
沈括是一位有卓越成就的科学家，又是一位有先进思想的政治家。他是 王安石变法运动中的一名骨干人物。
北宋初年结束了五代十国的分裂局面，政局相对稳定，社会经济较前代 有了很大的发展。但到了沈括为官时，建立了一百余年的北宋，已暴露出了 封建国家的各项固有矛盾。豪强地主大量兼并土地，广大农民却无立锥之地； 外患纷乱，北有辽国、西有西夏，后来又有金国，他们不断犯边，使得北宋 政府增加大量赋税以备军费；北宋政府官员剧增，各项开支浩繁，更使得统 治阶层加重对广大平民的压榨。许多农民辛苦一年收的粮食，几乎全被官府 收走充做多如牛毛的赋税，他们只能以糠麸、菜根、植物的果实等渡日。民 不聊生、官逼民反。沈括之时，就发生过京东王伦，京西张海、郭邈三，河 北王则等领导的农民起义。
社会矛盾如此尖锐，使得北宋统治者不得不考虑改弦更张。代表中下层 地主利益的王安石提出了推行新法的创议，希望通过变法使得社会矛盾得以 缓和，国家实力得以增强。宋神宗接受了王安石变法的主张。熙宁二年（1069 年），变法运动正式开始。
沈括与王安石早就相识，两人的思想有许多一致的地方，所以二人是知 己。沈括多年在基层为官，了解社会现象和农民疾苦，对社会积弊深有感触。 他也认为只有通过一场大的政治改革，抑制兼并，减轻赋税，兴修水利，使 得国富兵强而最终解决社会危机。所以当变法运动刚一酝酿，沈括就积极参 加进去。然而这时沈括的母亲去世，他送灵柩回故乡钱塘安葬，处理完丧事 后返回京城开封已是第二年。此时变法运动正方兴未艾，王安石被拜为宰相， 均输法、青苗法、农田水利法等一系列新法相继制定、推行。这些措施使得 社会经济有了一定程度的发展，暂时缓和了日益发展的社会矛盾，劳动者的 负担相对减轻，整个国家实力也有了提高。
看到这种局面，沈括更加积极地投入到这场运动之中。沈括当时任太子 中允、检正中书刑房公事之职，官位虽不很高却握有实权，许多变法规划都 有他的参预。沈括利用自己的科学才能积极为推行变法、富国强兵而服务。 首先是疏浚和整治汴水。
整治汴水是推行农田水利法的重要保证之一。北宋京师的给养输送，主 要依靠汴水水运，如果汴水淤塞，则京师的物资供应就会受到严重威胁。而 此时，汴水淤塞的问题已很严重，因为汴水引自黄河，自然就携带大量的泥 沙，由于年久失修，河床逐渐增高，有的地方河床已经比堤外地面高出三、 四米形成“地上河”。这样，河堤一旦溃决，非但物资无法运输，堤旁的千 家万户都有生命之忧。如此情况下，能否疏浚汴水，化险为夷，是直接关系 到新法推行成败的大问题。
沈括受命治汴后，认真地进行了疏浚河道和测量工作。他认为，如果仍 然引黄河水作为汴河的水源，即使这次疏通，天长日久后也会再次淤塞，所 以治汴的关健在治本，即水源问题，最好能引水质较清的洛河水入汴。为了 达到这个目的，根治汴河，他对汴河的地势进行了非常详细的测量。
测量的地段，从开封上善门起，至泗州 （今江苏盱眙地区）止，这段是 汴河的关键地段，长度是八百四十里又一百三十步，这是比较容易测量的。 关键是两地地势高低的差别，而这用一般的测量工具是无法得到准确数字 的。但这难不倒博学多知的沈括，他创造了一种新的测量方法——分层筑堰 法。沈括先指导民工把开挖汴河时取土形成的堤外小沟开通，形成一条与汴 河平行的小河道；然后往里灌水，使水积蓄在地势最低的泗州一段的河道。 当水面平稳时，靠近上游的河段就逐渐形成浅涸；在这筑一道横截小沟的堤 堰，再往上游方向灌水，如此直到开封河段。因为小沟中的水是静止与水平 的，因此可以把堤堰的分层看成是一级级台阶。只要测量各级堤堰的水平面， 将其各层高度加以比较即可。最后，沈括测得京城附近的地势，要比泗州高 出十九丈四尺八寸六分。沈括的这种测量地势的方法，开创了世界测量史上 的先河。
汴河地势的测量完成，为引洛水入汴开创了便利条件。元丰二年（1079 年），工程完成取名为“清汴”。由于有了新的水源，就封闭了黄河入汴的 水口，减少了泥沙的淤塞，使堤坎不会再有被决的危险，水患被根除；同时 更加方便了开封与各地的物资交流。这一切都是与沈括的建议与测量分不开 的。
熙宁六年（1073年）六月，在王安石的举荐下，沈括受命前往两浙（今 江苏、浙江等地）视察农田水利及差役等方面情况。他一到任，就同地方官 员协商整修水利之事；同时，他亲自到各地进行实地调查、处理问题。在常 州、润州，他召募饥民兴修水利；在苏州、秀州，他指导疏浚湖浜；在温州、 台州、明州等地，他发动百姓围海筑堤来保护东部临海的田地。这么多的农 田水利工程，对于两浙农业经济的发展，起到了很大的作用。
为了减轻百姓的负担，沈括向朝廷提出建议，减免两浙人民每年额外上 供的十二万匹绢帛，得到批准。早在沈括担任地方官时，他就发现农民生活 贫苦的一个重要原因：每当秋收，粮食多而价格很低，而此时农民又需钱用， 就只得将粮卖给大户；到了青黄不接之际，农民无以为食只得高价向大户买 点口粮。这样，大地主大商贾大发其利，广大农民却愈发困苦。鉴于这种情 况，沈括建议各地官府设立机构，收粮时平价购入，粮乏时平价卖出，以解 决农民的实际问题。这一建议被朝廷采纳。沈括注意体恤民情，由此可见一 斑。
在处理政务的闲暇之余，他继续了自己的科学研究。1074年春，沈括来 到浙东的温州地区，听说雁荡山风景奇美，就决定去游览一番。他刚进入雁 荡山区，井未发现什么特别的地方。可是进入深处后，他大吃一惊：山峰都 是那样陡峻险怪，挺拔高耸，景色奇秀。原来这些山峰全座落在谷地当中， 四面被山包围着，所以从山外向里看就发现不了什么。更奇怪的是，从山外 高处看，各峰的顶与高与地面几乎相平，有的还低于周围山的山脚。
这种奇异的景象是如何形成的呢？沈括再一次进山仔细观察，探寻其中 的奥秘。他踏遍谷内的山岭溪涧，发现山峰顶部都有岩石被水流侵蚀的痕迹， 由此他得出结论：由于山谷中的泥沙被大水冲走，只剩下坚硬巨大的岩石高 峻挺立，这就形成了山谷内千峰竞秀的奇特景色。由此他还联想到陕北一带 的黄土高原中，突立的黄土柱往往高达几十米，这和雁荡山奇峰形成的原因 一样，是水流长期冲刷的结果，只是一个为石一个为土而已。
