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中国古代航海技术上的成就

2017-01-17 14:35  来源: 中国科学院

我国幅员辽阔,海岸线很长,不只是一个大陆国家,而且也是一个海洋国家,自古以来航海事业就很发达。

 

天文航海技术

天文航海技术主要是指在海上观测天体来决定船舶位置的各种方法。我国古代出航海上,很早就知道观看天体来辨明方向。西汉时代《淮南子》就说过,如在大海中乘船而不知东方或西方,那观看北极星便明白了。(《齐俗训》:“夫乘舟而惑者,不知东西,见斗极则悟矣。”)晋代葛洪的《抱朴子外篇·嘉遯》上也说,如在云梦(古地名)中迷失了方向,必须靠指南车来引路;在大海中迷失了方向,必须观看北极星来辨明航向。(“夫群迷乎云梦者,必须指南以知道;并乎沧海者,必仰辰极以得反。”)东晋法显从印度搭船回国的时候说,当时在海上见“大海弥漫,无边无际,不知东西,只有观看太阳、月亮和星辰而进。”一直到北宋以前,航海中还是“夜间看星星,白天看太阳”。只是到北宋才加了一条“在阴天看指南针”。

大约到了元明时期,我国天文航海技术有了很大的发展,已能观测星的高度来定地理纬度。这是我国古代航海天文学的先驱。这种方法当时叫“牵星术”。牵星术的工具叫牵星板。

牵星板用优质的乌木制成。一共十二块正方形木板,最大的一块每边长约二十四厘米,以下每块递减二厘米,最小的一块每边长约二厘米。另有用象牙制成一小方块,四角缺刻,缺刻四边的长度分别是上面所举最小一块边长的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。

比如用牵星板观测北极星,左手拿木板一端的中心,手臂伸直,眼看天空,木板的上边缘是北极星,下边缘是水平线,这样就可以测出所在地的北极星距水平的高度。高度高低不同可以用十二块木板和象牙块四缺刻替换调整使用。求得北极星高度后,就可以计算出所在地的地理纬度。

元代意大利的马可波罗由陆路来我国,在我国耽了二十多年后由海路回去。海路航线是经我国南海进入印度洋折而往西。马可波罗当时是搭乘我国航海家驾驶的我国船舶回去的。在马可波罗游记中记载了当时我国海船和航海的情况。据游记记载,海船由马六甲海峡进入印度洋后,便有北极星高度的记录,可见那时我国航海家已经掌握了牵星术。明代郑和七次下“西洋”,“往返牵星为记”。可知当时航行在印度洋中的我国航海家已经十分熟悉牵星术了。明代牵星,一般都是牵北极星,但在低纬度(北纬六度)下北极星看不见时,改牵华盖星(北极星是小熊座α星,华盖星是小熊座β、γ双星)。

明代在航海中还定出了方位星进行观测,以方位星的方位角和地平高度来决定船舶夜间航行的位置。当时叫观星法,观星法也属牵星术范围之内。

明代牵星术的航海记录,例如从古里(今印度西海岸的科泽科德)到祖法儿(今阿拉伯半岛东海岸阿曼的佐法尔)航路,在古里开船,看北极星的高度是六度二十四分(折合今度,下同)。船向西北,船行九百公里到莽角奴儿(今印度西海岸的门格洛尔),看北极星的高度是八度。后船向西北偏西,航行一千五百公里,在大海中,看北极星的高度是十度。又船向正西稍偏北,航行二千一百公里,到祖法儿,看北极星的高度是十二度四十八分。把北极星高度用当时的算法折算地理纬度,和现在各地的地理纬度基本相合。又从航路来看,航向和航程也和现在的航路大致相同。由此可见,明代天文航海技术已经相当先进。

关于求天象出没时间,明代航海家也有些规定。流传下来的明末抄本航路专书中有太阳月亮的出没时间表,还有“定太阳出没歌”和“定太阴出没歌”。“定太阳出没歌”文是:

