远洋航海技术的发展：帆船史

航海（navigation）的定义是驾驶运载工具（船）航行，其要求是快速、安全地到达目的地。古代的航海者只会沿岸航行，注视着岸上的目标，知道船到了什么地方。因此他们只能白天航行，黑夜就要抛锚泊岸。如在海上遇到风暴，被风吹到远离岸边的外海，就只好随波逐流了。我国古代的海员们早在公元前150年就学会了通过观察小熊星座（包括固定在北极的北极星）来确定方向。白天可以观看太阳以确定方向，因为北半球正午时太阳在南方。公元1020年，宋代的中国帆船上就已用罗盘（即指南针）来确定方向了。那时的罗盘按天干、地支、八卦等24个字，定为24个向位，后来欧洲的海员改为32个向位（见图3-1和图3-2）。

中国海员和阿拉伯海员一样，早已知道利用季风远航。明代军事学家茅元仪编著的《武备志》一书中附有一幅《郑和航海图》（见图3-3）。这是一长卷示意海图，并标注了航路指南。那时东方的海员普遍使用阿拉伯海员的航海测天技术和测天仪器——牵星板。与十字测天仪（forestaff）类似，这是用来测量北极星等天体距离海面的高度，以此来确定船位所在纬度的仪器（见图3-4～图3-6）。由于当时还没有精确到分秒的计时器，因此经度尚无法确定。航行的距离则用航行的时间来估计。当时中国采用的时间单位为“更数”，1昼夜为10更。根据经验，帆船在一般海况下，1更平均可航行60华里⁽¹⁾左右。

图3-1　古代罗盘

图3-2　中国罗盘上的24方位

图3-3　郑和航海图

关于地球的形状，最早东西方学者的概念很模糊。中国的俗语是“天圆地方”，古希腊《荷马史诗》想象地球是一个大圆盘，周围有很大的河流（或海洋）环绕。公元前6世纪，希腊哲学家、数学家毕达哥拉斯（Pythagoras）第一个认识到地球是一个圆球。希腊天文学家、数学家埃拉托色尼（Eratosthenes）约在公元前250年在埃及亚历山大城测量了夏至正午时太阳照射日晷指针影子的长度。这时沿尼罗河向南上溯800公里的北回归线上的阿斯旺（Aswan）处，中午时太阳正中，没有影子。他由此推算出地球的周长（估计他的误差不超过4%）。(www.xing528.com)

图3-4　过洋牵星图

图3-5　用牵星板测天

图3-6　十字测天仪

在埃及亚历山大城工作的希腊天文学家、地理学家和数学家托勒密（Ptolemy）于公元130年左右创造了一个等面积投影法，画了一张有经纬度标明的欧洲、非洲、亚洲一些重要地点的世界地图（见图3-7）。这张地图遗失多年后，于1400年在君士坦丁堡（Constantinople），即今天的土耳其的伊斯坦布尔（Istanbul）重新被发现，引起了轰动。这张地图鼓舞了以后两个世纪欧洲航海家们的远航探险活动。这张地图也成为以后海洋制图学发展的基础。

图3-7　托勒密的世界地图