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公元1623年，汤若望来到北京，虽然他急切地想要在这政治和文化的中心传播西方的教义，但他也明白不能操之过急。他仿效当年的利玛窦，把从欧洲带来的数理天算书籍列好目录，在徐光启的协助下，呈报给朝廷，并把带来的各种科学仪器陈列在居住的地方，请中国官员前来参观。

公元1628年，大明朝的最后一个皇帝正式登基，年号崇祯。此时的大明江山已是千疮百孔，这种状况让崇祯皇帝陷入了一种深深的焦虑和恐惧当中。

无可奈何之下，崇祯皇帝只有寄希望于“天人感应”的说法。在他看来正是因为万历，天启皇帝在祭祀天地祖先以及颁布历法上的玩忽职守，才导致了国家的危机四伏，因此，崇祯不能容忍头顶上的天象出错，更不允许手中的历法混乱。

可是当时使用的大统历已经有三百多年的历史，在实际推演过程中的误差越来越大。钦天监所预报的天象尤其是对日月食出现的时间屡屡失误，这使崇祯恼怒异常。

此时的西洋人在修订历法方面被认定有独到之处，而他的身边恰好出现汤若望。汤若望是幸运的，他受到西洋人此前从未有过的信任和恩宠。利玛窦终其一生都没有见过万历皇帝，而汤若望却可以经常上朝去见崇祯，他还可以随意出入在宫中用膳。崇祯对天文历法十分重视，他指望着汤若望新修的历法能够重塑皇家的威信。

1629年，历局成立，历局是个临时研究改历的机构。任务是编纂一部《崇祯历书》，实际上就是编纂一部西方的数理天文学知识集成。历局的成立，意味着西方古典天文学系统传入中国，是中西天文学交流的开始。在徐光启主持下，经过十多年的辛勤工作，终于1634年12月完成了卷帙浩繁的《崇祯历书》，共计46种一百三十七卷。内容分"五目"、"六次"，《崇祯历书》是对中国传统历法的重大改革。

新历书与其说是一部历法，不如说是一部涵盖了当时欧洲最重要天文成果的天文学大全，第谷的《新编天文学初阶》、《彗星阶》，哥白尼的《天体运行论》，开普勒的《天文光学》、《新天文学》，《哥白尼天文学纲要》和伽利略《星际使者》等西方天文科学著作。与中国传统的天文学相比，新历书在天象预推和实测的吻合度上精密了许多。

崇祯皇帝对汤若望等人的治历工作十分赞赏，曾亲赐御匾，上面亲书“钦褒天学”。礼部在皇帝赠匾边上又加了一块“攻堪羲和”。（ 羲和是中国上古时期的尧帝的天文官员）

1644年，清军进入北京。汤若望受命继续修正历法。他将《崇祯历书》压缩成一百零三卷《西洋新法历书》，后被清廷定名《时宪历》，颁行天下。并任命他为钦天监监正，他是中国历史上的第一个洋监正，开创了清朝任用耶稣会传教士掌管钦天监将近二百年之久的传统。