明代之前中国航海中的天文导航成果

从现有文献来看，中国古代航海中所用的天文导航方法仍是简单测高，没有证据能说明曾经出现过独立的天体测量工具和计算方法。此前研究中曾提到几例在明代之前以计算方式进行天文导航的证据，除了开头提到的泉州南宋沉船上的竹尺和马怀德的身份之外，《中国科学技术史》中还提到了三条证据。第一条的内容是：

我们能找到关于中国勘测人员采用“指宽”（“指”）作为量度单位的记载，其时间比阿拉伯文化中任何类似的量度记载都要早。例如，前面曾经提过的一位魏国将军邓艾，他在公元260年左右就以谙悉军事地形而闻名——“每当他看到一座高山或一片荒野，他总是用指宽来度量，估算其高度和距离，以便草拟和计划最有利的安营扎寨的地点”（“邓艾每见高山大泽，辄规谋度指，画军营处所，时人皆笑之”）。和他同时代的人多以为他在故弄玄虚，引为笑谈。当然，以指宽为单位测量高度的方法，也极有可能分别独立地出现于阿拉伯和中华文化圈。^[66]

这段文字中邓艾的事迹源于《三国志·邓艾传》。《中国科学技术史》英文原版中没有引《邓艾传》的汉语原文，但据其叙述可以推测作者解读原文时在“指”“画”之间断开，将“度指”视为一个词；汉译本附有汉语原文，且较《三国志》通行本在“规”“度”之间多出一个“谋”字。而中华书局标点本对这段的断句是：“（邓）艾初不称谢。每见高山大泽，辄规度指画军营处所，时人多笑焉。”^[67]在古代文献中，“规度”和“指画”是两个不同的词，例如两处与《三国志》成书时代相近的记载如下：

西晋杜预注《春秋左传·襄公四》：

偃猪，下湿之地。规度其受水多少。^[68]

《后汉书·马援传》：

（马援）又于帝前聚米为山谷，指画形势，开示众军所从道径往来，分析曲折，昭然可晓。^[69]

由此可见这里原本不应有“度指”一词，实际应是“规度”“指画”。这只是断句引起的误会，不能认为邓艾使用了指宽作为量度单位。

第二条是《中国科学技术史》中根据沈括记录的11世纪弩机的事例，猜测中国领航员使用十字仪^[70]。所引原文如下：

从沈括所说的一段值得注意的话可以看出，中国人早在十一世纪（即在宋代）就已经知道十字仪，而使用十字线网格则可以上溯到汉代。下面就是沈括的这段话：

有一次，当我在海州的一所房屋的花园里挖土时，曾挖掘出一个弩机。当你用它来观测山的整个宽度时，弩机上的距离很长……^[71]

虽然外形上有相似因素，但kamal的核心原理是计算圆心角，而弩机的核心原理则是相似三角形，两者使用的方式和依据的技术原理不一样，不能认为它们是同一种工具。

第三条是宋代海船上的“望斗”。《中国科学技术史》中对原文解读如下：

〈（建炎三年）三月十二日……监察御史林之平为沿海防托……既而之平言应海船，乞于福建、广东沿海州军雇募。……船合用望斗、箭隔、铁撞、硬弹、石炮、火炮、火箭及兵器等，兼防火家事之类。〉(www.xing528.com)

虽然我们在别处还未曾遇到过“望斗”这个名称，但它的意思显然是指用来观测大熊座位置和高度的窥管。我们还应记得与此有关的那种窥管（“望筒”）和象限仪，这在本书第三卷图146中已有说明，该图取自年代与上述文献极为接近的一部著作——1103年的《营造法式》。但“望斗”也同样可能是一种十字仪或阿拉伯牵星板。所以，对于中国领航员来说星体高度的测定也许是紧随天体方位的测定而发展起来的。^[72]

从一些军事史料中可以看到，望斗是中国古代战船上的一种战斗装备，是安装在桅杆顶部，外形如斗的木厢，可以用于瞭望，也可以向外放箭，这里的士兵被称为“望斗兵”，与天文观测并无关系。如《兵录》中记载：

桅顶用望斗，以布作围，藏兵在上，以了贼舟。^[73]

《广东新语》中对望斗的形制和作用有更具体的解释：　

广之蒙冲战舰……桅上有大小望斗云棚。望斗者，古所谓爵室也。居中候望，若鸟雀之警示也。云棚者，古所谓飞庐也。望斗深广各数尺，中容三四人。网以藤，包以牛革，衣以绛色布帛。旁开一门出入，每战则班首立其中。班首者，一舟之性命所系。能倒上船桅，于望斗中以镖箭四面击射。^[74]

图3-15　明代战船桅杆顶处的望斗和望斗兵^[75]

