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六、中國古代的航海科技

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。

 

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