天文航海技術(shù)
天文航海技術(shù)主要是指在海上觀測(cè)天體來(lái)決定船舶位置的各種方法。我國(guó)古代出航海上，很早就知道觀看天體來(lái)辨明方向。西漢時(shí)代《淮南子》就說(shuō)過(guò)，如在大海中乘船而不知東方或西方，那觀看北極星便明白了。（《齊俗訓(xùn)》：“夫乘舟而惑者，不知東西，見(jiàn)斗極則悟矣。”）晉代葛洪的《抱樸子外篇·嘉遯》上也說(shuō)，如在云夢(mèng)（古地名）中迷失了方向，必須靠指南車來(lái)引路；在大海中迷失了方向，必須觀看北極星來(lái)辨明航向。（“夫群迷乎云夢(mèng)者，必須指南以知道；并乎滄海者，必仰辰極以得反?！保〇|晉法顯從印度搭船回國(guó)的時(shí)候說(shuō)，當(dāng)時(shí)在海上見(jiàn)“大海彌漫，無(wú)邊無(wú)際，不知東西，只有觀看太陽(yáng)、月亮和星辰而進(jìn)?！币恢钡奖彼我郧埃胶Ｖ羞€是“夜間看星星，白天看太陽(yáng)”。只是到北宋才加了一條“在陰天看指南針”。
大約到了元明時(shí)期，我國(guó)天文航海技術(shù)有了很大的發(fā)展，已能觀測(cè)星的高度來(lái)定地理緯度。這是我國(guó)古代航海天文學(xué)的先驅(qū)。這種方法當(dāng)時(shí)叫“牽星術(shù)”。牽星術(shù)的工具叫牽星板。
牽星板用優(yōu)質(zhì)的烏木制成。一共十二塊正方形木板，最大的一塊每邊長(zhǎng)約二十四厘米，以下每塊遞減二厘米，最小的一塊每邊長(zhǎng)約二厘米。另有用象牙制成一小方塊，四角缺刻，缺刻四邊的長(zhǎng)度分別是上面所舉最小一塊邊長(zhǎng)的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。比如用牽星板觀測(cè)北極星，左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上邊緣是北極星，下邊緣是水平線，這樣就可以測(cè)出所在地的北極星距水平的高度。高度高低不同可以用十二塊木板和象牙塊四缺刻替換調(diào)整使用。求得北極星高度后，就可以計(jì)算出所在地的地理緯度。
元代意大利的馬可波羅由陸路來(lái)我國(guó)，在我國(guó)耽了二十多年后由海路回去。海路航線是經(jīng)我國(guó)南海進(jìn)入印度洋折而往西。馬可波羅當(dāng)時(shí)是搭乘我國(guó)航海家駕駛的我國(guó)船舶回去的。在馬可波羅游記中記載了當(dāng)時(shí)我國(guó)海船和航海的情況。據(jù)游記記載，海船由馬六甲海峽進(jìn)入印度洋后，便有北極星高度的記錄，可見(jiàn)那時(shí)我國(guó)航海家已經(jīng)掌握了牽星術(shù)。明代鄭和七次下“西洋”，“往返牽星為記”?？芍?dāng)時(shí)航行在印度洋中的我國(guó)航海家已經(jīng)十分熟悉牽星術(shù)了。明代牽星，一般都是牽北極星，但在低緯度（北緯六度）下北極星看不見(jiàn)時(shí)，改牽華蓋星（北極星是小熊座a星，華蓋星是小熊座β、γ雙星）。
明代在航海中還定出了方位星進(jìn)行觀測(cè)，以方位星的方位角和地平高度來(lái)決定船舶夜間航行的位置。當(dāng)時(shí)叫觀星法，觀星法也屬牽星術(shù)范圍之內(nèi)。
