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第19章 第十九章我國指南針的發明及應用於航海

早在戰國時我們祖先就了解並利用磁石的指極性製成最早的指南針——司南。比利用齒輪的指南車便利得多。我國古書中把“磁石”寫成“慈石”,說明2000年前我們祖先已發現了磁石吸鐵的特性,認為磁和鐵的關係好像慈母和她的兒女一樣親密。 磁石有磁性,每一塊磁石的磁性總是聚在兩頭的,中央部分差不多沒有磁性,有磁性的兩極就叫作磁極。如果把一根棒狀的磁石用繩子系在中間使它懸空,撥動以後,等它靜止下來,一定是一頭指向南方,另一頭指向北方。這是什麼原因呢?原來整個地球就是一塊大磁石,也有兩個磁極,磁北極在地球的南極附近,磁南極在地球的北極附近。每塊磁石也有南北兩個磁極。不相同的磁極互相吸引,相同的磁極互相排斥。由於這個“異性相吸,同性相斥”的道理,所以那懸空的磁石就一頭向南一頭向北了。假如再用一根磁棒放到那懸空的磁棒旁邊來試驗,就可以看到有一頭互相吸引,另一頭互相排斥的現象。所以那懸空的磁石的磁南極就會和地球的磁北極相吸引而指向南方,它的磁北極就會和地球的磁南極相吸引而指向北方。磁石的這種性質就叫作指極性。我們的祖先根據磁石的這個特性,創造出了各種指示方向的工具。

戰國時的《韓非子》中提到用磁石製成的司南。司南就是指南的意思,東漢思想家王充在其所著《論衡》中也有關於司南的記載。司南由一把“勺子”和一個“地盤”兩部分組成。司南勺由整塊磁石製成。它的磁南極那一頭琢成長柄,圓圓的底部是它的重心,琢得非常光滑。地盤是個銅質的方盤,中央有個光滑的圓槽,四周刻著格線和表示24個方位的文字。由於司南的底部和地盤的圓槽都很光滑,司南放進了地盤就能靈活地轉動,在它靜止下來的時候,磁石的指極性使長柄總是指向南方。這種儀器就是指南針的前身,由於當初使用司南必須配上地盤,所以後來指南針也叫羅盤針。

司南和地盤模型的正面和側面
在製作中,天然磁石因打擊受熱容易失磁,磁性較弱,司南不能廣泛流傳。到宋朝時,有人發現了人造磁鐵。鋼鐵在磁石上磨過,就帶有磁性,這種磁性比較穩固不容易丟失。後來在長期實踐中出現了指南魚。約於公元1044年官修、曾公亮主編的《武經總要》中記載了用人造磁鐵製成的指南魚。製作方法是:“用薄鐵葉剪裁,長二寸寬五分,首尾銳如魚形,置炭火中燒之,候通赤,以鐵鈐鈐魚首出火,以尾正對子位,蘸水盆中,沒尾數分則止,以密器收之。”這是一種利用強大地磁場的作用使鐵片磁化的方法。在使用時置水碗於無風處平放,魚在水面泛浮,魚頭是磁北極,魚尾是磁南極,魚在水中可自由轉動,魚首常指南。行軍時,戰士們攜帶指南魚,陰天也可避免迷失方向,只是磁性仍較低,實用價值也不太大。

從指南魚再加以改進,把帶磁的薄片改成帶磁的鋼針,就創造了比指南魚更進一步的新的指南儀器。把一支縫紉用的小鋼針,在天然磁石上磨過,使它帶有磁性,人造磁體的指南針就這樣產生了。 宋人沈括在其所著《夢溪筆談》中記有他所作使用指南針的四種試驗。第一種叫“水浮法”,把幾小段燈草橫穿在帶磁的鋼針上,使磁針可以浮在水面,和指南魚起同樣作用。不過一受震動,磁針在水面動盪不定,指南就不一定準確了。第二種叫“指甲旋定法”,第三種叫“碗唇旋定法”,就是把磁針放在手指甲上或放在碗邊上,手指甲和碗邊都比較光滑,使磁針在上面可以自由靈活地轉動,但是磁針很容易滑落,應用起來不太方便。第四種叫“縷旋法”(即“懸掛法”)即用蠟把單線的一端綴在針腰,掛在無風處,單線是用新繭中取出的獨縷,它的彈性和韌性都比較好,不會發生扭轉的毛病。用芥子大的蠟把單線和磁針黏綴起來,不採用扭結的方法,這是為了防免扭轉毛病的出現。沈括認為“縷旋法”最完善。

