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中国的古人很早就开始在大洋中进行航海活动，中国的航海技术在春秋时代就很发达了，已经能组织船队在海上进行长距离航行。在长期的航海实践中，我们的祖先发展出了一整套航海技术，天文导航就是其中一项极其辉煌的成就。 古代漂洋过海，有两个关键的技术难题， 第一个是确定船舶所在的位置，第二个是判断船在朝哪个方向前进，简而言之，就是导航问题。 要知道，在茫茫大海中航行，水天一色，常常是既看不到岸上的目标，又没有海中岛屿作为参照物，很容易迷失。 航海者从天象的观测定向导航中，建立了专门的航海天文学，称过洋牵星术。这是指南针应用之前的唯一导航方法。如果遇到阴雨天，看不到日月星辰，那就只好听天由命了。指南针应用到航海上以后，天文导航仍然是主要的航海技术。 中国古代天文观测，有一种简便的测量技术，主要工具为表与绳，立表于地，从表端引绳瞄准天上星辰，测量星辰的方位与角度，其法可名为“牵星术”。 我国的航海家们已能观测星的高度来定地理纬度，这项技术测量工具简单，与其后的天文测量仪器相比，测量精度也不高，所以这种技术的产生，当在浑仪产生之前，是一种相当古老的天文测量方法。 但其技术简便实用，测量合乎数学原理，所以，有关技术一直延续至后代，如明代海上所用牵星术之类便是。郑和的船队几乎集中了当时在船舶导航方面最先进、最完备的设施，并且有多种定向和导航技术来确保航向正确。 牵星术对促进中国早期天文科学的发展曾起到过推动作用，也是古代天文测量发展历程中不可缺少的一环，因此，有必要对其进行深入研究和重新认识。 牵星术形成的历史原因及方法，天文导航，主要是指在海上观测天体位置来决定船舶位置的各种方法，包括观测方向和方位两个部分。 我国在西汉初期就已知道观测天体以辨明方向进行导航了。 西汉的《准南子·齐俗训》中说：“夫乘舟而惑者，不知东西，见斗、极则悟矣。” 晋代葛洪的《抱朴子》也认为，如在云梦中迷失方向，必须靠司南引路；在茫茫大海中迷失方向，必须辨明北极星确定航向。 西汉时我国的海船已经航行到了印度洋上的南亚地区。5世纪初，东晋高僧法显在访问印度和斯里兰卡归国时，就是乘的海船。在《历游天竺记传》中记述了在海中航行“大海弥漫无边，不识东西，唯望日月星宿而进。若阴雨时，为风逐去，亦无所准。” 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”。 北宋的《萍洲可谈》有记载“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”导航仪器和天文导航结合起来，使航海技术有了较大的发展。指南针能很好地指示方向，而在海中航行只靠辨明方向是远远不够的。为了保证船舶的顺利航行，还必须了解它在海中的具体位置。 这只有通过观测一些重要星辰的角度，然后计算，进行定位。大约在元明时期，人们已能将天文学和计算数学应用到航海上，开始利用牵星术来观测船舶所在的地理纬度，以测定船舶在海中的方位。形成了称作“牵星术”的天文航海技术。 牵星术使用方法 明朝的《戒庵老人漫笔》中记载了“牵星术”所用的观测工具—牵星板。牵星板用优质乌木制成，一共十二块正方形木板，最小的一块每边长约2厘米，从小到大每块递增2厘米；最大的一块每边长约22厘米。它的单位叫指，分别是一指、二指、一直到到十二指。 另有用象牙制成的小方块，大约 6厘米，四角缺刻，每个缺口标明半指、半角、一角、和三角等。一角是四分之一指。 图 过洋“牵星术”使用方法03、“牵星板”的构造 牵星板的使用方法：观测者左手拿着牵星板一端的中心，手臂向前伸直，眼看天空，木板的上边缘是北极星，下边缘是水平线，使板和海平面垂直，让木板的下边缘和海平线相合，上边缘对着所观测的星辰，与其相切，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，可以用十二块木块和象牙板四缺刻替换调整使用。为使板和人目之间的距离保持固定，可以用另一只手从板下端引一根长度固定的绳，牵引到人目。 图 过洋“牵星术”使用方法04、“牵星术”先确定要测量的目标星辰 图 过洋“牵星术”使用方法05、牵星板要与海平面垂直 观测的时候，一般取被测星正在天球子午线上的时候进行，求得被观测星的高度后，就可以计算出所在地的地理纬度。 图 用牵星板观星原理图 图 牵星板的测量原理 这时，被观测星的地平高度，它的赤纬和观测地的地理纬度之间的关系是：地理纬度=90+赤纬－地平高度，对每一个确定的恒星来说，在相当长的时期内，可以认为90+赤纬是个常数。 因此，恒星在子午线上时候的地平高度就直接反映了地理纬度。所以，只要观测到恒星正在子午线上的时候的指、角数，就可以知道船舶的位置是什么地方了。 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。 -------------------------------------------------------- 海道针经与牵星术配合导航 在战国时期，中国就发明了指南针、指南车等导引工具，两宋时期指南针已逐步应用于航海，元代指南针的应用更为普遍，也更为精确，已成为海舶必备的航海工具。 郑和下西洋的地文航海技术，是以海洋科学知识和航海图为依据，运用了航海罗盘、计程仪、测深仪等航海仪器，按照海图、针路簿记载来保证船舶的航行路线。航行时确定航行的线路，叫作针路。罗盘的误差，不超过2.5度。 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。但是我国航海家一直用我国固有的航海罗盘。（看来，此时罗盘因为分为二十四向变成了360度了，如此，360度出现的很早啊。只是一直没有改为周天度数。） 据说西方有三十二向的罗盘，是在明末从西方“传”进来，可是，仔细想一下的话，就没有人产生过怀疑吗？！罗盘的产生，使用原理方法都具有中国特色，西方是如何改进为三十二向的罗盘呢？！ 就算中国罗盘传入西方，西方能懂十二支吗，明代时的欧洲连国王都是文盲，就能“发明”三十二向罗盘，“传入”中国？！还不如说，中国发明三十二向罗盘传入西方，都更可信呢！ 明朝用于导航的罗盘是24方位水罗盘，利用8个天干(10个天干减去位于中间的“戊”和“己”)、12个地支、及八卦的四个方位，将航海罗盘圆周分为24等分，使方向能够准确地指示。明朝的航海技术主要表现在对海洋知识的综合运用，在航海技术方面有较大的提高与进步。把指南针许多针位点连接起来，以文字表明航线，称之为针路或针经，海南渔民将之称为更路簿，如图所示。 图 罗盘与更路簿 海道针经、针路 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“针策”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：航向的明朝有下列各种： 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，叫缝针。 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：航程都用“更”计算。 船到某地：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。 船舶在晚间航向时，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。 图 《武备志》记载的针路图 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，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。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。（资料来源于网络。） 海道针经是我国元明清时期用于导航的航海罗盘。这种技术利用8个天干、12个地支及八卦的四个方位，将航海罗盘圆周分为24等分，准确指示方向。 根据《郑和航海图》，郑和使用海道针经（24/48方位指南针导航）结合过牵星术（天文导航定位理论），在当时是最先进的航海导航技术。 郑和下西洋时，使用方位和时间标示地点。 比如：《郑和航海图》中“太仓港口开船用丹乙针一更平吴淞江，用乙卯针一更到南汇嘴。”实则指“太仓港口开船用105度方向，一更时间到吴淞江，再往97.5 度方向航行，一更时间到南汇嘴。” 另外，《筹海图编》 记载由太仓到日本的针路部分：“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。” 由此可知，《郑和航海图》与明代《筹海图编》中的针路，两者从太仓港口到南汇嘴部分是一致的。 -------------------------------------------------------- 航海图 《郑和航海图》上绘有沿岸地形、岛屿、礁石、浅滩以及最突出的针路。针路记载开船地点、航向、航程和停泊处所等。航向是记罗盘针位的。航程用更计算。当时在航海上把一昼夜分为十更，多用燃香计算时间。已知船舶的长度，再把木片从船头抛入海中，测量木片达到船尾所需的时间，就可以求得航速，已知航速再乘以所经的时间就可以求知航程了。 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拆算地理纬度，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肮路大致相同。 由此可见，明代天文航海技术已经相当先进。 明代的牵星，一般都是牵北极星，在低纬度（北纬六度）下看不到北极星时，改牵华盖星（北极星是小熊座a星，华盖星是小熊座β、γ双星）。另外，还定出其它方位星进行观测，如织女星、灯笼骨星等。 