承载史册的指路明针——中国指南针的发明、应用与西传

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指南针是中国古代四大发明之一，也是中国对人类的重大贡献。在宋代指南针被安放在圆形的方位盘里制成罗盘。指南针和罗盘的发明有助于确定航船在海洋上的位置，调整航线，对世界航海的发展起了关键的作用。

从指南车到罗盘的发明历程

古人发明指南针的目的是确定方位。在晴天的白昼可以通过立竿测日影的方法定位，黑夜则可以观测星象，若是遇到阴天下雨就不行了，需要采用其他方法。传说中最早指示方向的装置是指南车。它是指南针的原始样式，用滑轮、齿轮和绳索制成。车只要开始运动车上的木人就会手指南方，其后“车虽回运而手常指南”。传说指南车最早的发明者是5000年前的黄帝。不过黄帝发明指南车现今已不可考，而历史记载三国时的魏国人马钧曾成功制造了指南车。据说他造的车还被当作皇帝出行的车驾。指南车能使车上木人的手臂始终指向南方，关键在于其巧妙的机械设计，采用平面式差速齿轮装置，有人称之为“中国古代的机器人”。这种车上并未安装磁石，它有两个很大的车轮，配以弯曲、修长的独臂式车辕，齿轮系统安装在车底盘上方正中，司南仙人站在车厢中间的天柱盘上，对其是否有指南功能至今尚难以确定。

大约在战国时期中国人发明了真正的指南针。它是用天然磁石制成，样子像勺，底圆，可以在平滑的“地盘”（由青铜制成，外圆内方）上自由旋转，等它静止时勺柄会指向南方，古人称之为“司南”。据史书记载，战国时有个叫郑子的人到远处山里去采玉，为了不迷路，就在车上装上司南以辨别方向。

图1指南车

图2 司南复原模型

汉代时，人们在司南的地盘四周刻出24个方位，用以帮助指认准确的方向。这实际是利用磁铁在地球磁场中南北指极的特点制成的一种指向仪器。后来又经过长期实践，人们发明了性能更好的指南仪器。一种是指南鱼，将人工磁化的鱼形薄铁片浮于水碗内，用来指向，鱼头指向南方，鱼尾指向北方。还有一种是以天然磁石摩擦钢针，这种磁化钢针的磁性大，效果好，因而得到广泛应用。为了让磁针能自由旋转，达到指南的目的，古人还尝试了几种办法：一是将磁针拴在丝线上，等待磁针停止转动便可指出方位；二是将磁针用枢轴支撑在盘上旋转。

如果将指南的磁针放在圆形方位盘里制成罗盘，使用起来就更加方便。最早出现的罗盘是北宋的水罗盘，它将磁针穿在灯芯草里浮在水面上定向。南宋时又出现了用钉子支撑磁针的旱罗盘。1985年5月，在江西临川县温泉乡莫源李村的窑背山发现了南宋知军朱济南的墓。墓中出土了一批素烧瓷俑，其中有两尊与罗盘有关。这种俑一手托抱着带有指针的大罗盘，针中部为棱形，中有小坑，针两侧呈长条状，作上下指向，上指者针端为矛头状，整个指针位置居于罗盘中 央，针端与罗盘相接。这显然是不盛水可以倾斜手持的旱罗盘。在这个瓷俑的底座写有 “ 张仙人 ” 三字，也许 “ 张仙人 ” 就是使用这个罗盘的人。

图3宋代水罗盘，将磁针穿灯芯草浮在水面定向

图4南末朱济南墓出土的持罗盘瓷俑

从风水堪舆到远洋导航的广泛应用

指南针和罗盘发明以后，被广泛地用于军事、生产、生活和航海等各个方面，甚至历 代的风水先生也都人手一个罗盘。看风水的堪舆术在中国历史悠久，它主要帮助人们在建造房屋、墓地时选择地形、方位和时日。古人特别重视风水宝地，其间迷信与科学的内容混杂在一起。由于古徽州的经济发展和徽州人对风水的崇尚，安徽休宁的万安镇至今仍是传统手工罗盘的制作中心。万安的风水师在徽州大地上察看山形水脉时，手中握着的最重要的工具就是罗盘。今天的万安街头还有不少制作并销售罗盘的店铺，其价值已不限于判测风水的实用功能，更在于罗盘作为工艺品的审美功能。制作罗盘通常有这样一些工序：先选好木料，制成罗盘毛坯，再将毛坯车圆磨光并挖好装磁针的圆孔，然后在上面画格和书写盘面，按太极阴阳、八卦二十四爻、天干地支、二十四节气、十二生肖、二十八宿分野 和 365 周天依次排列，接着熬炼桐油并上油，最后的关键工序是将钢针磁化、安装磁针。现今万安罗盘已入选首批国家非物质文化遗产名录。不过罗盘功用最大的还是用在航海方面。

