天文航海技術(shù)
天文航海技術(shù)主要是指在海上觀測天體來決定船舶位置的各種方法。我國古代出航海上，很早就知道觀看天體來辨明方向。西漢時代《淮南子》就說過，如在大海中乘船而不知東方或西方，那觀看北極星便明白了。（《齊俗訓》：“夫乘舟而惑者，不知東西，見斗極則悟矣。”）晉代葛洪的《抱樸子外篇·嘉遯》上也說，如在云夢（古地名）中迷失了方向，必須靠指南車來引路；在大海中迷失了方向，必須觀看北極星來辨明航向。（“夫群迷乎云夢者，必須指南以知道；并乎滄海者，必仰辰極以得反。”）東晉法顯從印度搭船回國的時候說，當時在海上見“大海彌漫，無邊無際，不知東西，只有觀看太陽、月亮和星辰而進。”一直到北宋以前，航海中還是“夜間看星星，白天看太陽”。只是到北宋才加了一條“在陰天看指南針”。
大約到了元明時期，我國天文航海技術(shù)有了很大的發(fā)展，已能觀測星的高度來定地理緯度。這是我國古代航海天文學的先驅(qū)。這種方法當時叫“牽星術(shù)”。牽星術(shù)的工具叫牽星板。
牽星板用優(yōu)質(zhì)的烏木制成。一共十二塊正方形木板，最大的一塊每邊長約二十四厘米，以下每塊遞減二厘米，最小的一塊每邊長約二厘米。另有用象牙制成一小方塊，四角缺刻，缺刻四邊的長度分別是上面所舉最小一塊邊長的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。比如用牽星板觀測北極星，左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上邊緣是北極星，下邊緣是水平線，這樣就可以測出所在地的北極星距水平的高度。高度高低不同可以用十二塊木板和象牙塊四缺刻替換調(diào)整使用。求得北極星高度后，就可以計算出所在地的地理緯度。
元代意大利的馬可波羅由陸路來我國，在我國耽了二十多年后由海路回去。海路航線是經(jīng)我國南海進入印度洋折而往西。馬可波羅當時是搭乘我國航海家駕駛的我國船舶回去的。在馬可波羅游記中記載了當時我國海船和航海的情況。據(jù)游記記載，海船由馬六甲海峽進入印度洋后，便有北極星高度的記錄，可見那時我國航海家已經(jīng)掌握了牽星術(shù)。明代鄭和七次下“西洋”，“往返牽星為記”?？芍敃r航行在印度洋中的我國航海家已經(jīng)十分熟悉牽星術(shù)了。明代牽星，一般都是牽北極星，但在低緯度（北緯六度）下北極星看不見時，改牽華蓋星（北極星是小熊座a星，華蓋星是小熊座β、γ雙星）。
明代在航海中還定出了方位星進行觀測，以方位星的方位角和地平高度來決定船舶夜間航行的位置。當時叫觀星法，觀星法也屬牽星術(shù)范圍之內(nèi)。
明代牽星術(shù)的航海記錄，例如從古里（今印度西海岸的科澤科德）到祖法兒（今阿拉伯半島東海岸阿曼的佐法爾）航路，在古里開船，看北極星的高度是六度二十四分（折合今度，下同）。船向西北，船行九百公里到莽角奴兒（今印度西海岸的門格洛爾），看北極星的高度是八度。后船向西北偏西，航行一千五百公里，在大海中，看北極星的高度是十度。又船向正西稍偏北，航行二千一百公里，到祖法兒，看北極星的高度是十二度四十八分。把北極星高度用當時的算法拆算地理緯度，和現(xiàn)在各地的地理緯度基本相合。又從航路來看，航向和航程也和現(xiàn)在的骯路大致相同。由此可見，明代天文航海技術(shù)已經(jīng)相當先進。
關(guān)于求天象出沒時間，明代航海家也有些規(guī)定。流傳下來的明末抄本航路專書中有太陽月亮的出沒時間表，還有“定太陽出沒歌”和“定太陰出役歌”?！岸ㄌ柍鰶]歌”文是：
“正九出乙沒庚方；二八出兔沒雞場；
三七出甲從辛沒；四六生寅沒犬藏；
五月出艮歸乾上；仲冬出巽沒坤方；
惟有十月十二月，出辰入申仔細詳?！?p> 這是把十二個月的太陽出沒時辰用一首歌訣來概括。正月、九月太陽出在乙時沒在庚時，乙時在卯時和辰時之間，庚時在申時和西時之間。又兔指卯時，雞指酉時。甲時在寅時和卯時之間，辛時在酉時和戌時之間。犬指戌時。艮時在丑時和寅時之間，乾時在戌時和亥時之間。巽時在辰時和已時之間，坤時在未時和申時之間。五月是夏至所在的月份，所以太陽出的時間要早，沒的時間要晚。仲冬是十一月，是冬至所在的月份，所以太陽出的時間要晚，沒的財間要早。這樣計時和天象實際相比是有些誤差的，但大致還適用。
