导航技术的发展与欧洲海外扩张

龚缨晏《光明日报》（ 2013年02月21日 11 版）

16世纪一个水手到岸上测量天体

从15世纪末开始，欧洲人沿着海洋向全球不断扩张，其基本前提之一，就是航海导航技术的不断发展。

从地中海到大西洋

地中海是欧洲文明的摇篮，也是欧洲航海文化的摇篮。欧洲人的航海知识与航海技术，主要发源于地中海地区。自古代至中世纪，人们在地中海上航行时，都是沿着海岸线进行的。

经过一代又一代的积累，欧洲人的地中海航行知识日渐丰富，并且以文字的形式被记载下来。罗马帝国时期的希腊学者斯特拉波曾介绍说，当时有两种航海著作，一种是记载航海路线的《海道总汇》，另一种是介绍各个港口情况的《港口大观》。公元3世纪后半期，一位不知名的作者在《沧海航程纪》中罗列了地中海周边的众多港口及各港口之间的距离。这部希腊文著作，被誉为是“唯一存世的、真正的古希腊航海作品”。

12世纪，古代中国四大发明之一的指南针传入欧洲，被制成航海罗盘用于航海。13世纪，罗盘已普遍应用于地中海航行中。航海者可以利用罗盘来确定航行方向，而不再依靠沿海地标进行模糊的估算。到13世纪后期，西欧出现了一种“海道指南图”，现存最早的实物，就是法国巴黎所藏的“比萨航海图”。水手们利用罗盘、“海道指南图”、沙漏等仪器，根据船只航行的方向及速度，就可以估测出船只当前所处的位置，并且推算出下一时刻的位置。这种导航方法，被称为“航位推算法”。

千百年来，地中海一直是欧洲人进行航海活动的主要舞台。12世纪后期，伊比利亚半岛上出现了独立的葡萄牙王国。由于葡萄牙濒临大西洋，所以自然把航海的重点放在大西洋上。而欧洲人在地中海航行中所积累起来的航海知识与技术，则成为葡萄牙人在大西洋中进行探险的技术基础。

从观测北极星到观测太阳

进入15世纪，一批又一批精通地中海航行的水手投奔到葡萄牙国王的麾下，他们携带着用于地中海航行的仪器进入大西洋进行探险。不过，地中海与大西洋有很大的不同。地中海基本上风平浪静，大西洋则波涛汹涌；地中海位于北纬30—45度之间，南北距离并不大，非洲海岸线则越过赤道延伸到南纬30多度。因此，地中海的航海知识与航海技术并不适用于大西洋。

现实的需求，迫使葡萄牙人寻找新的航海导航方法。当时，葡萄牙人在大西洋上的探险活动是沿着非洲海岸线从北向南推进的。他们实际上从高纬度地区向低纬度地区进行航行。水手们很快发现，他们在葡萄牙里斯本所观测到的北极星高度，与他们在非洲几内亚所观测到的北极星高度是不一样的。这样，北极星就成了导航的坐标。

15世纪后期，葡萄牙人采用北极星导航方法后，加快了在大西洋上的探险活动。葡萄牙人沿着非洲海岸线自北而南逐渐前进。但当他们于1471年到达加纳沿海后，发现海岸线不断向东伸展。他们误以为沿着这条海岸线航行下去，就会很快到达印度。大约在1474年，葡萄牙船队穿越了赤道，直到南纬2度一带为止。从古希腊时代开始，欧洲就流传着这样一种说法：赤道地区阳光强烈，气候炎热，甚至海水都热得沸腾，人类根本无法居住。葡萄牙人用自己的实践证明了这种说法是错误的。

不过，当葡萄牙人向赤道挺进时，遇到了又一个航海上的难题：由于纬度越来越低，很难观测到北极星，因而也就难以根据北极星来进行导航。1484年，葡萄牙国王若奥二世聘请了一批数学家、天文学家、地理学家等学者，专门研究如何解决海上导航与定位问题。最后，葡萄牙人找到了一种测量纬度的新方法：通过观察太阳中天高度来确定纬度。葡萄牙人这个测量纬度的新方法，是人类航海史上最为重要的进展之一，并且奠定了天文导航的基础。

