指南針是一種判別方位的簡單儀器,又稱指北針,據《古礦錄》記載最早出現於戰國時期的磁山一帶。指南針的前身是中國古代四大發明之一的司南,是古代漢族勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。
主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉動的磁針,磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上,磁針的北極指向地理的北極,利用這一性能可以辨別方向。常用於航海、大地測量、旅行及軍事等方面。
指南針也叫羅盤針,是我國古代發明的利用磁石指極性製成的指南儀器。因此,介紹司南必須從磁石說起。
磁石通常稱為「吸鐵石」,它把許多鐵屑緊緊吸在一起,就象一個慈祥的母親吸引自己的孩子,所以人們稱它為「慈石」。
磁石吸鐵是因為每塊磁石兩頭都有不同的磁極,一頭叫正極,另一頭叫負極。人類居住的地球也是一塊天然大磁鐵,地球的南北兩頭也有不同的磁極,地球的北極是負磁極,地球南極為正磁極。根據同性磁極相排斥,異性磁極相吸引的原理,拿一根可以自由轉動的磁針,無論站在地球的什麼地方,它的正極總是指北,負極總是指南。
早在兩千多年前的戰國時期,人們利用磁石指示南北的特性製成了指南工具──司南。但是,戰國時期的司南是什麼樣子無法考證。
據1982年3月,《光明日報》報導:磁山(在今河北省邯鄲市武安)是我國四大發明之一指南針的發源地。據《古礦錄》記載:《明史地理志》稱:「磁州武安縣西南有磁山,產磁鐵石。」 又《明一統治》稱:「磁州武安縣西南有磁山,產磁鐵石。」又《古礦錄》記載:《明一統治》稱:磁山,在縣西南30裡,土產礦石,州名取此。磁山,指南針的故鄉。
典籍記載有關指南針的事情和典籍作者,全都在古代邯鄲為中心的燕趙文化區域內;在可考典籍範圍內記載的中國古代指南 針,全都是用天然磁石磨製而成;且根據先秦典籍記載,產天然磁石的只有武安磁山(今河北省邯鄲市武安)。在春秋戰國時期有可能製造司南的地方,只能在以邯鄲為中 心的燕趙文化區域內,武安極有可能就是指南針的故鄉。
《中國歷史》課本插圖──「司南」,是根據中國歷史博物館展品「漢代司南模型」繪製的。這個模型是後人根據史書記載以及地下出土的漢代地盤實物製成的。地盤是青銅做成的,內圓外方,中心圓面磨得非常光滑,以保證勺體指示方向的準確性。中心圓外圍依次布列八卦、天幹、地支和二十八宿,共計二十四個方位。地盤中心的小勺是用整塊的天然磁鐵磨成的,磁鐵的正極磨成司南的長柄,勺頭底部是半球面,非常光滑。使用時先把地盤放平,再把司南放在地盤中間,用手撥動勺柄,使它轉動,等到司南停下來,勺柄所指方向就是南方。這種勺形司南直到八世紀時仍在應用。
到了宋代,漢族勞動人民掌握了製造人工磁體的技術,又製造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形,長二寸,寬五分,魚的肚皮部分凹下去,使魚象船一樣能浮在水面上。然後加熱並沿子午線方向淬火使之被地磁場磁化(詳見上指南魚部分)。這種人工傳磁方法製成的指南魚比使用司南方便多了,只要有一碗水,把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經過長期的改進,人們又把鋼針在天然磁體上摩擦,鋼針也有了磁性。這種經過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。沈括在他的《夢溪筆談》中提到他對指南針的用法做過四種試驗,即水浮法、縷懸法、指甲法和碗唇法。「水浮法」是把指南針放在有水的碗裡,使它浮在水面上,指示方向。「縷懸法」就是在磁針中部塗上一些蠟,上面粘一根絲線,把絲線懸在木架上,針下安放一個標有方位的圓盤,靜止時鋼針就指示南北。「指甲法」就是把鋼針放在手指甲面上,輕輕轉動,由於手指甲的光滑,磁針就和司南一樣也能發生指南作用。「碗唇法」是把磁針放在光滑的碗邊上,轉動磁什,便和指甲法一樣發生指南作用。沈括經過精密的觀察實驗,還發現磁針指示的方向並不是正南正北,而是微偏西北和東南,這種發現在科學上叫磁偏角。
指南針作為一種指向儀器,在我國古代軍事上,生產上,日常生活上,地形測量上,尤其在航海事業上,都起過重要的作用。
我國古代航海業相當發達。秦漢時期,就已經同朝鮮、日本有了海上往來;到隋唐五代,這種交往已經相當頻繁。而且同阿拉伯各國之間的貿易關係也已經很密切。到了宋代,這種海上交通更得到進一步的發展。中國龐大的商船隊經常往返於南太平洋和印度洋的航線上。海上交通的迅速發展和擴大,是和指南針在航海上的應用分不開的。在指南針用於航海之前,海上航行只能依據日月星辰來定位,一遇陰晦天氣,就束手無策。唐文宗開成三年(公元838年),日本和尚圓仁來中國求法,後來寫有《入唐求法巡禮行記》一文,描述了在海上遇到陰雨天氣的時候混亂而艱辛的情景:當時,海船的航向無法辨認,大家七嘴八舌,有的說向北行,有的說向西北行,幸好碰到一個波綠海淺的地方,但是也不知道離陸地有多遠,最後只好沉石停船等待天晴。
而在指南針用於航海之後,不論天氣陰暗,航向都可辨認。史籍中最早記載到指南針用於航海的是在北宋。朱彧(yù)在他的《萍洲可談》一書中評述了當時廣州航海業興旺的盛況,同時也記述了中國海船在侮上航行的情形,說道:「舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日,陰晦觀指南針。」這時海上航行還只是在日月星辰見不到的日子裡才用指南針,這是由於人們對靠日月墾辰來定位有一千多年的經驗,而對指南針的使用還不很熟練。隨著指南針在海上航行的不斷應用,人們對它的依賴也與日俱增,並且有專人看管。 南宋吳自牧在他所寫的《夢粱錄》中說道:「風雨冥晦時,惟憑針盤而行,乃火長掌之,毫釐不敢差誤,蓋一舟人命所系也。」由此也可以看出指南針在航海中的地位和作用。到了元代,指南針一躍而成海上指航的最重要儀器了,不論冥晦陰暗,都利用指南針來指航。而且這時海上航行還專門編制出羅盤針路,船行到什麼地方,採用什麼針位,一路航線都一一標識明白。元代的《海道經》和《大元海運記》裡都有關於羅盤針路的記載。元代周達觀寫的《真臘風土記》裡,除了描述海上見聞外,還寫到海船從溫州開航,「行丁未針」。這是由於南洋各國在中國南部,所以海船從溫州出發要用南向偏西的丁未針位。明初航海家鄭和「七下西洋」,擴大了中國的對外貿易,促進了東西方的經濟和文化交流,加強了中國的國際政治影響,增進了中國同世界各民族的友誼,作出了卓越的貢獻。他這樣大規模的遠海航行之所以安全無虞,端賴指南針的忠實指航。鄭和的巨艦,從江蘇劉家港出發到蘇門答臘北端,沿途航線都標有羅盤針路,在蘇門答臘之後的航程中,又用羅盤針路和牽星術相輔而行。指南針為鄭和開闢中國到東非航線提供了可靠的保證。