浮針辨四維
——航海羅盤演進史

文 圖/榮亮

王振鐸復原的漢代司南

造 紙術、印刷術、火藥和指南針是中國古代文明的標志性成就，深刻影響了中國和世界文明的進程。指南針的誕生，特別是航海羅盤的應用，開創(chuàng)了人類船舶全天候?qū)Ш胶胶５男聲r代，促進了世界經(jīng)濟貿(mào)易的發(fā)展和文化的交流，深刻改變了許多國家和地區(qū)的社會關系。

我們的先人早在戰(zhàn)國時期就發(fā)明了指南儀器“司南”，北宋初期制造出指南針，而航海羅盤是由指南針和刻度盤組成的。據(jù)科技史大家李約瑟考證，關于航海磁羅盤，“中國在公元1090 年已經(jīng)得到實現(xiàn)，這較之西方進入這一計量航海新時期要早1 個世紀”。

司南與栻盤

戰(zhàn)國時期，古人對磁石的性能已有所認識，并發(fā)明了司南。戰(zhàn)國至南北朝期間有關司南的記載較多，其中東漢王充在《論衡》中對司南形制作了描述：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。“司”的意思是掌管，司南就是專門掌管南方的裝置。司南的形狀像一只勺子，把它放在地盤（“地”指的是一個具有24 個方位刻度的地盤，即羅盤）上，勺把的頂端就會指向南方。

漢代的司南由青銅地盤和磁勺組成。地盤內(nèi)圓外方，中心圓面下凹，制作光滑，圓外盤面鑄八天干、十二地支和四卦，三者穿插排列。從戰(zhàn)國至隋唐一千多年間，司南一直是主要的指向儀器，利用它占卜天象和歷算也是功能之一。

甘肅武威出土西漢末漆栻盤

1972 年，甘肅武威磨嘴子村62 號墓出土了一件栻盤。栻盤木胎髹漆，呈深褐色，圓形天盤、正方地。天盤還存有150 多個刻度，地盤有182 個刻度。圓形天盤直徑5.6 厘米，邊厚0.2 厘米，中心厚1 厘米。正方地盤，9×9 厘米，中心穿孔，與天盤中心以竹軸相聯(lián)，可轉(zhuǎn)動。最內(nèi)圈以竹珠鑲出北斗七星，第五星用盤軸，各星間刻細線相聯(lián)。第二圈陰刻隸書十二月神，最外圈篆書陰刻二十八宿，皆逆時針排列。

1977 年，安徽阜陽西漢汝陰侯墓出土的栻盤是迄今發(fā)現(xiàn)年代最早的栻盤，其年代為漢文帝前期（公元前161 年）。上為小圓盤，直徑9.5 厘米，厚0.15 厘米。圓心有小孔，孔上安一銅泡釘，與下面的方盤相通。面刻北斗七星，邊緣分三層刻劃，外層按逆時針方向刻二十八宿；中層刻二十八個圓點于各宿的頂上；里層刻十二月次。下盤為正方形，邊長13.5 厘米，厚1.3 厘米，中間放小圓盤處稍突起。

西漢汝陰侯墓出土的栻盤原圖及摹本

漢代栻盤除以木漆制成外，還有以青銅鑄成的。清代金石學家劉心源著錄的漢代“四門方鏡”拓片，實際上是漢代栻盤的地盤，長14 厘米，寬13.7 厘米，中央為放天盤的圓槽，盤面凹入部分長徑8.7 厘米，短徑8.4 厘米，與地盤格線相切。四角空白處有三個虛實圓紐。地盤有三重盤格，最內(nèi)層為八干，第二層為十二支，最外層為二十八宿。

指南傳磁

北宋時期，人們發(fā)現(xiàn)了人工磁化的方法，人工磁體開始代替天然磁石，磁針代替了磁勺。人工磁體是利用地磁感應法或摩擦傳磁法制成的。沈括在《夢溪筆談》中總結(jié)了指南針的四種制作方法，即指甲法、碗唇法、縷懸法、水浮法，還歸納了指南針的兩大體系——旱羅盤和水羅盤。

海船上使用指南針的記載，始見于1119 年朱彧所著的《萍洲可談》，“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。最早的航海羅盤是用一剪成魚狀的薄片鐵葉經(jīng)磁化塞入木制魚中，使南極在魚首，北極在魚尾，并置水碗于無風處平放，魚在水中泛浮，其首所指，即為南極，是為“指南魚”；還有一種相似的稱“指南龜”?！爸改萧~”“指南龜”均是利用地磁感應制成，而指甲法、碗唇法、縷懸法、水浮法四種指南針則是由摩擦傳磁法制成。

劉心源著錄的漢代“四門方鏡”拓片及釋文

中國航海博物館藏風水羅盤

《事林廣記》載指南魚、指南龜復原圖

縷懸法指南針的結(jié)構是：以獨根蠶絲用蠟粘接磁針中部，懸掛于木架上，架下放置方位盤。磁針垂于方位盤中心上方，靜止時，因地磁作用，其兩端分指南北。

水浮法指南針是將幾段燈草橫穿在帶磁性的鋼針上，放在盛水的瓷碗中，燈草連同磁針浮于水面，磁針即指示南北。這種指南針實用性強，最先用于航海導航。

指甲法指南針是將帶有磁性的鋼針放在指甲蓋上，讓其旋轉(zhuǎn)指示方向。指甲蓋面較為光滑，阻力較小，因此測量的精確度較高。

碗唇法指南針即將帶有磁性的鋼針放在碗唇上，磁針以接觸點為支撐，可左右擺動，靜止時，其兩端分指南北。宋時的碗與今日使用的碗不同，碗唇較厚，碗口光滑，比較適合放置指南針。