图 《武备志》中的占度载 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。 郑和航海图中记录了大量的牵星坐标，如北辰星三指、灯笼骨星7指等，这些类似恒星高度角的观测值记录了某个地点的纬度值。航路点岛屿间的短距离航行过程中主要依据指南针的定向，以时间更数计程，观测北辰等星座的目的是确定南北的偏移，接近目标时通过对景定位，观测海岛山峰的高度角判断远近，准确抵达目的地；在长距离跨洋航行时，则难以依靠罗盘定向航行，必须通过观测一组恒星的高度角来控制航线，牵星跨洋来寻找目的地，这样的图称为跨洋牵星图。 海图上共记录了64处各地所见的北辰星和华盖星的高度。同时，观测的牵星记录和测量的水深也都有记载。《郑和航海图》详细记录了我国船舶航行于东南亚、印度直到东北非的航程，直到16世纪初葡萄牙人在东南亚航行时，仍旧用我国的针路。 在此要说明的是牵星坐标是目的地的准确坐标值，通过一组恒星来控制纬度，这种方法在长距离跨洋航行中发挥着重要的导航作用。因为如果只有指南针的话，在茫茫大海中，季风、海流、地磁变化等会使航向偏离，有了牵星观测就会有效修正偏移差错，准确抵达目标。 郑和航海图后面附了4张过洋牵星图，代表了四个重要的古代航海基地纬度坐标，是远距离横跨海洋往返期间的基地与航路起始点。 明代茅元仪的《武备志》中收有《郑和航海图》其中有四幅星图，称为“过洋牵星图”。 图 《武备志》记载的牵星术 过洋牵星图是从印度西部到伊朗以及从苏门答腊到斯里兰卡两段洋面的牵星图。来回航程所观测的星辰方位不尽相同，反映了往返的季节不同，因此，星位也有差异。 当时的航行速度，一更一般是30公里。依据特定的针位，再参以航程的测算，便可以顺利地抵达目的地。从海图上可以看出郑和船队从苏州刘家港起航，出长江口，经我国浙江、福建各省和南海诸岛，到印度尼西亚的苏门答腊北端。在这一段海路上都是用指南针定向。从苏门答腊到锡兰（今斯里兰卡）的途中开始用天文定位。从锡兰往西到南亚和非洲东海岸等地，就尽量用星辰定位，并且和指南针位相参照。 还有认为牵星术源于阿拉伯沙漠国家的，是阿拉伯沙漠人在瀚海中旅行实践中总结出的导航定向方法。但是根据这些资料证明，牵星术不可能起源于阿拉伯，而只可能出现在中国，这是中国人通过天文发展应用到航海实践而总结出的方法！ 郑和的船队，白天用指南针导航，夜间则用观看星斗和水罗盘定向的方法保持航向。 白天以约定方式悬挂和挥舞各色旗带，组成相应旗语。夜晚以灯笼反映航行时情况，遇到能见度差的雾天下雨，配有铜锣、喇叭和螺号也用于通讯联系。 郑和的船队，白天用指南针导航，夜间则用观看星斗和航海罗盘定向的方法保持航向。由于对船上储存淡水、船的稳定性、抗沉性等问题都作了合理解决，故郑和的船队能够在“洪涛接天，巨浪如山”的险恶条件下，“云帆高张，昼夜星驰”，很少发生意外事故。 而且郑和他们还巧排食谱，成功预防坏血病。 在大航海时代，海上航行中的“第一杀手”就是坏血病，又称为维生素C缺乏症，当年船员死亡案例中有一半可以归因于此。直到18世纪，英国库克船长才通过在远航时多带泡菜和柑橘等水果并强迫船员吃等手段，创造了远航没有一个人因为坏血病而死亡的纪录。 而郑和七次下西洋，船员中却几乎没有闹过一次坏血病，那是因为他们的食谱中有豆芽、泡菜，很多人喜欢喝绿茶，还会用木桶在船上种植新鲜菜，这些食物可都含有丰富的。 天文航海歌诀 为了便于人们在航海中的应用，明代航海家还把星辰的位置和日月在十二个月中的出没方位编制成天文航海歌诀。流传下来的明末抄本航海专著《顺风相送》中，有关于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》等。 如《定太阳出没歌》 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。 这是把十二个月中的太阳出没方向用一首歌诀来概括。 正月、九月太阳出在乙时没在庚时，乙时在卯时和辰时之间，庚时在申时和西时之间。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。巽时在辰时和已时之间，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。 正月、九月，日出的方向是正东偏南15度左右，日落的方向是正西偏南15度左右。 二月、八月，日出的方向是正东，日落的方向是正西。 三月、七月，日出的方向是正东偏北15度左右，日落的方向是正西偏北15度左右。 四月、六月，日出的方向是正东偏北30度左右，日落的方向是正西偏北30度左右。 五月，日出的方向是正东偏北45度左右，日落的方向是正西偏北45度左右。 十一月，日出的方向是正东偏南45度左右，日落的方向是正西偏南45度左右。 |
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