元世祖忽必烈的重视是元代天文学继续发展的保证。他不像他的祖父在征战中顾不上颁用新的历法，尽管耶律楚材先后进献过《西征庚午元历》和《麻答历》，但都未能采纳颁行。早在至元四年（1267），他就将西域人札马鲁丁进献的《万年历》在部分地区颁用①，并积极准备组织编撰并不限于信奉伊斯兰教人使用的通用历法。因此，尽管蒙古族过去是一个靠物候掌握时日的文化比较落后的民族，但固有的习俗和形势的变化，促使新的统治者重视天文历法，为元代天文学发展创造了必要的条件。

　　① 《元史·百官志》：“世祖在潜邸时，有旨征回回为星学者。”

　　② 李约瑟《中国科学技术史》中还提到他也可能名叫札马鲁丁·伊本·马赫福兹，现在巴黎还存有他作的有72 颗恒星的星表手稿。见J.Needham，Science and Civilisation in China，Vol III，pp.372-373。① 《元史·历志》称“世祖稍颁行之”，《新元史·历志》称“西域人札马鲁丁用回回法撰万年历，帝稍采用之”。

　　第三节两所国家级天文台至元九年（1272）元世祖决定迁都，改原中都为大都。到达大都后他网罗天文人才，除原金朝、宋朝司天监的人员外，还召来了一些当时著名的天文学家，刘秉忠就是其中之一。刘秉忠曾创办书院，从事数学、天文学的教育，王恂、郭守敬等都师从于他。他向忽必烈提出改历建议，并推荐了王恂和郭守敬等治历人才。郭守敬有句名言：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”（《元史·郭守敬传》）他的话得到参加治历的同仁们的赞同，也得到了元世祖的全力支持，于是他为治新历先制新仪，全力投入大都天文台的建设工作中。

　　至元十六年（1279）修建大都司天台，地点选择在元大都东城墙下。据《元文类》卷十七杨桓的《太史院铭》，可知这不仅是元代太史院的办公之处，而且也是一个规模庞大的天文台。台高七丈，分三层，院墙长约123 米，宽约92 米。最高层是观测台，上有简仪、仰仪、圭表和玲珑仪；中间一层八个方位有八间房，分别放置图书资料、星图、浑象、计时漏壶等，是作观测准备和进行天文研究的专用工作间；下面一层是管理人员、工作人员的办公室以及仪器设备的储藏室，可见其设计周密，设备完善。

　　司天台最高层的仪器都是郭守敬设计制造的，都是极为出色的天文仪器，其中首推简仪。简仪是对古代浑仪进行重大革新后面貌完全改变了的测量仪器。它不拘泥于用浑圆的外形表示天球，不再是将天球上的大圆分层用圆环表示的古老形态。虽然它的测量结果仍与浑仪一样是天体的赤道坐标，但其使用更为简捷方便。简仪至少有下列六种创新：（1）这是世界上第一台由高低支架构成的赤道仪，贯穿于高低支架上的仪器转动轴就是极轴，测量部分可绕极轴旋转。现代天体望远镜的英国式赤道装置，其实就是从简仪结构中脱胎而来，不同的只是置于极轴上的观测部分换成了望远镜；（2）简仪充分利用空间，在高架下面安装有测量地平坐标的立运仪，成为一仪多用的综合性仪器；（3）仪器附加有安装调整使用的附属设备，如底座上有水槽可用于调整支架放置的水平，有正方案可保证仪器的极轴调整在子午面内，有候极仪可用于调整仪器的极轴高度，使极轴与观测点的地理纬度一致；（ ）一改过去度的圆周分割法，将一圆周分成分， 分为一4 3651 43600 10度，是采用360°分划，度以下采用十进位的新划分法，有利于提高分划精度；（5）在百刻环与赤道环之间装有四个可滚动的圆柱体，由于加入滚柱轴承，转动更为灵活；（6）仪器结构的变化是其中最重要的创新，如与极轴一道旋转的测量部分，只是一个四游环和一根窥衡，彻底避免了浑仪多重圆环互相遮挡的弊病。其他较小的创新还有窥孔中加十字丝以提高对中精度、以窥衡代替望筒等。毫无疑问，简仪是十三世纪世界上最杰出的天文测量仪器。第二件重要仪器是仰仪，其主体是一个直径一丈二尺的铜半球，像一口大锅，凹放在一个平台内。半球球心位置安放一个可以转动的景符。景符是一块宽二寸、长四寸中间带有小孔的铜板，阳光通过其上小孔可成像在球面上，于是由球面上的刻度线可读出太阳的位置。尤其是观测日食时，初亏的位置和时刻，食既到生光以及复圆的全过程，均可一一详记，它改仰观为俯视，减小了直视太阳时日光耀眼之苦，而且不易疲乏，可称得上是世界上第一台太阳投影观测仪。仰仪也是一种完全创新的天文仪器。

　　以上两件仪器，《元史》中均有详尽记载。司天台上的另一件重要仪器是玲珑仪，但《元史》中关于玲珑仪的文字却很少，因此在学术界有两种互不相同的看法，有人参照杨桓写的《玲珑仪铭》①中有“遍体虚明”、“人由中窥”和“十万余目，经纬均布”，理解为封闭球体上钻有十万余小孔，人在里面观看的假天仪，另一种意见认为它是一台浑仪。

　　大都天文台显然是一座规模巨大、工作人员众多、仪器精良、设计周密的天文台。但是在北方的上都还有另一座风格迥异的国家级天文台，上都司天台。双台并重，成了元代天文学的一大特色。至元八年上都回回司天台建成后，秩从五品，以札马鲁丁为提点。他所制造的七件西域天文仪器安置于台上。此台和这些仪器之所以重要，是因为它们是中国和阿拉伯天文学交流的产物。七件仪器名称如下：（1）咱秃哈剌吉（2）咱秃朔八台（3）鲁哈麻亦渺凹只（4）鲁哈麻亦木思塔余（5）苦耒亦撒麻（6）苦耒亦阿儿子（7）兀速都儿剌不定关于这七件西域天文仪器结构与功能的较详细介绍，请参见本卷第十六章札马鲁丁传。这些仪器明显具有西域特色，与中国传统天文仪器有所不同，其中“浑天仪”（咱秃·哈剌吉）极高三十六度，而上都的纬度近42.5°，因此它不会是为在上都安装使用而设计制造的。究竟为什么会这样，还有待进一步的研究。