浮针辨四维——航海罗盘演进史

文 图/荣亮

王振铎复原的汉代司南

造 纸术、印刷术、火药和指南针是中国古代文明的标志性成就，深刻影响了中国和世界文明的进程。指南针的诞生，特别是航海罗盘的应用，开创了人类船舶全天候导航航海的新时代，促进了世界经济贸易的发展和文化的交流，深刻改变了许多国家和地区的社会关系。

我们的先人早在战国时期就发明了指南仪器“司南”，北宋初期制造出指南针，而航海罗盘是由指南针和刻度盘组成的。据科技史大家李约瑟考证，关于航海磁罗盘，“中国在公元1090 年已经得到实现，这较之西方进入这一计量航海新时期要早1 个世纪”。

司南与栻盘

战国时期，古人对磁石的性能已有所认识，并发明了司南。战国至南北朝期间有关司南的记载较多，其中东汉王充在《论衡》中对司南形制作了描述：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。“司”的意思是掌管，司南就是专门掌管南方的装置。司南的形状像一只勺子，把它放在地盘（“地”指的是一个具有24 个方位刻度的地盘，即罗盘）上，勺把的顶端就会指向南方。

汉代的司南由青铜地盘和磁勺组成。地盘内圆外方，中心圆面下凹，制作光滑，圆外盘面铸八天干、十二地支和四卦，三者穿插排列。从战国至隋唐一千多年间，司南一直是主要的指向仪器，利用它占卜天象和历算也是功能之一。

甘肃武威出土西汉末漆栻盘

1972 年，甘肃武威磨嘴子村62 号墓出土了一件栻盘。栻盘木胎髹漆，呈深褐色，圆形天盘、正方地。天盘还存有150 多个刻度，地盘有182 个刻度。圆形天盘直径5.6 厘米，边厚0.2 厘米，中心厚1 厘米。正方地盘，9×9 厘米，中心穿孔，与天盘中心以竹轴相联，可转动。最内圈以竹珠镶出北斗七星，第五星用盘轴，各星间刻细线相联。第二圈阴刻隶书十二月神，最外圈篆书阴刻二十八宿，皆逆时针排列。

1977 年，安徽阜阳西汉汝阴侯墓出土的栻盘是迄今发现年代最早的栻盘，其年代为汉文帝前期（公元前161 年）。上为小圆盘，直径9.5 厘米，厚0.15 厘米。圆心有小孔，孔上安一铜泡钉，与下面的方盘相通。面刻北斗七星，边缘分三层刻划，外层按逆时针方向刻二十八宿；中层刻二十八个圆点于各宿的顶上；里层刻十二月次。下盘为正方形，边长13.5 厘米，厚1.3 厘米，中间放小圆盘处稍突起。

西汉汝阴侯墓出土的栻盘原图及摹本

汉代栻盘除以木漆制成外，还有以青铜铸成的。清代金石学家刘心源著录的汉代“四门方镜”拓片，实际上是汉代栻盘的地盘，长14 厘米，宽13.7 厘米，中央为放天盘的圆槽，盘面凹入部分长径8.7 厘米，短径8.4 厘米，与地盘格线相切。四角空白处有三个虚实圆纽。地盘有三重盘格，最内层为八干，第二层为十二支，最外层为二十八宿。

指南传磁

北宋时期，人们发现了人工磁化的方法，人工磁体开始代替天然磁石，磁针代替了磁勺。人工磁体是利用地磁感应法或摩擦传磁法制成的。沈括在《梦溪笔谈》中总结了指南针的四种制作方法，即指甲法、碗唇法、缕悬法、水浮法，还归纳了指南针的两大体系——旱罗盘和水罗盘。

海船上使用指南针的记载，始见于1119 年朱彧所著的《萍洲可谈》，“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。最早的航海罗盘是用一剪成鱼状的薄片铁叶经磁化塞入木制鱼中，使南极在鱼首，北极在鱼尾，并置水碗于无风处平放，鱼在水中泛浮，其首所指，即为南极，是为“指南鱼”；还有一种相似的称“指南龟”。“指南鱼”“指南龟”均是利用地磁感应制成，而指甲法、碗唇法、缕悬法、水浮法四种指南针则是由摩擦传磁法制成。

刘心源著录的汉代“四门方镜”拓片及释文

中国航海博物馆藏风水罗盘

《事林广记》载指南鱼、指南龟复原图

缕悬法指南针的结构是：以独根蚕丝用蜡粘接磁针中部，悬挂于木架上，架下放置方位盘。磁针垂于方位盘中心上方，静止时，因地磁作用，其两端分指南北。

水浮法指南针是将几段灯草横穿在带磁性的钢针上，放在盛水的瓷碗中，灯草连同磁针浮于水面，磁针即指示南北。这种指南针实用性强，最先用于航海导航。

指甲法指南针是将带有磁性的钢针放在指甲盖上，让其旋转指示方向。指甲盖面较为光滑，阻力较小，因此测量的精确度较高。

碗唇法指南针即将带有磁性的钢针放在碗唇上，磁针以接触点为支撑，可左右摆动，静止时，其两端分指南北。宋时的碗与今日使用的碗不同，碗唇较厚，碗口光滑，比较适合放置指南针。

