羅盤

中國漢代的海船已去到印度和斯里蘭卡，唐宋時期遠航波斯灣是尋常事，明代鄭和的船隊甚至抵達南半球海域，這些史實都反映了中國古代航海技術的進展。在公元十三世紀以前，中國的航海科技代表世界的先進水平。遠洋航行所涉的科學技術領域，主要包括海洋氣象、海洋水文、海洋地理和導船通訊。以下是中國古代航海科技的概略說明：

（一）海洋氣象與水文在航海中的運用──風、信風和潮汐。在古代，船舶在大海中航行，風是主要的動力，風向與船舶航行的關係極大。最大限度地利用恆定的風向推動船隻向前，是遠洋航行的關鍵，古代稱季風為「信風」，大致來說，太平洋和印度洋的大洋氣團與亞洲大陸氣團相互運動，冬季形成不斷向東南和南面流動的偏北風（稱為「冬季風」），夏季形成從東南和南面向亞洲大陸流動的偏南風（夏季風），這兩種風是中國古代航海主要運用的季風。春秋戰國時已將風向分為八向，《史記》〈律書〉記載了「八風」的風名、出現月份和風向，對風的規律已有相當的了解。

《漢書》〈地理志〉記載漢船航行至孟加拉灣，是季風運用於遠洋航行的最早記載。晉傳法顯西行取經，據《法顯校注傳》所記，「載商人大船，泛海西南行，凡冬初信風，晝夜十四日，〔由多摩梨〕到師子國」；法顯在當年八月再次利用季風橫渡孟加拉灣，次年四月回程則利用東南信風。法顯在途中遇過不定風向的過渡風，遭受風暴襲擊，但他能夠成功遠航，主要就是得力於季風的運用。

據《新唐書》〈地理志〉記載，唐代僧人義淨赴印度求法，於咸亨二年（671年）冬十一月趁南中國海東北季風出發，「未隔兩旬，果至佛逝」。義淨從佛逝越馬六甲海峽的時間，選在翌年夏五月；隆冬時，乘東風由印度半島至波斯灣的烏剌國；返航時，選在夏秋趁西南風和順時針海流東歸。由此可見，唐時已經初步建立起與信風相關的航海定量概念。

宋代航海，對季風的利用已經相當成熟。中國至南亞、西亞，遠至波斯灣和東非海岸，航線都有較為準確的航行時間：

1. 廣州或泉州──三佛齊（今新加坡東南），據《文獻通考》，由三佛齊至中國，「泛海使風二十日到廣州，如泉州，舟行順風，月餘可到。」
2. 廣州或泉州──蘭里（今蘇門答臘群島西北端），《嶺外代答》載：「廣舶四十日到蘭里住冬，至次年再發舶，約一月始達其國。」《諸蕃志》亦載：「泉舶四十餘日到蘭里住冬，至次年再發，一月始達。」
3. 廣州──闍婆（今蘇門答臘群島北端），據《宋史》〈闍婆傳〉載：「西北泛海十五日至渤泥國，又十日至三佛齊國，又七日至古暹國，又七日至柴歷亭，抵交趾，達廣州。」
4. 廣州──蘭里──故臨（印度半島）──麻離拔（阿拉伯小國），據《嶺外代答》記載：「有麻離拔國，廣州自中冬以後發船，乘北風行約四十日到，地名蘭里，……至小冬再乘東北風，六十日順風，方到此國。」

（二）航程、航深等航海主要參數的測驗技術──更路與托數。三國時已採用測量手段獲知船隻的航行速度，吳國人於航行中的船上，在船頭把木片投入海中，隨即由船頭行至船尾，觀察木片是否與人同時到達船尾，藉此判斷船的快慢。明代仍然沿用這種方法測量航速，並引入「更」的概念為標準航速下定義。《水師雜記》：「取木片一塊，在船頭放入海裏，人疾走至船尾，其木片亦流至船尾，此為相稱（或稱合更）」。但「若人走至半船，而木片已先流過船尾，此風力順利，名為過更。過更者，兼程也。人走至船尾，木片只流至半船者，此風信不順。名為不及更。不及更者，不及程也。」

據《西洋朝貢典錄》，「海行之法，六十里為一更。」至於更數則純粹是時間概念，一日一夜為十更，是用燃香的支數來計算，這種計時方法亦稱「香漏」。以更與標準航速相合，便得到了作為海上計程的「更路」。所謂更路，並不是一個單純的計時單位，而是指一更時間內，船舶在標準航速下所通過的里程。西方航海在十七世紀開始使用「扇形計程儀」，其方法是用一塊扇形木板繫著一條與船等長並有記號的游線，投入海中後，即以沙漏來計算時間，根據游線的長度，可以算出航速和航程。扇形計程儀的設計原理與中國的計程方法大致是相若的。

中國古代稱海洋測深技術為「打水」，水深的單位用「托」來表示。托是方言，「謂長如兩手分開者為一托」，約為現時的1.33米。唐代採用鉤和以繩繫鐵來測量海深，宋代的深水測量技術已較完善，測水深度達到七十多丈；測深的設備還可以探查海底情況，用來確定船舶所在的位置是否可以停泊。

