海洋科普：古代航海如何定位

随着科学技术的不断进步，尤其是全球卫星导航系统的出现，人们在海上航行时已经能够轻易得到高精度、全天候的定位、导航和授时服务。

在现代导助航设备出现之前，甚至在没有准确海图的古代，人们在茫茫大海中航行，需要解决“我在哪儿？”“我该往哪儿走？”这两个问题。

其实这两个问题的答案，就是导航的基本数据：位置和方向。

那么以前人们航海是怎么定位自己的位置呢？

PART 01

海道针经和过洋牵星术

1405年开始，郑和先后七次率领船队从南京出发，在江苏太仓的刘家港集结，至福建福州长乐太平港驻泊伺风开洋，远航西太平洋和印度洋，拜访了30多个国家和地区，其主要导航技术有两个：海道针经和过洋牵星术。

所谓海道针经，类似于现在的航位推算法。它是从已知的推算起始点开始，根据船舶航向，以及当时的风、流要素和船舶操纵要素，在不借助于外界导航物标的条件下，推算出具有一定精度的航迹和船位来。明代航海图中的时间间隔用“更”来表示。一个恒星日有十更，一更为2.4 小时，用燃香测量时间间隔。

航速估计法：从船头扔下一木片到海中，人往船尾走，如果木片与人同时到达船尾，船速就是标准速度，然后再根据水流顺逆修正。

《郑和航海图》中有“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”的记载，就是说“从太仓港口开船沿105 度方向航行一更（2.4小时)时间即可到达吴淞江，再往97.5 度方向航行，一更时间到南汇嘴 。”

通过描述就可以得知，这种导航方法精度不高。

单针罗盘

（双针罗盘角度）

另一个技术叫过洋牵星术，与西方的等纬度航行法类似，通过北极星之类的标志星体高度来确定纬度。

哥伦布就是这个思路发现的新大陆，麦哲伦环球航行也用了这个技术。不过麦哲伦更进一步，发现了南半球的标志性导航天体南十字星，让人类第一次能在南半球导航（这个发现非常重要，以至于新西兰、澳大利亚等南半球国家国旗上都是画有南十字星）。

值得注意的是，南十字星并不在南天级，用南十字星的长边往南延伸4.5倍才是南天极。由于南天极附近没有亮星，南十字星才被用来用于定位。

众所周知，现在地球的北极星是小熊座的勾陈一（αUMi /小熊座α），它非常靠近天球北极，在2006年相距仅42′，到2100年左右，其与北极的夹角会变成最小（只有27'38"）。

北极星基本上在北极上空的一个固定点上，你可以通过测量北极星在天空中的高度来计算纬度，在赤道测量是零度，在法国的地平线处测量是45°，而在北极点北极星位于你的头顶，与地平线成90°。

PART 02

牵星板

那纬度用什么来测量呢？欧洲人是如何测量的呢？他们使用六分仪（最早是四分仪）。

同样的原理，但中国人采用了另外一套工具来进行测量，这就是牵星板。

明万历二十五年李诩在所著《戒庵老人漫笔》一书中写道：“牵星板一副，十二片，乌木为之，自小渐大，大者长七寸余。标为一指、二指，以至十二指，俱有细刻，若分、寸然。又有象牙一块，长二寸，四角皆缺，上有半指、半角、一角、三角等字，颠倒相向，盖周髀算尺也。”

根据记载牵星板由12块大小不一、正方形乌木板组成，最大的一块称为十二指板，最小一块称为一指板，从大到小依次递减一指。

按现代计量长度，一指合今日1度36分。另外，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 1/4、1/2、3/4 和 1/8。

使用牵星术观测北极星时，手持大小合适的牵星板，手臂伸直，眼望天空。木板的上缘对准北极星，下缘对齐水平线。当测量不足一指时，用象牙“缺刻”及时补测。求得北极星高度后，船只就能计算出所在地的地理纬度。

在没有指南针的时代，凭借牵星术的优势，中国人开启纵观天象、横行四海的航海之旅。

早期的航海天文，只是利用日月星辰来辨别航向。《郑和航海图》的牵星记载，标志着我们元、明时代的航海天文已进入“观日月升坠，以辨东西；星斗高低，度量远近”的过洋牵星阶段。

17世纪以后，依靠观测星体纬度导来航技术逐渐被西方淘汰。因为一只舰队想在茫茫大海中准确找到敌方港口和自己位置，还需要知道经度。但是，经度的测量难度要比纬度测量难得多。

1530年，从荷兰天文学家杰马·弗里西斯提出“以时间确定经度”的原理，到1763年制表师约翰·哈里森研制出H4航海钟，人类经过200多年得不懈努力才终于能够准确测量经度。

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