明代牽星術(shù)的航海記錄，例如從古里（今印度西海岸的科澤科德）到祖法兒（今阿拉伯半島東海岸阿曼的佐法爾）航路，在古里開(kāi)船，看北極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兒（今印度西海岸的門格洛爾），看北極星的高度是八度。后船向西北偏西，航行一千五百公里，在大海中，看北極星的高度是十度。又船向正西稍偏北，航行二千一百公里，到祖法兒，看北極星的高度是十二度四十八分。把北極星高度用當(dāng)時(shí)的算法拆算地理緯度，和現(xiàn)在各地的地理緯度基本相合。又從航路來(lái)看，航向和航程也和現(xiàn)在的骯路大致相同。由此可見(jiàn)，明代天文航海技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)。
關(guān)于求天象出沒(méi)時(shí)間，明代航海家也有些規(guī)定。流傳下來(lái)的明末抄本航路專書中有太陽(yáng)月亮的出沒(méi)時(shí)間表，還有“定太陽(yáng)出沒(méi)歌”和“定太陰出役歌”。“定太陽(yáng)出沒(méi)歌”文是：
“正九出乙沒(méi)庚方；二八出兔沒(méi)雞場(chǎng)；
三七出甲從辛沒(méi)；四六生寅沒(méi)犬藏；
五月出艮歸乾上；仲冬出巽沒(méi)坤方；
惟有十月十二月，出辰入申仔細(xì)詳?！?p> 這是把十二個(gè)月的太陽(yáng)出沒(méi)時(shí)辰用一首歌訣來(lái)概括。正月、九月太陽(yáng)出在乙時(shí)沒(méi)在庚時(shí)，乙時(shí)在卯時(shí)和辰時(shí)之間，庚時(shí)在申時(shí)和西時(shí)之間。又兔指卯時(shí)，雞指酉時(shí)。甲時(shí)在寅時(shí)和卯時(shí)之間，辛?xí)r在酉時(shí)和戌時(shí)之間。犬指戌時(shí)。艮時(shí)在丑時(shí)和寅時(shí)之間，乾時(shí)在戌時(shí)和亥時(shí)之間。巽時(shí)在辰時(shí)和已時(shí)之間，坤時(shí)在未時(shí)和申時(shí)之間。五月是夏至所在的月份，所以太陽(yáng)出的時(shí)間要早，沒(méi)的時(shí)間要晚。仲冬是十一月，是冬至所在的月份，所以太陽(yáng)出的時(shí)間要晚，沒(méi)的財(cái)間要早。這樣計(jì)時(shí)和天象實(shí)際相比是有些誤差的，但大致還適用。
據(jù)明代一些航海書籍記載，遠(yuǎn)洋海船上各色人員俱備，其中陰陽(yáng)官、陰陽(yáng)生專管觀測(cè)天象。明末流傳的小說(shuō)《三寶太監(jiān)西洋記通俗演義》中記載，“觀星斗陰陽(yáng)宮十員”。又說(shuō)：”每一號(hào)船上面有三層天盤，每一層天盤里面擺著二十四名官軍，日上看風(fēng)看云，夜來(lái)觀星觀斗。”雖然這是一部小說(shuō)，但多少也反映了明代航海中一些實(shí)際情況。
地文航海技術(shù)
我國(guó)古代地文航海技術(shù)的成就，包括航行儀器如航海羅盤、計(jì)程儀、測(cè)深儀的發(fā)明和創(chuàng)造，以及針路和海圖的運(yùn)用等。
