水羅盤
隨著技術的進步，航海設備也更加精密。
沈括
指南車模型
廣州， 史上的那些個第一
導航是人類的基本需求。即使在茹毛飲血的遊獵時代，一早起身狩獵的男人們也永遠不會忘記歸家的路。在那個溼漉漉，鋪著樹葉的山洞裡，總有一團篝火，一片盼望他們的目光。
人們的腳步伴隨著膽量的增長拓展，終於有一天他們發現，無論是天上的星星，還是身邊的樹皮，都不再能告訴自己山洞的方向。於是在一團不知從何而起的大霧中，一個叫風后的奇男子，祭出了自己最新研製的法寶——指南車。
現代的人們普遍認定，後代的司南、羅盤，都是指南車的嫡系子孫。人們還說，沒有它們，就不會有大航海時代。
到底是誰最早把這磁石製成的設備裝上了海船，沒人知道。不過我們確知，這種船，最早出現在廣州附近的海面上。
文、圖/廣州日報全媒體記者 卜松竹
夜則觀星 晝則觀日 陰晦則觀指南針
從人類社會的早期開始，廣州所在的嶺南地區，就是造船的勝地。西漢南越王墓中出土的銅提筒，繪製了載滿以羽毛裝飾的戰士的大船，那是先民們對水上健兒的史詩般的歌頌。
早年的航海者們，受到導航技術的強勁制約。雖然我們能從世界各地的歷史遺存中找到他們駕駛獨木舟或者大木筏穿洲過洋的證據，但眾多海島上人類群落髮展水平的封閉、蒙昧甚至退化，也告訴我們這種孤舟重洋的方式成本多麼高昂。
上世紀中葉曾經模擬遠古人類越洋壯舉的挪威人海爾達爾這樣寫他在重建的輕木筏子上的所見：「四周墨黑的波濤矗立如塔，無數發光的熱帶星星，仿佛從海水的浮遊生物處得到一點反光。時間和進化似乎已不復存在，我們被歷史永恆不變的一方面——星空之下無盡無絕的黑暗所吞噬了」。顯然，人類在方向感上的天然缺陷，需要藉助更加有效的外部力量彌補。
到了宋代，大量巨艦的建造記錄令我們知悉，中國南方的遠洋航行出現了一個高峰。學者們說，這是和航海技術的突飛猛進分不開的。技術突破的標誌，就是「指南針開始應用於航海，這是具有劃時代意義的大事」。
目前學術界公認的有關指南針的最早記錄，來自北宋朱彧的《萍州可談》：「舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針，或以繩鉤取海底泥，嗅之便知所至。」這部書由朱彧寫於北宋宣和元年（1119）。他是根據父親朱服在廣州做知州時的所見所聞而寫。朱服是在北宋哲宗元符二年至徽宗崇寧元年（1099~1102）任廣州知州的，也即廣州海船上使用指南針的時間不會晚於此時。
這是世界航海史上最早使用指南針的記錄。
晝夜守視惟謹 毫釐之差 生死系矣
在船舶誕生之初，人類大抵只敢於在目力所能達到的最遠範圍內航行。茫茫的大海之上，並沒有多少明顯的標誌。波浪和魚，太陽和星星，來了又去，周而復始。能依託頭頂星空在洋面上弄清方位的，只是極少數最傑出的航海族群。而指南針的出現，造成了新的可能。
根據現代學者的研究，我國最初的指南針採用的是水浮法。後來，水浮法指南針被稱為水羅盤，即把磁化了的鐵針穿過燈芯草，浮在水上，磁針浮在水上轉動來指引方向。把指南浮針與方位盤結合在一起，就成了水羅盤。出現時間大約在南宋。南宋趙汝適在《諸蕃志》中說：「渺茫無際，天水一色，舟舶來往，惟以指南針為則。晝夜守視惟謹，毫釐之差，生死系矣。」船上有專門的人負責守著羅盤，不斷修正航向。這是一船安全的關鍵，絲毫不敢大意。
用羅盤導航，應該說是今天海圖經緯化之肇始。藉助這樣的先進設備，宋朝的海外貿易超過了前代，成為世界上從事海外貿易的重要國家。那時，中國商船的蹤跡，近至朝鮮、日本，遠達阿拉伯半島和非洲東海岸。
不過這時候，古老的「牽星術」依然繼續存在。明代鄭和下西洋的船隊中，我們就見到有結構精巧的牽星板。這是古代觀星導航技術發展到成熟階段的一項重要發明。古代航海家一代代積累起來的海洋地理知識，對信風、洋流的認識，當然也是船家的必修課。還能有什麼像脾氣難測的波濤那樣，更適合做一個好老師呢？
漫長的發展 遙遠的傳播
指南針在中國古代的演進經歷了很長時間。學者指出，王充《論衡》中所記「司南之構杓，投之於地，其抵抵指南」，應是模仿當時使用的圓底搏勺的形式，將磁石琢成磁勺，放在栻佔用的地盤上來旋定南北方向。莊季裕《雞肋篇》記載在兩隻水瓢中置磁石鐵屑，進行兩瓢相互吸引的幻術，這反映南宋初年司南已被指南針所代替了。
中國古代還掌握了利用磁石對鋼鐵進行人工磁化，製造指南針的技術。用磁石製造司南，需要通過琢玉工藝手段，費工費時，而且如果質料不精，極向不準，是很難完成的。人工磁化的指南針就不然，只要將一根鋼針在磁石上摩擦，頃刻之間鋼針就能磁化。這項發明最早的記載見於北宋科學家沈括（1031~1095）所著《夢溪筆談》：「方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。水浮多蕩搖，指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。其法取新渡中獨繭縷，以芥子許蠟綴於針腰，無風處懸之，則針常指南」。關於磁偏角，沈括又做了試驗。沈括精於天文曆法，因而他從圭表的地理子午觀測比較中加以證明。磁針偏角的發現，是古代科學史上的重要成果。歐洲到了13世紀才知道磁針偏角，那時多誤解為指南針工藝裝置上的缺點。
沈括在指南針裝制技術上做了四種試驗——水浮法、指甲旋定法、碗唇旋定法、縷懸法。但實際的指南針製作中，廣泛應用的是第一種。
在明嘉靖年（1522~1566）以前，我國海航一直使用水羅盤，其製作簡單方便，但不太平穩，易隨船舶的搖動而搖晃。中國傳統式樣的指南針於十二三世紀傳入阿拉伯，後又傳入歐洲。歐洲最早對磁針的描寫見於英國亞歷山大·內卡姆在1195年所寫的《論物質的本性》，書中的磁針裝置與中國宋代所記的浮針完全一致。之後，歐洲人將磁針放在釘子尖端，可自由轉動，製成了旱羅盤，旱羅盤有固定的支點，不像水羅盤那樣不平穩，性能更適用於航海。在明嘉靖年間，我國也開始使用旱羅盤。