縷懸法指南針模型

“針碗”即航海用水羅盤，碗內(nèi)繪有類似“卅”的圖形，碗底圈足內(nèi)用墨書“王”字。使用時，先在碗內(nèi)注水，放入一根穿在浮漂上的磁針，隨后將碗底“王”字中的豎線對準船身中心線，如發(fā)生轉(zhuǎn)向，磁針與細線間會出現(xiàn)夾角，可指示方向的變化。

水浮法指南針模型

指甲法指南針示意

碗唇法指南針示意

大連甘井子出土的元代指南針碗（旅順博物館藏）

明代航海羅盤24 方位圖

南宋時，將磁針與劃分方位的裝置組成的儀器稱之為盤針、經(jīng)盤、地螺，后來才改稱為羅盤。南宋時對方位的認識也有發(fā)展，正指24 方位“正針”，所指在兩針之間的叫“縫針”。盤面雖仍為24 方位，但實際已增為48 方位。

水羅盤從誕生之日起一直使用到明代，鄭和下西洋時期使用的羅盤依舊是水羅盤，直到明嘉靖年間（1522—1566），“出現(xiàn)了一種支軸式的航海羅盤，指南針被固定在支軸上，這種新式羅盤被稱作‘旱羅盤’，并逐漸代替了水浮式的羅盤”。

羅盤行舟

北宋時期，我國已廣泛使用羅盤導航，且航向精準度可達到地盤24 分向（15°）的夾縫針，而歐洲直到14 世紀才有航海羅經(jīng)32 分向方位的記載。旱羅盤的磁針支點固定，比水羅盤優(yōu)越，但當惡劣天氣來臨時，船舶劇烈晃動顛簸造成觀測不準或無法觀測。18 世紀時，中國航海家利用中國古代先民發(fā)明的平衡環(huán)裝配羅盤，使羅盤有了平衡性，免受大風顛簸的干擾。如1985 年江西臨川南宋墓出土陶俑和中國港口博物館藏陶俑皆為執(zhí)羅盤陶俑，人物所持旱羅盤有16 個方位刻度，但沒有標字，羅盤中間的磁針形狀與水浮磁針不同，其中央有一明顯圓孔，應當是軸承結(jié)構。由此有學者認為，這是中國早在12 世紀已有旱羅盤的直接證據(jù)。此外，18 世紀初，也有了航海用旱羅盤的文獻記載并且也有實物可供研究參考。

臨川出土執(zhí)羅盤陶俑

中國港口博物館藏執(zhí)羅盤陶俑

圖①18 世紀初航海用旱羅盤示意：旱羅盤是用一根尖的支柱支在磁針的重心處，盡量減少支點的摩擦力，使磁針在支柱上自由靈活地轉(zhuǎn)動以正確地指向南方或北方

圖②③④清代航海羅盤（中國航海博物館藏）

圖⑤西方16 世紀航海羅盤方位示意

中國航海羅盤傳到歐洲后先被改造成16 個方位的航海羅盤，依風向分割羅盤，然后再將其細分為32 方位。1544 年的波托蘭海圖上描繪的羅盤方位圖，與中國傳統(tǒng)的航海羅盤極其相似。“在西方的航海圖上，航海羅盤被描繪成玫瑰花狀，故常稱作‘羅經(jīng)花’”。

《明代蕭崇業(yè)琉球過海圖》，圖中描繪了從福建梅花所至琉球那霸港的針路，并注有具體針位

航海羅盤越大洋

航海羅盤的二十四向方位，按陰陽五行學說中的后天八卦的方位理論布置。用十天干、十二地支和八卦中的四維乾、坤、艮、巽代表每一個方位，因為十天干中“戊己”代表中央方位，位置已被指南針占用，故不用。子北、午南、卯東、酉西，航海應用時，每一方位字代表一個指向，合15°，稱為單（丹）針。如單午針，即指向正南，航向180°；隨著航海技術的進步，二十四方位細化成四十八個方位，相鄰的兩個方位中間又可代表一個更小的方位，可以精確指向到7.5°，這在針經(jīng)中稱作縫針，如丙午針，則針指向丙、午兩字之間，即南偏東7.5°，航向172.5°。

在指南針發(fā)明之前，天文導航是保證船舶在海上航行安全和到達目的地的重要保障。有了指南針后，隨著航海羅盤的應用，人類航海的安全性和可靠性有了更可靠的保障。

早期使用指南針導航，還需要借助于天文與地文知識，發(fā)展至后來，將船舶航向的變動與指針變動的對應關系進行總結(jié)，能夠得到一條航線的針路，有了針路，海船能脫離天文導航而只依靠羅盤導航。

針路上指針的變更點稱為“針位”，將針位以文字著錄則稱“針經(jīng)”。現(xiàn)存最早記錄針位的文獻是元人周達觀《真臘風土記》，該書開頭記有航行的針位：“自溫州開洋，行丁末針。歷閱廣海外諸州港口，過七洲洋，經(jīng)交趾洋，到占城。又自占城順風可半月到真蒲，乃其境也”。

航海羅盤發(fā)明后不久，大約在13 世紀時，即經(jīng)阿拉伯航海家，先后傳入亞歐各國，促進了航海事業(yè)的發(fā)展和大航海時代的到來，增進了各國人民之間的文化交流和貿(mào)易往來，對世界經(jīng)濟、文化的發(fā)展起到了巨大的推動作用。隨著西方工業(yè)革命的興起，蒸汽輪船的出現(xiàn)，液體磁羅經(jīng)應運而生，航船導航隨之而進入磁羅經(jīng)時代，航海羅盤也退出了歷史舞臺。