（三）地文導航技術的演進──針經與航海圖。船舶在海中航行，島嶼和礁石是主要的陸標定位依據，早期地方導航的航路指南，是有關海岸地形地貌的記載，東漢時楊孚描述中國南海的岬角地形，為中國所見的最早記錄。宋元時期的航海地文較前進步，渤海、南海水域都有具體的名稱和海區，渤海劃分為白水洋、青水洋、黑水洋和萊州洋等，南海分為七洲洋、昆侖洋，陳大震的《南海志》更將南洋和北印度洋分為東洋和西洋。

至遲在北宋末年（約1099─1102年間），指南針作為導航儀器已開始應用於航海事業。指南針又稱「羅盤」，分為二十四等分；即將360度分成24分，每15度為一向，叫做「正針」，兩正針之間的夾縫叫「縫針」，因此羅盤上總共有四十八個方位。航線稱為「針路」，據此繪製的航海圖或記載航路的書稱為「針經」、「針譜」或「針簿」，負責導航的船員稱為「舟師」或「火長」，放置羅盤的地方稱作「針房」。航海圖的出現可能是在北宋時，現存有關針路的著作和航海圖大都屬於明清時期，著名的有《鄭和航海圖》、《兩種海道針經》等，記錄了中國通往東北亞、東南亞、印度洋以及東北非洲的航線。十六世紀初期在東南亞航行的葡萄牙海船，主要使用的就是這些航海史料。

（四）古代天文導航技術的成就──過洋牽星術。北斗星和北極星是夜間定向價值最大的星體，很早便應用作為夜航定位。西漢《淮南子》〈人間訓〉：「夫乘舟而惑者，不知東西，見斗極則悟矣。」《漢書》〈藝文志〉記載，涉及海上占星的圖籍有一百三十六卷。但是在明代以前，用於天文導航的圖籍都局限於定性的描述上。鄭和下西洋的《過洋牽星圖》，以眾多的星宿定位數據和不同海區天體高度變化作出科學描述，使中國古代天文導航技術達到新的水平，在世界航海史上有卓越的貢獻。「過洋牽星」是古代對天文導航的稱呼，可以定量確定海中航行船舶所在的地理緯度，包括觀測方向和方位兩個部分，涉及天文學和數學兩門知識。過洋牽星術是中國古代天文學、數學應用於航海的典範，是宋代至明代天文導航的總結。

（五）船舶推進和操縱設備的演進──篙、槳、櫓、帆和駕風調戲使帆技術。船舶在水流中按照人的意願航行，甚至逆水行舟，主要是依靠推進和操縱設備。最早的船舶推進裝置是篙和槳，稍後出現櫓；帆的發明是船舶發展的重要里程碑，可借用自然風推動船隻前進。在西方工業革命之前，風力和人力一直是船舶的主要動力。篙、槳、櫓都有引導航向的功用，直至後來出現舵和披水板，才演變成為船舶操縱航向的專門裝置。

有人認為櫓是由槳演變而來，從槳的間歇划水變成櫓的連續划水，提高了功效，因此有「一櫓三槳」之說。在漢代的出土文物之中，已出現了櫓。北宋時有「每舟十櫓」的記載，其後大型海船有二十幾個櫓，有三十幾個人面對面站成兩行，喊著號子，搖櫓前進。櫓的運用後來引起西方人的興趣，1742年英國人在帆船上裝了一組「中國式的搖櫓」；1800年，出現了有兩葉螺旋槳的船舶推進器，其結構如同搖動中的櫓，槳葉跟軸成一角度。

中國古代的帆，有時又叫做「篷」，一般是用竹篾編製，或以繩索綁紮竹、藤而成；用棉麻織物製作的帆因成本昂貴，多用在官船或豪華的客船上。最早的船帆方形正裝，固定在船桅上，但這種裝置只能利用順風，中國典型的船帆是平衡式梯形斜帆，用竹條平形橫向安置在帆幕上，成為橫向的加強材料，竹製橫條的兩端固定在從橫桁向下懸吊的帆幕緣索上，成為一個升降自如的帆架結構，帆幕用繩索編結在帆架上，桅頂有滑輪與帆索結成有機的整體，升降方速而方便。這種船帆可以整幅摺疊，便於收放；在船隻行進時，也可以部分收疊。而古代歐洲和阿拉伯國家的船帆，只能全部張掛和全部收起，進行的時候，船員要爬上桅桿作業。

中國古代利用側斜風甚至逆風駕駛帆船，有特別的技巧。當船隻在側斜風向下行駛時，要使船隻沿著前進風向航行，只需調整船行方向，使船頭方向與風向成一角度。這種調動船頭的過程，叫做「調戲」。當遇到頂頭逆風時，通過改變船頭方向和調戲，使船走之字形，就可以將逆風變成側斜風使船前進。此外，風吹船帆時，在帆上還會產生升力，升力太大就會翻船。所以古代海船的船帆，形狀上狹下寬，帆的下部還加有「篷裙」，有效地降低了風壓中心。十二世紀時，中國海船除了頂頭逆風之外，其他方向的風力都可以利用，而西方的帆船在十六世紀才達到這個水平。