秦汉时期，中国就已经与朝鲜、日本等邻国有了海上的往来，隋唐时期又与阿拉伯各国开展了海上贸易。但当时都只靠辨认天上的日月星辰确定航向，一旦天阴便束手无策，只好停船等待天晴。宋代以后，中国海上交通迅速发展，常常派出庞大的船队往返于太平洋和印度洋上。这一突飞猛进的变化与罗盘的广泛使用有关。北宋的《萍州可谈》中记述：“舟师认地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”到元代，人们已经无论阴晴都用指南针导航，而且这时海上航行还使用了罗盘针路。罗盘针路是根据航海实践中的记录，把每到一地的针位连接起来，标注在海图上。这就使一路的航线一目了然，提高了航海的准确性和可靠性。明代的《郑和航海图》自起航的南京绘图，一直延伸到东非沿岸。航图上记载了500多个地名，并绘有针路。这反映出在航海技术中指南针已由简单测向发展到以之标出航线的阶段。据明代学者黄省的《西洋朝贡占城国》记载：“海行之法，以录六十里为更，以托避礁浅，以针位取海道。”人们根据以往的航海记录，航道的具体情况，如海水的深浅，沙滩、暗礁、水草、沙洲、岩石的位置，靠罗盘指示航向，绘出具体的航海图。

在远洋航船上通常还会指定专人在“针房”里观察罗盘，这些人被称为“火长”。因为“火长”技术水平的高低关系到全船人的生命安全，因而对“火长”的人选要求就相当高，一般“选取驾船民艄中有经惯下海者，称为火长”｛《西洋番国志》)。南宋人吴自牧在《梦粱录》中写道：“风雨晦冥时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”正是靠了指南针和罗盘在技术上提供的保障，才出现了明代郑和七次下西洋的大规模远航，也才保证了西方哥伦布的远航美洲和麦哲伦船队的环球航行。英国科技史专家李约瑟认为，正是靠了指南针在航海上的应用，欧洲国家才能够开辟新航路，进而把影响扩大到世界范围。

从阿拉伯地区到整个世界的西传影响

中国的指南针在1180年左右经海路传入阿拉伯，接着又由阿拉伯传到欧洲。这一时期有许多阿拉伯人在中国的泉州、广州等港口城市居住，对中国的航海技术相当熟悉。指南针的使用就很自然地由中国传到了阿拉伯世界。1230年，阿拉伯人穆罕默德·奥菲在《故事总汇》中，记述了一个在航海中如何凭一条用磁石擦过的鱼找到航路的故事。这条用磁石擦过的鱼，实际就是中国人发明的指南 鱼。大约在一个多世纪后，欧洲人开始在航海中采用指南针。有人认为，意大利南部阿马尔菲的法比奥 · 乔亚在 1302 年将磁针和方位盘合在一起发明了航海用的指南针，但更多人认为他只是将中国传来的指南针进行了改良。那时西方的指南针被固定在一个分为 32 个方位的木头罗盘上。

在几个世纪的航海实践中，西方人不断改进罗盘。1560年，意大利数学家卡尔达诺发明了平衡环。这是一种名为“万向支架”的常平图架，由两个铜圈组成，两圈的直径略有差别，使小圈正好内切于大圈，而且用枢轴把两圈连接起来。

图5英国罗盘与中国罗盘

旱罗盘就挂在内圈中，不论船体如何摆动，罗盘始终能保持水平位置。由于使用罗盘，绘制的海图精度也大大提高。在指南针传入西方之前，欧洲的航海图大多是根据公元2世纪希腊学者托勒密的地理著作绘制的，错误很多。后来有了比较精确的海图，人们就可以更准确地计算船舶航海的日程和航海位置。这时的海图在羊皮纸上用墨水描绘出港口和海岸线的形状，并且在海洋部分描绘有多个指南针。这些指南针被称为“指南玫瑰”，是因为在早期的海图上指南针被描绘为玫瑰的样子作为装饰。从描绘在海面上的这些指南针上还伸出表示方位的32条恒向线（罗盘线）。

图6意大利罗盘

图7海图封面上的罗盘，16世纪

19世纪初，随着蒸汽船的出现，轮机的强烈震动以及金属船体的磁场干扰，罗盘一度失灵。后经过不断尝试又制成了一种液体罗盘，在罗盘内注满水和酒精的混合液体，可以大大减少外界震动对磁针的影响，保持盘面的稳定。1876年，改进后的汤姆逊罗盘问世，被当时的大多数商船采用。这种罗盘的指针呈尖头圆柱形，用丝线吊挂在薄纸制成的方位标上。第一次世界大战后新的陀螺罗盘逐渐取代了各种旧罗盘。

图8航海用的四分仪和星盘

现在轮船上一般仍装备一个备用的传统罗盘，但真正的导航不用它。现在有了无线电导航、雷达导航和卫星导航。无线电导航是通过接受沿岸导航台发出的无线电信号来确定船的位置。雷达导航是依靠雷达荧光屏上目标显示的变化来引导航向。卫星导航就更加精确了，能非常准确地指示航行方向，还能立即标明船舶所在的位置（经纬度），精度已准确到米。但寻根溯源，在历史上曾是无数船只航行指路明针的古老罗盘仍功不可没。

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