“正九出乙没庚方;二八出兔没鸡场;

三七出甲从辛没;四六生寅没犬藏;

五月出艮归乾上;仲冬出巽没坤方;

惟有十月十二月,出辰入申仔细详。”

这是把十二个月的太阳出没时辰用一首歌诀来概括。正月、九月太阳出在乙时没在庚时,乙时在卯时和辰时之间,庚时在申时和酉时之间。又兔指卯时,鸡指酉时。甲时在寅时和卯时之间,辛时在酉时和戌时之间。犬指戌时。艮时在丑时和寅时之间,乾时在戌时和亥时之间。巽时在辰时和巳时之间,坤时在未时和申时之间。五月是夏至所在的月份,所以太阳出的时间要早,没的时间要晚。仲冬是十一月,是冬至所在的月份,所以太阳出的时间要晚,没的时间要早。这样计时和天象实际相比是有些误差的,但大致还适用。

据明代一些航海书籍记载,远洋海船上各色人员俱备,其中阴阳官、阴阳生专管观测天象。明末流传的小说《三宝太监西洋记通俗演义》中记载,“观星斗阴阳官十员”。又说:“每一号船上面有三层天盘,每一层天盘里面摆着二十四名官军,日上看风看云,夜来观星观斗。”虽然这是一部小说,但多少也反映了明代航海中一些实际情况。

 

地文航海技术

我国古代地文航海技术的成就,包括航行仪器如航海罗盘、计程仪、测深仪的发明和创造,以及针路和海图的运用等。

航海罗盘是我国发明的。我国发明指南针后,很快使用到航海上。北宋时的指南浮针,也就是后来的水罗盘。宋代朱彧叙述宋哲宗元符二年到徽宗崇宁元年(公元1099年到1102年)间的海船上已经使用指南针。宣和五年(公元1123年)徐兢到朝鲜去回国后所著《宣和奉使高丽图经》中描写这次航海过程说:晚上在海洋中不可停留,注意看星斗而前进,如果天黑可用指南浮针,来决定南北方向。这是目前世界上用指南针航海的两条最早记录,比公元1180年英国的奈开姆记载要早七八十年。

航海罗盘上定二十四向,二十四向我国汉代早有记载。北宋沈括的地理图上也用到这二十四向。把罗盘三百六十度分做二十四等分,相隔十五度为一向,也叫正针。但在使用时还有缝针,缝针是两正针夹缝间的一向,因此航海罗盘就有四十八向。大约南宋时已有这四十八向的发明了。四十八向每向间隔是七度三十分,这要比西方的三十二向罗盘在定向时精确得多。所以三十二向的罗盘知识在明末虽从西方传进来,但是我国航海家一直用我国固有的航海罗盘。

古时船上放罗盘的场所叫针房,针房一般人员不能随便进去。掌管罗盘的人叫火长。明代《西洋番国志》中说:要选取驾驶人员中有下海经验的人做火长,用作船师,方可把针经图式叫他掌握管理。“事大责重,岂容怠忽。”可见航海罗盘是海船上的一个重要设备。

计程仪又叫测程仪。三国时期吴国海船航行到南海一带去,有人写过《南州异物志》一书,书中有这样的记载:在船头上把一木片投入海中,然后从船首向船尾快跑,看木片是否同时到达,来测算航速航程。这是计程仪的雏型。一直到明代还是用这个方法,不过规定更具体些,就是以一天一夜分为十更,用点燃香的枝数来计算时间,把木片投入海中,人从船首到船尾,如果人和木片同时到,计算的更数才标准,如人先到叫不上更,木片先到叫过更。一更是三十公里航程。这样便可算出航速和航程。

我国古代这种计程的方法,和近代航海中扇形计程仪构造很相近似。扇形计程仪也是用一块木板(扇形),不过用和全船等长的游线系住投入海中,然后用沙时计计算时间。沙时计一倒转是十四秒。在游线上有记号,从游线长度算出航速和航程。我国古代用香枝(也叫香漏),西方近代用沙时计(也叫沙漏),两者实在是异曲同工。

