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1、1、指南针在航海中的最早应用指南针在北宋时发明以后，很快就在航海上得到了应用。在未采用指南针前，航海是白昼依靠太阳和夜里依靠恒星的位置来确定方向的，称为天文导航。图 1：古海船针房但是天文导航受天气影响很大，而指南针及其装有指示方位的罗盘则不受天气影响，故在航海上得到重要应用。最早记载指南针在航海上应用的是北宋的萍州可谈(1119) ，书中讲到：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。 ”这也是世界上关于指南针应用于航海的最早记载。到南宋时的诸蕃志书中的记载则是海船上昼夜都是使用指南针导航了。到元代时已用指南针来确定航海路线，称为针路。也出现了在指南针下加上有 24 个方位的指示盘，把
2、指南针和指示盘合称罗盘，也称罗经盘。明朝初年，航海家郑和率领庞大船队远航多次东洋和西洋，他们远航船队使用的航海图包括指南针罗盘导航的针路图和天文导航的过洋牵星图。明清两代的海船尾部已设有专放罗盘指南针的针房（图 1） 。指南针在主要应用于航海外，还应用于古代多种便携式日晷、天文仪器和测量仪器中。现在北京故宫博物院还收藏有这些带指南针的便携式日晷、天文仪器和测量仪器。另外指南针罗盘也用于古代营建房屋和选择墓地（堪舆术）等。2、指南针的发明与航海指南针是我国最早发明的，但它是经过漫长的岁月逐渐发展改进而成的。大约在战国时代，我国已发现了磁石和它的吸铁性。春秋时齐国著名政治家管仲在他所著的管子一书中
3、有这样记载：“上有慈石者，下有铜金。 ”，“慈石”就是磁石， “铜金”就是一种铁矿。可见至少在 2600 年前的管仲时期，已经知道磁石的存在，并已掌握了磁石能够吸铁这一性能了。磁石有两个特性：一是吸铁性；二是指极性。也就是说磁石有两极，能够指示南北。磁石的吸铁特性中国战国时代的古人和古希腊的先民都已发现，而发现磁石的指极性则欧洲比中国晚得多。磁石能指示南北的特性不太容易被发现，因为一般情况下磁力小、摩擦力大，磁石两极不能自由旋转到南北向。中国在战国时代最早发现了磁石的指极性，并利用磁石能指示南方的性能，制作成指南工具司南。 “司”字意为掌管，现在仍有“司机” 。 “司炉” 、 “司令”等词，这
4、几个“司”字的本意都是相同的。但是司南也有其局限性，用磁石制造司南，磁极不容易找准，而且在琢制勺的过程中，磁石因受震动而会失去部分磁性。再加上司南在使用时底盘必须放平，而且司南的体积也比较大，因此，古人在发明了司南之后，又不断改进指南工具。继司南之后，我们的祖先又制成了一种新的指南工具指南鱼。按照现代科学的眼光来看，古人是将钢片在炉火中烧红的方法使铁磁质中的磁畴活动起来，由于地球有磁性，把烧红钢片沿着地球磁场的方向冷却，钢片在冷却时靠地球磁场的作用使磁畴有规律地排列，这条钢片鱼就有了极性，成了一条指南鱼。冷却时鱼尾向下倾，由于地球磁倾角的作用，可使磁性增强。由于地磁场的强度不大，所以指南鱼的磁
5、性也很弱，古人渐渐觉得指南鱼的指南效果仍不理想。能不能有一种更理想的指南工具来代替指南鱼呢？古人在继续不断地试制摸索。就在钢片指南鱼发明后不久，又有人发明了用钢针来指南，这种磁化的小钢针可算是世界上最早制成的真正的指南“针”了。北宋著名科学家沈括（约公元 10331097 年） ，在科学技术方面取得了杰出的成就，北宋时期中国许多重大的科学发明，例如活字印刷、指南针等应用技术，都是借助于沈括的记载而得以流传的。指南针能指南，但还必须为它创造一个可以自由转动的条件。沈括在他梦溪笔谈一书中，提到了指南针的几种用法。一是水浮法，把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面，指示南北方向。二是指甲旋定法，把磁针