航海羅盤是我國(guó)發(fā)明的。我國(guó)發(fā)明指南針后，很快使用到航海上。北宋時(shí)的指南浮針，也就是后來(lái)的水羅盤。宋代朱或敘述宋哲宗元符二年到徽宗崇寧元年（公元1099年到1102年）間的海船上已經(jīng)使用指南針。宣和五年（公元1123年）徐兢到朝鮮去回國(guó)后所著《宣和奉使高麗圖經(jīng)》中描寫這次航海過(guò)程說(shuō)：晚上在海洋中不可停留，注意看星斗而前進(jìn)，如果天黑可用指南浮針，來(lái)決定南北方向。這是目前世界上用指南針航海的兩條最早記錄，比公元1180年英國(guó)的奈開(kāi)姆記載要早七八十年。
航海羅盤上定二十四向，二十四向我國(guó)漢代早有記載。北宋沈括的地理圖上也用到這二十四向。把羅盤三百六十度分做二十四等分，相隔十五度為一向，也叫正針。但在使用時(shí)還有縫針，縫針是兩正針夾縫間的一向，因此航海羅盤就有四十八向。大約南宋時(shí)已有這四十八向的發(fā)明了。四十八向每向間隔是七度三十分，這要比西方的三十二向羅盤在定向時(shí)精確得多。所以三十二向的羅盤知識(shí)在明末雖從西方傳進(jìn)來(lái)，但是我國(guó)航海家一直用我國(guó)固有的航海羅盤。
古時(shí)船上放羅盤的場(chǎng)所叫針?lè)浚樂(lè)恳话闳藛T不能隨便進(jìn)去。掌管羅盤的人叫火長(zhǎng)。明代《西洋番國(guó)志》中說(shuō)：要選取駕駛?cè)藛T中有下海經(jīng)驗(yàn)的人做火長(zhǎng)，用作船師，方可把針經(jīng)圖式叫他掌握管理。“事大責(zé)重，豈容怠忽?！笨梢?jiàn)航海羅盤是海船上的一個(gè)重要設(shè)備。
計(jì)程儀又叫測(cè)程儀。三國(guó)時(shí)期吳國(guó)海船航行到南海一帶去，有人寫過(guò)《南州異物志》一書，書中有這樣的記載：在船頭上把一木片投入海中，然后從船首向船尾快跑，看木片是否同時(shí)到達(dá)，來(lái)測(cè)算航速航程。這是計(jì)程儀的雛型。一直到明代還是用這個(gè)方法，不過(guò)規(guī)定更具體些，就是以一天一夜分為十更，用點(diǎn)燃香的枝數(shù)來(lái)計(jì)算時(shí)間，把木片投入海中，人從船首到船尾，如果人和木片同時(shí)到，計(jì)算的更數(shù)才標(biāo)準(zhǔn)，如人先到叫不上更，木片先到叫過(guò)更。一更是三十公里航程。這樣便可算出航速和航程。
我國(guó)古代這種計(jì)程的方法，和近代航海中扇形計(jì)程儀構(gòu)造很相近似。扇形計(jì)程儀也是用一塊木板（扇形），不過(guò)用和全船等長(zhǎng)的游線系住投入海中，然后用沙時(shí)計(jì)計(jì)算時(shí)間。沙時(shí)計(jì)一倒轉(zhuǎn)是十四秒。在游線上有記號(hào)，從游線長(zhǎng)度算出航速和航程。我國(guó)古代用香枝（也叫香漏），西方近代用沙時(shí)計(jì)（也叫沙漏），兩者實(shí)在是異曲同工。
我國(guó)至遲在唐代末年已有測(cè)深的設(shè)備。一種是“下鉤”測(cè)深，一種是“以繩結(jié)鐵”測(cè)深。深度達(dá)到六十多尺，這還是淺水測(cè)深。再稍晚一些，有記載說(shuō)用綱下水測(cè)深，“綱長(zhǎng)五十余丈，才及水底?！本V是大繩，五十多丈，在已是深水測(cè)深了。
南宋末年吳自牧的《夢(mèng)粱錄》上說(shuō)：如果航海到外國(guó)做買賣，從泉州便可出洋。經(jīng)過(guò)七洲洋，“船上測(cè)水深約有七十余丈”。當(dāng)時(shí)測(cè)水這樣深，可見(jiàn)我國(guó)宋代已經(jīng)有比較熟練的深水測(cè)深技術(shù)了。