从以上史料分析来看，邓艾的“度指”、宋代的弩机和望斗几例证据都不成立，所以不能认为中国古代曾经出现过独立的天文导航工具。然而没有独立工具不等于没有天文导航方法，《牵星术》一文中提出：“唐代南宫说在开元十二年（724年）的疆土测量中，已准确定出北极高度与南北里程的关系，此后不久即有可能将这一原理用于海上”^[76]。近年有《海中识方位——航海南北定位在中国古代开始应用时间探析》一文提到早期中国文献中常以为日本在海南岛附近，直到唐代后期，文献中才准确指出日本在北方的位置^[77]，也为此提供了一条旁证。

中国古代航海文献中的牵星数据之所以只涉及印度洋及其周边区域，是因为相关海域中常不见陆地标识，所以只能依据天文导航。而在中国附近海域，由于陆地标识较多，海中常有山石相望，所以未将牵星术作为主要导航方法。从人类航海史发展的角度来看，海上技术通常是由内陆技术演化而来。中国内地堪舆术中常使用罗盘勘测，所以海船上较早使用指南针，而阿拉伯航海者惯用的星高导航方式，也能在陆地上找到它的原型。《古代阿拉伯航海技术》中分析阿拉伯人在内陆同样需要用星辰引路。^[78]这是因为当地多沙漠，人们在其中穿行时，茫茫沙海常与海洋一样漫无标志，所以旅行者们只能依靠星辰定向。由于生活环境和历史传统的影响，当地航海者将牵星法的使用范围从陆地扩展到了海洋。

中国古代早期与天文记录有关的“指”用来表示人们估测天体的距离^[79]，它很可能也是当时人们用身体部位作为度量衡的表现，与明代海道针经中印度洋周边的天文导航计量单位“指”的本义有一定相似之处。从印度洋上的导航工具来看，这里明代航海书中的“指”应当就是isba的意译，在明初之前，可能已经有许多中国民间航海者接触到了这种计量单位，但它的正式引进、普遍使用和流传，应当是在郑和下西洋时期。当古代中国海员与印度洋上的航海者交流导航工具和方法时，很可能与后来的欧洲观察者们一样，看到了当地海员用手指测星高以解释计量单位的情形。这种解释是中国海员们可以理解的，因为它与中国传统的掌度和直尺测天方法基本相同，而中国内陆的量天尺正是以尺寸分为计量单位。^[80]所以再回到本文开头，虽然泉州湾海船中出土的尺子不具备特殊形制，但它依然有可能是导航工具，因为中国传统航海活动中的天文导航工具原本就是普通的尺子。

从天文导航技术的发展过程中可以看到，世界各地的航海者们常有用手简单估算星高的传统，除了中国南海船员的“掌”、印度洋海员的“指”之外，太平洋上南岛语族的土著航海者们也用手指和手掌估测星体出水高度以导航定位。^[81]由于科学技术传统和地理环境的差异，中国与印度洋周边地区的导航技术向不同的侧重方向发展，在现存的航海指南中，可以看到中国的文献更多描述更路和岛礁等陆标用于辨识，而印度洋周边地区的文献更多描述星辰、风浪和生物。当中国古代航海者来到印度洋海域时，为便于交流，借鉴了当地常用的测星工具和计量单位，但仍然是以中国传统方式使用，正体现了两种导航传统在这一时段的不同趋向。

在印度洋上航行时，虽然用kamal这样的牵星工具可以粗略算出船舶所在的纬度，但这并不能说明所有的牵星工具都有计算功能，也不能说明所有的航海者都必须在量出星高之后还要继续计算纬度。事实上，一些论著中也已注意到这种现象，如《略论牵星板》开头即阐明“牵星板是过洋牵星时用于测量方位星出地高度的观测仪器。过洋牵星术是一种天文航海术，它通过对于方位星出地高度的测量，进而测定船舶在大海中航行时的航向和方位，是古代远洋航行中重要的测向定位技术”^[82]。但自从《牵星术——我国明代航海天文知识一瞥》做出“用牵星板以测定船舶所在的地理纬度，实为我国航海天文仪器的先声”^[83]这一结论后，很多论著中没有强调记录功能与计算功能的区别，以致许多读者认为所有古代航海者使用牵星法时，都必须计算出具体纬度，这实为一种误解。

海员仅依靠星高就可以导航，虽然这种方法看起来比较简单，但却是许多古代航海者的实际生活与工作状态。与精确的地理纬度测算相比，经改造后简单实用的星高记录工具和导航方法显得技术含量不足，其精确度更不可能与今天的国际标准相比。但对许多古代普通航海者而言，他们的需求并不是算出确切的地理纬度，而是顺利到达每一个他们想去的地方。许多航海者不具备较高的天文数学水平和经济基础，但只要拥有丰富的航海经验，就可以用简单的木片和绳子确定星高，辨识天象、风浪与海洋生物，遵循正确的航线前行，到达目标港口。因此，从航海史角度来看，星高导航的意义正在于即使不知道实际纬度，普通人依然可以用最简单有效的技术横渡海洋，创造出辉煌的古代航海文明，这也正是过洋牵星术真正的历史价值所在。