探秘世界航海丨西方“经纬定位”航海术

与哥伦布、麦哲伦同航

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携五大洲20余国航海文物

正式登陆

中国航海博物馆

在没有现今先进的“北斗”“GPS”等定位系统的辅助下，以前的航海者是如何在茫茫的大海上确定自己的位置？

我们知道船舶在进行跨洋航行时，必须时刻掌握船只所在的经纬度。而经纬度需要通过测量海平面和特定天体（如太阳、月亮、恒星）之间的夹角来计算得出。15至19世纪 ，航海家们使用什么样的仪器来测定经纬？这些仪器又有着怎样的发展与变革？

以“天”定“纬”

星盘是一种古老的观星仪器。1470年，航海家去掉星盘上的星相图，将其改为一种简单的航海仪器，用于测量陆地的纬度和船在海上的位置。航海星盘由一根可转动的指针固定在一个木盘（或金属盘）的中心，盘上的圆周标有度数。

航海星盘使用示意图

使用时将星盘悬挂成铅直，零度标记与水平面齐平，移动指针指向要测量的天体，即可测出天体高度，从而得出船舶所在的纬度位置。但由于船舶甲板的颠簸，较难操作，误差较大。

直角象限仪是一个用硬木制成的直角圆弧板，圆弧划分90度；一条直角边下设有瞄准器，用于瞄准天体；直角顶系有一根线，线下系有铅锤，用于指示度数。当直角边与观察对象成一线时，垂线所指度数即为所求高度。直角象限仪只适合于风平浪静的情况下使用。

1530年以后，西方航海家们普遍使用十字测天仪，又称雅各棒、金杖等。它是由一根上下两端皆有孔的短杆垂直装在一根带有刻度尺的长直杆上；短杆可在长杆上前后移动，上下两孔可分别看到地平线和天体。

1595年，英国约翰·戴维斯发明了反向天体高度观测仪，通过镜面系统投射到刻度尺上的影子，便可得出天体高度和所处纬度，克服了星盘、十字测天仪等需直接目视天体的缺点。

1730年美国T•戈弗雷和英国约翰•哈德利分别发明了八分仪，因其刻度弧约为圆周的八分之一（即45°）而得名八分仪，其测角范围可达90°。

八分仪的构造、使用示意图和原理示意图

八分仪

1757年，坎贝尔船长以八分仪为基础，将测量范围扩大到120°，称为六分仪。其后六分仪的测量夹角虽然逐渐提升至144度，已发展到约为圆周的五分之一，但其六分仪的名称却一直保持不变。

六分仪使用示意图

A：指标镜 B：地平镜 c:望远镜 D：指标臂 E:刻度盘

六分仪原理示意图

使用时﹐观测者手持六分仪﹐转动指标镜﹐使在视场里同时出现的天体与海平线重合。六分仪的特点是轻便﹐可以在摆动的船舶上观测，缺点是阴雨天不能使用。

六分仪

从星盘、直角象限仪、十字测天仪到反向天体高度测量仪，再到八分仪、六分仪，测量纬度的航海仪器不断精进，纬度已可以被精确地测定。但直到17世纪，精确测定经度的问题仍未解决。

1675年，英国查理二世在格林威治创设皇家天文台，目的即在于确定的各地的经度。1714年，英国政府提供两万英磅奖金，以征求一种既精确又实用的确定经度的方法，而且成立了经度委员会（Board of Longitude）专门研究其应用。

精确测定经度的关键在于精确测量时间。

控“时”定“经”

同测量纬度的仪器一样，计时的仪器也有着自己的发展脉络。在钟表发明前，日晷仪、沙漏和夜航仪是常用的计时仪器。

日晷仪也称日晷，是观测日影记时的仪器，主要是根据日影的位置指定当时的时辰或刻数，通常由晷针（表）和晷面（带刻度的表座）组成。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明被人类沿用达几千年之久。

英国制日晷仪

德国制带指南针日晷仪

法国制日晷仪

中国制带指南针日晷仪

沙漏是比较古老且常用的航海计时器，利用玻璃中的流沙以测定时间。

夜航仪是利用北极星来测定时间。沙漏和夜航仪是钟表发明以前船员们夜间航行时用来确定和记录时间的器具。

夜航仪使用示意图

早期航海夜航仪

1759年，英国钟表匠约翰•哈里森经过二十多年的实验，从第一号天文钟不断改进到第四代，最终制成了精密、便携的天文钟；1766年，内维尔•马斯克林内出版了英国第一本实用的《航海历》。自此，海员们凭借天文钟，与六分仪和航海天文历配合使用，就可求出经纬度，精确定位。

哈里森H1天文钟

哈里森H4天文钟

唐代学者孔颖达在注疏《尚书》时对“文明”这样解释：“经天纬地曰文，照临四方曰明”。在天地间，能发现时间和空间的标准，人类的时代就向前迈进了一大步。这就是航海仪器数百年的发展对世界历史进程所作的贡献。