宋代已經(jīng)有針路的設(shè)計(jì)。航海中主要是用指南針引路，所以叫做“針路”。記載鐵路有專書，這是航海中月積月累而成。這些專書后來(lái)有叫“針經(jīng)”，有叫“針譜”，也有叫“針策”的。
凡是針路一般都必寫明：某地開(kāi)船，航向，航程，船到某地。航向的名稱有下列各種：?jiǎn)蜗虻?，叫單針（也有叫丹針的），或叫正針。雙向的，以相鄰兩向并稱，就是上文提到的縫針。兩個(gè)航向合稱時(shí)，有四種情況：第一，先單向后雙向；第二，先雙向后單向；第三，兩個(gè)都是單向；第四，兩個(gè)都是雙向。還有超過(guò)兩個(gè)航向合稱的。航程都用更計(jì)算。船到某地，就用四種不同稱號(hào)：第一，平，并靠的意思；第二，取，經(jīng)過(guò)的意思；第三，見(jiàn)，望見(jiàn)的意思；第四，收，到達(dá)的意思。船舶在晚間航行時(shí)，要把牽星記錄寫入針路里。又在航行過(guò)程中還要不斷測(cè)量水深，也要寫入針路。
現(xiàn)在把明代《籌海圖編》記載由太倉(cāng)到日本的針路舉例摘錄如下：“太倉(cāng)港口開(kāi)船，用單乙針，一更，船平吳淞江。用單乙針及乙卯針，一更，平寶山，到南匯嘴。用乙辰針出港口，打水①六七丈，沙泥地是正路，三更，見(jiàn)茶山。自此用坤申及丁未針，行三更，船直至大小七山，灘山在東北邊。灘山下水深七八托②，用單丁針及丁午針，三更，船至霍山。……”這段文字不算難懂?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)好幾種針路抄本，包括東洋和西洋的，我們要進(jìn)一步研究。十六世紀(jì)初葡萄牙人航行于東南亞時(shí)，襲用了我國(guó)航海家所用的針路。
至于海圖，北宋徐兢《宣和奉使高麗圖經(jīng)》上己有海道圖，這是我國(guó)航海海圖最早的記載，可惜原圖已失傳。我國(guó)現(xiàn)存最早的海道圖是明初《海道經(jīng)》里附刻的“海道指南圖”。
明茅元儀輯《武備志》二百四十卷，卷末附有“自寶船廠開(kāi)船從龍江關(guān)出水直抵外國(guó)諸番圖”，這就是著名的“鄭和航海圖”。圖上的航程地理，和明代祝允明（1460—1526）《前聞?dòng)洝匪浶挛迥辍豆?430年）鄭和末一次下“西洋”相合，推測(cè)這圖大概是十五世紀(jì)中葉的作品?！班嵑秃胶D”已蜚聲中外，研究十五世紀(jì)中外交通史和航海技術(shù)史，都把這幅海圖作為重要的依據(jù)。
明末有些古籍記有“各處州府山形水勢(shì)深淺泥沙礁石之圖”，“靈山往爪哇山形水勢(shì)法圖”，“新村爪哇至瞞刺加山形水勢(shì)之圖”，“彭坑山形水勢(shì)之圖”等，這些圖都只保留了文字記載，原圖都失傳了。從這些海圖的文字說(shuō)明看，當(dāng)時(shí)海圖上都注明海上危險(xiǎn)物（比如“有草嶼”、“有蘆荻”等），淺灘（比如“灣內(nèi)淺可防”、“有泥淺”等），暗礁（比如“有沉礁在港口不可近”、“有沉礁打浪”等），沙州（比如“有沙礁”）以及巖石（比如“有老古石”、“有古老石岸”等）。這些和近代海圖上的要求大致符合。
清代前期保存下來(lái)的海圖，有西南洋各番針路方向圖一幅，彩繪紙本，時(shí)代大約在康熙五十年到五十四年（公元1711年到1715年）間，有東洋南洋海道圖一幅，也是彩繪紙本，時(shí)代大約在康熙五十一年到六十一年（公元1712年到1722年）間。這兩幅海圖現(xiàn)在都保存在北京故宮。