从计算纬度到计算经度

通过观测太阳，葡萄牙人解决了纬度的测定问题。不过，在大海上航行，特别是在全球范围内航行，要想给船只进行导航，仅仅知道纬度是不够的，还必须测定经度。

古希腊学者埃拉托色尼把天文测量与大地测量结合在一起，推算出一个经度是59.5海里，非常接近实际距离（实际距离应为60海里）；另一位希腊学者托勒密则认为是49.9海里。此外，托勒密还在其《地理学》中列举出了世界主要地区及城市的经纬度。不过，西罗马帝国灭亡后，托勒密等古希腊作家的作品在西欧被人遗忘了。相反，阿拉伯学者则对托勒密的《地理学》等著作进行了深入的研究。

14世纪末，托勒密的《地理学》从拜占廷重新传回到西欧。但此时的西欧学者不仅无法确定一个希腊里的长度，而且，还把阿拉伯人所使用的长度单位阿拉伯里（约等于1972米）与意大利人所使用的长度单位罗马里（约等于1481.5米）搞混在一起。正是由于把阿拉伯里错误地等同于罗马里，所以哥伦布推算出一个经度为45.2海里，并且认为从大西洋的加那利群岛到中国杭州的海上距离只有3550海里（实际距离约为11766海里）。基于这样的认识，哥伦布估计最多28天就可以横渡大西洋抵达亚洲沿海。因此，当他经过30多天的航行于1492年10月12日到达巴哈马群岛时，也就很自然地认为已经到达亚洲沿海。由于缺乏测定经度的方法，还有许多航海者犯过此类错误，甚至危及生命。

1707年，一支英国舰队在英国沿海的锡利群岛遭遇海难，导致数艘船只沉没，近两千名船员丧命。这一事件震动英国朝野。同年，英国国会决定成立一个“经度委员会”，并且设立了高额的专项奖金，用以奖赏发明出经度测量方法的人。

英国人哈里森决心获取这笔奖金。1735年，他成功地制造出了世界上第一台航海时钟。此后，他在不断改进的基础上又陆续制造出了三台体积更小、更加精确的航海时钟。1762年，哈里森制作的第四台航海时钟被装载在一艘船上进行试验。该船从英国航行到牙买加后，仅误差5秒。哈里森为欧洲航海事业的进步作出了重大贡献，同时也为英国成为19世纪的“日不落帝国”作出了贡献。

19—20世纪，西方的航海导航技术更是突飞猛进，先后出现了陀螺导航、惯性导航、无线电导航和卫星导航等技术。从欧洲航海导航的发展历程中我们可以看到，欧洲的海外扩张，是以航海技术的不断进步为前提的。我们还可以看到，在欧洲历史上，海洋不仅是渔民水手的衣食来源，不仅是国王君主争夺霸权的疆场，更是知识分子的关注焦点。只有当海洋问题在整个知识体系中占据突出地位，并且成为学术传统的一个重要组成部分时，海洋强国的梦想才有可能实现。

（作者单位：宁波大学）

航海大事记

1298年《马可·波罗游记》成书，最终引发新航路和新大陆的发现。

1375年欧洲当时最完备的航海地图——“加塔兰地图”完成。

1405-1433年中国航海家郑和七次出使“西洋”各国。

1453年奥斯曼土耳其帝国攻陷君士坦丁堡，东罗马帝国灭亡。通往东方的陆上和海上商路分别被土耳其人和阿拉伯人控制。

1488年葡萄牙人发现非洲好望角。

1492年热那亚人克里斯托弗·哥伦布发现新大陆。

1498年葡萄牙人瓦斯科·达·伽马到达印度卡利卡特，开辟了印度航路。

1520年葡萄牙航海家麦哲伦穿过美洲南段与火地岛之间的海峡，进入太平洋，后人将这个海峡命名为“麦哲伦海峡”。

1569年墨卡托首创用圆柱投影法编绘世界地图，奠定航海制图基础。

1595年荷兰人范·林斯霍特编著了最早的航海志，记述了大西洋的风系和海流。