我國古代,很早就將天文定位技術應用在航海中。東晉僧人法顯在訪問印度乘船回國時曾記述:「大海瀰漫無邊,不識東西,唯望日、月、星宿而進」。宋、元時期,天文定位技術有很大發展,使用量天尺;到了明代,採用觀測恆星高度來確定地理緯度的方法,叫做「牽星術」,所用的測量工具,叫做牽星板。根據牽星板測定的垂向高度和牽繩的長度,即可換算出北極星高度角,它近似等於該地的地理緯度。
鄭和下西洋,在航行中就是採用「往返牽星為記」來導航的。
鄭和是我國明代著名的航海家。他出生於1371年,原姓馬,名和,小字三保。12歲時被抓入宮中給燕王朱棣當侍童。朱棣當皇帝後,被升為內宮監太監,並賜姓鄭,又稱「三保太監」。
朱棣為鞏固他的統治地位,擴大其政治影響,恢復了元代中斷的海上交通。鄭和懂阿拉伯語,受到朱棣的重用,派他率船隊七出西洋。那時所謂西洋,是泛指我國南海以西的廣大地域,包括印度洋及沿海地區在內。鄭和多次統率水手、軍卒、醫官、買辦等約兩萬人,分乘寶船百餘艘,浩浩蕩蕩,比起哥倫布發現美洲新大陸的三艘載重不到百噸的船,規模大得多。從1405年到1433年,七次航行前後用了28年時間,歷經37個國家。鄭和是我國第一個橫渡印度洋到達非洲東岸的人,比1492年哥倫布橫渡大西洋到達美洲,1471年葡萄牙人達迦馬沿非洲南岸繞好望角到達印度洋,要早半個世紀以上。
鄭和七下西洋,是世界航海史上的偉大創舉。上萬人的船隊遠航,與大海波濤、明島暗礁及變化萬千的惡劣氣候搏鬥,必須能準確地測定船舶的地理位置、航向和海深等。他們使用「牽星術」做到了。
在航行中,他們還繪製了著名的《鄭和航海圖》。我國的航海圖雖然宋代就已應用,但多只是以近海為主,不能滿足大船隊的遠航需要。鄭和與他的助手王景弘依據多次航行所得的海域和陸地知識,製成了遠航圖冊,名為「自寶船廠開船從龍江關出水直抵外國諸蕃國」,後人稱之為「鄭和航海圖」。該圖以南京為起點,最遠達非洲東岸的圖作蒙巴薩。全圖包括亞非兩洲,地名500多個,其中我國地名佔200多個,其餘皆為亞洲諸國地名。所有圖幅都採用「寫景」畫法表示海島,形象生動,直觀易讀。在許多關鍵的地方還標註「牽星」數據,有的還注有一地到另一地的「更」數,以「更」來計量航海距離等。可以說,鄭和航海圖是我國古代地圖史上真正的航海圖。
由此可見,我國古代是不乏航海天才的。
令人覺得遺憾的是,鄭和下西洋,不僅未能使中國稱霸海上,也未能帶來可觀的經濟利益,反而「國庫耗空」。到清代,更「片板不得下海」,閉關鎖國,遂至近代海權沒落,同時亦喪失了與歐洲交流工業革命的機會。
李清航海使用的是「六分儀」,工具更先進一些。它是一種可手持的光學儀器,用以測角和觀察天體高度,由分度弧、指示臂、測微輪、動鏡、定鏡和望遠鏡等部件組成。其結構簡單,操作輕便。
阿拉伯人在15世紀前後數百年間,使用過拉線板。歐洲15世紀使用過星盤和四分儀,16世紀使用過十字杆,17~18世紀使用過反測器。英國J.哈德利於1730發明的雙反射八分儀,後來為了便於觀測月距,刻度弧加長到了60度,稱為六分儀。現代,刻度弧改為圓周的五分之一,仍按習慣稱六分儀。
要使用六分儀準確導航,也不是一件簡單的事。
觀測天體高度時,觀測者把視線通過定鏡透明部分對著水天線作基準,再轉動指標杆使天體影像經兩鏡反射垂直與水天線重合,在刻度弧上直接讀出觀測角。由於水天線並非真地平,在水天線上的天體高度角,須經蒙氣差、眼高差、視差等一系列修正求得天體真高度。用天文方法確定船位的準確性,很大程度取決於天體高度觀測的準確性,而觀測的準確性又很大程度取決於水天線的清晰度和觀測者的熟練程度。