缕悬法指南针模型

“针碗”即航海用水罗盘，碗内绘有类似“卅”的图形，碗底圈足内用墨书“王”字。使用时，先在碗内注水，放入一根穿在浮漂上的磁针，随后将碗底“王”字中的竖线对准船身中心线，如发生转向，磁针与细线间会出现夹角，可指示方向的变化。

水浮法指南针模型

指甲法指南针示意

碗唇法指南针示意

大连甘井子出土的元代指南针碗（旅顺博物馆藏）

明代航海罗盘24 方位图

南宋时，将磁针与划分方位的装置组成的仪器称之为盘针、经盘、地螺，后来才改称为罗盘。南宋时对方位的认识也有发展，正指24 方位“正针”，所指在两针之间的叫“缝针”。盘面虽仍为24 方位，但实际已增为48 方位。

水罗盘从诞生之日起一直使用到明代，郑和下西洋时期使用的罗盘依旧是水罗盘，直到明嘉靖年间（1522—1566），“出现了一种支轴式的航海罗盘，指南针被固定在支轴上，这种新式罗盘被称作‘旱罗盘’，并逐渐代替了水浮式的罗盘”。

罗盘行舟

北宋时期，我国已广泛使用罗盘导航，且航向精准度可达到地盘24 分向（15°）的夹缝针，而欧洲直到14 世纪才有航海罗经32 分向方位的记载。旱罗盘的磁针支点固定，比水罗盘优越，但当恶劣天气来临时，船舶剧烈晃动颠簸造成观测不准或无法观测。18 世纪时，中国航海家利用中国古代先民发明的平衡环装配罗盘，使罗盘有了平衡性，免受大风颠簸的干扰。如1985 年江西临川南宋墓出土陶俑和中国港口博物馆藏陶俑皆为执罗盘陶俑，人物所持旱罗盘有16 个方位刻度，但没有标字，罗盘中间的磁针形状与水浮磁针不同，其中央有一明显圆孔，应当是轴承结构。由此有学者认为，这是中国早在12 世纪已有旱罗盘的直接证据。此外，18 世纪初，也有了航海用旱罗盘的文献记载并且也有实物可供研究参考。

临川出土执罗盘陶俑

中国港口博物馆藏执罗盘陶俑

图①18 世纪初航海用旱罗盘示意：旱罗盘是用一根尖的支柱支在磁针的重心处，尽量减少支点的摩擦力，使磁针在支柱上自由灵活地转动以正确地指向南方或北方

图②③④清代航海罗盘（中国航海博物馆藏）

图⑤西方16 世纪航海罗盘方位示意

中国航海罗盘传到欧洲后先被改造成16 个方位的航海罗盘，依风向分割罗盘，然后再将其细分为32 方位。1544 年的波托兰海图上描绘的罗盘方位图，与中国传统的航海罗盘极其相似。“在西方的航海图上，航海罗盘被描绘成玫瑰花状，故常称作‘罗经花’”。

《明代萧崇业琉球过海图》，图中描绘了从福建梅花所至琉球那霸港的针路，并注有具体针位

航海罗盘越大洋

航海罗盘的二十四向方位，按阴阳五行学说中的后天八卦的方位理论布置。用十天干、十二地支和八卦中的四维乾、坤、艮、巽代表每一个方位，因为十天干中“戊己”代表中央方位，位置已被指南针占用，故不用。子北、午南、卯东、酉西，航海应用时，每一方位字代表一个指向，合15°，称为单（丹）针。如单午针，即指向正南，航向180°；随着航海技术的进步，二十四方位细化成四十八个方位，相邻的两个方位中间又可代表一个更小的方位，可以精确指向到7.5°，这在针经中称作缝针，如丙午针，则针指向丙、午两字之间，即南偏东7.5°，航向172.5°。

在指南针发明之前，天文导航是保证船舶在海上航行安全和到达目的地的重要保障。有了指南针后，随着航海罗盘的应用，人类航海的安全性和可靠性有了更可靠的保障。

早期使用指南针导航，还需要借助于天文与地文知识，发展至后来，将船舶航向的变动与指针变动的对应关系进行总结，能够得到一条航线的针路，有了针路，海船能脱离天文导航而只依靠罗盘导航。

针路上指针的变更点称为“针位”，将针位以文字著录则称“针经”。现存最早记录针位的文献是元人周达观《真腊风土记》，该书开头记有航行的针位：“自温州开洋，行丁末针。历阅广海外诸州港口，过七洲洋，经交趾洋，到占城。又自占城顺风可半月到真蒲，乃其境也”。

航海罗盘发明后不久，大约在13 世纪时，即经阿拉伯航海家，先后传入亚欧各国，促进了航海事业的发展和大航海时代的到来，增进了各国人民之间的文化交流和贸易往来，对世界经济、文化的发展起到了巨大的推动作用。随着西方工业革命的兴起，蒸汽轮船的出现，液体磁罗经应运而生，航船导航随之而进入磁罗经时代，航海罗盘也退出了历史舞台。