《夢溪筆談》還記有對磁石性質的重要發現:磁石指南並不指正南。沈括測算是偏東一些,這是因為地球磁場的兩極與地球經線的兩極並不重合,磁力線與經線形成一定夾角,叫“地磁偏角”。後人精確指出偏角約在5°之內。而且全國各地不同,沈括對“地磁偏角”的發現是中國人對世界的重大貢獻。在歐洲,直到1492年哥倫布遠渡大西洋時才發現“地磁偏角”,比我國晚400多年。

沈括所作使用指南針的四種試驗
指南針發明後很快就應用於航海。世界上最早記載指南針應用於航海導航的文獻是北宋宣和年間(公元1119—1125年)朱或〔yu玉〕所著《萍洲可談》(成書略晚於《夢溪筆談》),朱彧之父朱服於1094—1102年任廣州高級官員,他追隨其父在廣州住過很長時間。該書記錄了他在廣州時的見聞。當時的廣州是我國和海外通商的大港口,有管理海船的市舶司,有供海外商人居留的蕃坊,航海事業相當發達。 《萍洲可談》記載著廣州蕃坊、市舶等許多情況,記載了中國海船上航海很有經驗的水手。他們善於辨別海上方向:“舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日,陰晦則觀指南針。”“識地理”,是表明當時舟師已能掌握在海上確定海船位置的方法。說明我國人民在航海中已經知道使用指南針了。這是全世界航海史上使用指南針的最早記載,我國人民首創的這種儀器導航方法,是航海技術的重大革新。指南針應用於航海並不排斥天文導航,二者可配合使用,這更能促進航海天文知識的進步。徐兢在《宣和奉使高麗圖經》(比《萍洲可談》晚20多年)中說:“是夜,洋中不可住,唯視星斗前邁,若晦冥則用指南浮針,以揆〔kui葵,尺度〕南北。”說明徐兢出使高麗航海也使用了指南針,與朱或所記相同。這是採用水浮法的指南水針,船頭船尾各放一具,天陰天雨時就靠著這種指南水針辨別方向。

中國使用指南針導航不久,就被阿拉伯海船採取,並經阿拉伯人把這一偉大發明傳到歐洲。恩格斯在《自然辯證法》中指出,“磁針從阿拉伯人傳至歐洲人手中在1180年左右”。 1180年是我國南宋孝宗淳熙七年。中國人首先將指南針應用於航海比歐洲人至少早80年。

地磁偏角示意圖
中國海船開始使用羅盤定嚮導航約在南宋理宗寶慶元年(公元1225年),這一年趙汝適寫了《諸蕃志》,這是記載海外各國地理情況的著作。書中談到他從泉州去海南島乘的是海船:“舟舶往來,惟以指南針為則。晝夜守視惟謹,毫釐之差,生死系矣。”可知那時指南針在航海中指示方向的作用已經更加重要。比起11世紀時只在陰雨天才用指南針,僅僅作為指示方向的輔助儀器的情況是更進一步了。 《諸蕃志》中所說的已不是指南針而是羅盤了。若無羅盤上的指向分度便不可能做到“守視惟謹”,“毫釐之差”。南宋吳自牧著《夢粱錄》載:“風雨冥晦時,惟憑針盤而行,乃火長(船長)掌之,毫釐不敢差誤,蓋一舟人命所繫也。”也可見羅盤針對航海的重要。

羅盤針應用於航海,說明我國導航技術在宋代居於世界領先地位。南宋時,廣州、泉州、杭州都是大商埠,當時和我國通商的有50多國,阿拉伯人、波斯人、羅馬人紛紛由海道到我國通商。那時,通商的稅收佔國庫總稅收的1/20,如果沒有指南針的發明是不可能有這樣繁盛的海上通商貿易的。指南針的發明與西傳促進了當時我國和印度洋、太平洋西部沿岸國家經濟文化的交流,促進了各國航海事業的發展並為1492年哥倫布“發現新大陸”創造了前提條件。指南針的發明和應用於航海對全世界做出了重大貢獻。
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