至元十六年(1278),為了制定更精確的歷法，以指導(dǎo)農(nóng)事。郭守敬上奏元世祖忽必烈：“唐一行開元間令南宮說天下測景，書中見者凡十三處。今疆宇比唐尤大，若不遠(yuǎn)方測驗，日月交食分?jǐn)?shù)時刻不同，晝夜長短不同，日月星辰去天高下不同，即目測驗人少，可先南北立表，取直測景。”(《元史》卷一六四《郭守敬傳》)忽必烈準(zhǔn)奏后，在原有大都、上都等五處司天監(jiān)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)設(shè)立了二十七所觀測臺、站。最北的北海測影所，據(jù)推算位居北緯64°5′,在北極圈附近；最南的南海測影所當(dāng)在占城(今越南南方)。站所幅射的范圍“東至高麗，西極滇池，南逾朱崖，北盡鐵勒。”這樣大規(guī)模的實測活動，“是亦古人之所未及為者”(《元史》卷四八，《天文志》一)。黃赤大距是黃道與赤道面相交的角度，長期以來一直認(rèn)為是24°。郭守敬等利用研制的先進(jìn)的天文儀器觀測，得出“黃赤內(nèi)外度，據(jù)累年實測，內(nèi)外極度二十三度九十分”的數(shù)據(jù)，并且用數(shù)學(xué)計算驗證，“以圓容方、直、矢接勾股為法，求每日(日、月)去極，與所測相符”(《元史》卷四八，《郭守敬傳》)郭守敬測得的數(shù)據(jù)與現(xiàn)代觀測值反差1′6.8″。是當(dāng)時在世界范圍內(nèi)最精確的數(shù)據(jù)。我國古代對恒星位置的觀測，是以觀測二十八星宿為基礎(chǔ)的。每一星宿用一星為距星，兩距星間距離稱為距變。元以前曾進(jìn)行過五次測距。北宋崇寧年間測得結(jié)果的絕對誤差總和為4°32,平均為9′。郭守敬用他創(chuàng)制的儀器測定結(jié)果的絕對誤著總和為2°10′,平均只有4.5′,精確度提高了一倍。此外，郭守敬還對二十八宿中雜坐諸星進(jìn)行測量，測出前人未命名的星一千余顆。觀測的星數(shù)從1464顆增加到2500顆。歐洲文藝復(fù)興前所測量的星只有1022顆。