我国至迟在唐代末年已有测深的设备。一种是“下钩”测深,一种是“以绳结铁”测深。深度达到六十多尺,这还是浅水测深。再稍晚一些,有记载说用纲下水测深,“纲长五十余丈,才及水底。”纲是大绳,五十多丈,在已是深水测深了。

南宋末年吴自牧的《梦粱录》上说:如果航海到外国做买卖,从泉州便可出洋。经过七洲洋,“船上测水深约有七十余丈”。当时测水这样深,可见我国宋代已经有比较熟练的深水测深技术了。

宋代已经有针路的设计。航海中主要是用指南针引路,所以叫做“针路”。记载针路有专书,这是航海中日积月累而成。这些专书后来有叫“针经”,有叫“针谱”,也有叫“针簿”的。

凡是针路一般都必写明:某地开船,航向,航程,船到某地。航向的名称有下列各种:单向的,叫单针(也有叫丹针的),或叫正针。双向的,以相邻两向并称,就是上文提到的缝针。两个航向合称时,有四种情况:第一,先单向后双向;第二,先双向后单向;第三,两个都是单向;第四,两个都是双向。还有超过两个航向合称的。航程都用更计算。船到某地,就用四种不同称号:第一,平,并靠的意思;第二,取,经过的意思;第三,见,望见的意思;第四,收,到达的意思。船舶在晚间航行时,要把牵星记录写入针路里。又在航行过程中还要不断测量水深,也要写入针路。

现在把明代《筹海图编》记载由太仓到日本的针路举例摘录如下:“太仓港口开船,用单乙针,一更,船平吴淞江。用单乙针及乙卯针,一更,平宝山,到南汇嘴。用乙辰针出港口,打水①六七丈,沙泥地是正路,三更,见茶山。自此用坤申及丁未针,行三更,船直至大小七山,滩山在东北边。滩山下水深七八托①,用单丁针及丁午针,三更,船至霍山。……”这段文字不算难懂。现在已经发现好几种针路抄本,包括东洋和西洋的,我们要进一步研究。十六世纪初葡萄牙人航行于东南亚时,袭用了我国航海家所用的针路。

至于海图,北宋徐兢《宣和奉使高丽图经》上已有海道图,这是我国航海海图最早的记载,可惜原图已失传。我国现存最早的海道图是明初《海道经》里附刻的“海道指南图”。

明茅元仪辑《武备志》二百四十卷,卷末附有“自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图”,这就是著名的“郑和航海图”。图上的航程地理,和明代祝允明(1460—1526)《前闻记》所记宣德五年《公元1430年)郑和末一次下“西洋”相合,推测这图大概是十五世纪中叶的作品。“郑和航海图”已蜚声中外,研究十五世纪中外交通史和航海技术史,都把这幅海图作为重要的依据。

明末有些古籍记有“各处州府山形水势深浅泥沙礁石之图”,“灵山往爪哇山形水势法图”,“新村爪哇至瞒剌加山形水势之图”,“彭坑山形水势之图”等,这些图都只保留了文字记载,原图都失传了。从这些海图的文字说明看,当时海图上都注明海上危险物(比如“有草屿”、“有芦荻”等),浅滩(比如“湾内浅可防”、“有泥浅”等),暗礁(比如“有沉礁在港口不可近”、“有沉礁打浪”等),沙州(比如“有沙礁”)以及岩石(比如“有老古石”、“有古老石岸”等)。这些和近代海图上的要求大致符合。

清代前期保存下来的海图,有西南洋各番针路方向图一幅,彩绘纸本,时代大约在康熙五十年到五十四年(公元1711年到1715年)间;有东洋南洋海道图一幅,也是彩绘纸本,时代大约在康熙五十一年到六十一年(公元1712年到1722年)间。这两幅海图现在都保存在北京故宫。

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作者: 严敦杰   [责任编辑: 张端颖]
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