6、放在手指甲上轻轻转动后来定向。三是碗唇旋定法，把磁针放在光滑的碗边通过旋转磁针来定向。四是缕悬法，在磁针的中部涂一点点蜡，用一根细丝线沾上蜡后，悬挂于空中指南。这种悬挂式指南针，必须在无风处使用，但使用起来比较方便。根据试验，沈括认为这四种方法中，要算缕悬法最好。因为指甲和碗边上很光滑，指南针容易掉下去。而使用水浮法时，水若振荡，针就难以静止下来了。沈括在 900 年前提出的这四种方法，有的至今仍有实用价值，如现代的磁变仪、磁力仪的基本结构原理，就是采用了沈括所说的缕悬法原理。而航海中使用的重要仪表罗盘，也大多是根据水浮磁针这一原理设计而成的。沈括还是世界上最早发现磁偏角的人。 “磁偏角”是怎
7、么一回事呢？那是因为地球上的磁极和南极、北极稍微有一点偏差。指南针的 N 极和 S极，沿磁子午线分别指向北磁极和南磁极，磁子午线和地理子午线是不一致的，它们之间存在着一个夹角，科学上叫做“磁偏角” 。世界各地的磁偏角是不同的，有的偏东，有的偏西。沈括在梦溪笔谈第 24 卷中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。 ”这是世界上现存最早的磁偏角记录。在西方，直到公元1492 年哥伦布在横渡大西洋时才发现磁偏角这一现象，比沈括晚了 400 年。指南针发明后，很快用于航海，对社会发展起到了重要作用。我国也是最早把指南针用于航海事业的国家。著名的科技史专家李约瑟指出：指南针的应用是原
8、始航海时代的结束，预示着计量航海时代的来临。有了指南针，促进了中国航海事业的发展，才可能有郑和七下西洋的壮举。指南针技术传入欧洲后，推动了欧洲航海事业的发展。15 世纪末到 16 世纪初，欧洲各国航海家纷纷将指南针用于航海，他们不断探险，开辟新航路，发现了美洲，完成了环绕地球的航行。马克思曾这样说过：“指南针打开了世界市场，并建立了殖民地。 ”如今，中国发明的指南针，已被广泛运用于世界各国的和平建设事业中。航空、航海、采矿、探险都离不开指南针，就是中小学生外出远足旅游，他们的背包中也常常带着一个小小的指南针。 3、指南针在航海中的重大作用是什么? 据我国文献记载，北宋宣和元年（1119 年）
9、，朱或在他的著作萍洲可谈一书中说：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。 ”也就是说，当时在航海时，船上设有专门掌握航行方向的“舟师” ，他的职责是为船舶航行指引方向。夜间观测星辰位置，白天则观测太阳的高度，如果遇上阴天，则根据指南针来把握方向。这是人类历史上第一次记载在航海中使用指南针情况。说明在距今 800 年以沈括同时还提到，用水浮针指南，指的方向并不是正南，而是稍稍偏向“丙位” ，即正南偏东十五度左右，表明他已经发现了磁偏角的存在。这一发现与指南针的发明一样重要，它大大地提高了航行时的导航精确度。所以后来人们推测，最早被应用到航海中的指南针就是这种水浮针法的指南针，它是水罗盘
10、的最早形式。徐兢在宣和奉使高丽图经一书中指出，这种指南针叫“指南浮针” 。到了南宋末年，吴自牧在梦粱录中提到，前，我们祖先首先发明了航海指南针。我国早在先秦时期就有了磁石吸针的记载，那时，就有了指南工具叫“司南” 。北宋的科学学沈括在他的著作梦溪笔谈中记载了四种指南针的制造方法，而其中的一种“水浮针”法被认为最适宜运用到船舶航行中。船舶航行遇到阴天时， “惟凭针盘而行，乃火长掌之” 。这时，浮针已经发展为“针盘” 。这种针盘就是指南针与罗盘相结合，由于指南针是浮在水面的，所以古代叫“水罗盘” 。航海指南针发明后，传播到世界各地。首先，它先传播到我们的近邻印度洋上的各国水手中。12 世纪航行在印度洋的主要是阿拉伯人，所以阿拉伯人是最先得到指南针的人。欧洲人则从阿拉伯人手中得到了指南针。这种传播大约在 12 世纪的上半叶就已完成了。到了 15 世纪哥伦布航行美洲大陆时，指南针则是哥伦布航海的最重要的技术保证。马克思在评价航海指南针的发明时指出，它“打开了世界市场并建立了殖民地” 。可见航海指南针在人类发展史上的重要作用。