據(jù)明代一些航海書籍記載，遠洋海船上各色人員俱備，其中陰陽官、陰陽生專管觀測天象。明末流傳的小說《三寶太監(jiān)西洋記通俗演義》中記載，“觀星斗陰陽宮十員”。又說：”每一號船上面有三層天盤，每一層天盤里面擺著二十四名官軍，日上看風看云，夜來觀星觀斗。”雖然這是一部小說，但多少也反映了明代航海中一些實際情況。
地文航海技術(shù)
我國古代地文航海技術(shù)的成就，包括航行儀器如航海羅盤、計程儀、測深儀的發(fā)明和創(chuàng)造，以及針路和海圖的運用等。
航海羅盤是我國發(fā)明的。我國發(fā)明指南針后，很快使用到航海上。北宋時的指南浮針，也就是后來的水羅盤。宋代朱或敘述宋哲宗元符二年到徽宗崇寧元年（公元1099年到1102年）間的海船上已經(jīng)使用指南針。宣和五年（公元1123年）徐兢到朝鮮去回國后所著《宣和奉使高麗圖經(jīng)》中描寫這次航海過程說：晚上在海洋中不可停留，注意看星斗而前進，如果天黑可用指南浮針，來決定南北方向。這是目前世界上用指南針航海的兩條最早記錄，比公元1180年英國的奈開姆記載要早七八十年。
航海羅盤上定二十四向，二十四向我國漢代早有記載。北宋沈括的地理圖上也用到這二十四向。把羅盤三百六十度分做二十四等分，相隔十五度為一向，也叫正針。但在使用時還有縫針，縫針是兩正針夾縫間的一向，因此航海羅盤就有四十八向。大約南宋時已有這四十八向的發(fā)明了。四十八向每向間隔是七度三十分，這要比西方的三十二向羅盤在定向時精確得多。所以三十二向的羅盤知識在明末雖從西方傳進來，但是我國航海家一直用我國固有的航海羅盤。
古時船上放羅盤的場所叫針房，針房一般人員不能隨便進去。掌管羅盤的人叫火長。明代《西洋番國志》中說：要選取駕駛?cè)藛T中有下海經(jīng)驗的人做火長，用作船師，方可把針經(jīng)圖式叫他掌握管理?！笆麓筘熤?，豈容怠忽?！笨梢姾胶Ａ_盤是海船上的一個重要設(shè)備。
計程儀又叫測程儀。三國時期吳國海船航行到南海一帶去，有人寫過《南州異物志》一書，書中有這樣的記載：在船頭上把一木片投入海中，然后從船首向船尾快跑，看木片是否同時到達，來測算航速航程。這是計程儀的雛型。一直到明代還是用這個方法，不過規(guī)定更具體些，就是以一天一夜分為十更，用點燃香的枝數(shù)來計算時間，把木片投入海中，人從船首到船尾，如果人和木片同時到，計算的更數(shù)才標準，如人先到叫不上更，木片先到叫過更。一更是三十公里航程。這樣便可算出航速和航程。
我國古代這種計程的方法，和近代航海中扇形計程儀構(gòu)造很相近似。扇形計程儀也是用一塊木板（扇形），不過用和全船等長的游線系住投入海中，然后用沙時計計算時間。沙時計一倒轉(zhuǎn)是十四秒。在游線上有記號，從游線長度算出航速和航程。我國古代用香枝（也叫香漏），西方近代用沙時計（也叫沙漏），兩者實在是異曲同工。
我國至遲在唐代末年已有測深的設(shè)備。一種是“下鉤”測深，一種是“以繩結(jié)鐵”測深。深度達到六十多尺，這還是淺水測深。再稍晚一些，有記載說用綱下水測深，“綱長五十余丈，才及水底?！本V是大繩，五十多丈，在已是深水測深了。
南宋末年吳自牧的《夢粱錄》上說：如果航海到外國做買賣，從泉州便可出洋。經(jīng)過七洲洋，“船上測水深約有七十余丈”。當時測水這樣深，可見我國宋代已經(jīng)有比較熟練的深水測深技術(shù)了。
宋代已經(jīng)有針路的設(shè)計。航海中主要是用指南針引路，所以叫做“針路”。記載鐵路有專書，這是航海中月積月累而成。這些專書后來有叫“針經(jīng)”，有叫“針譜”，也有叫“針策”的。
凡是針路一般都必寫明：某地開船，航向，航程，船到某地。航向的名稱有下列各種：單向的，叫單針（也有叫丹針的），或叫正針。雙向的，以相鄰兩向并稱，就是上文提到的縫針。兩個航向合稱時，有四種情況：第一，先單向后雙向；第二，先雙向后單向；第三，兩個都是單向；第四，兩個都是雙向。還有超過兩個航向合稱的。航程都用更計算。船到某地，就用四種不同稱號：第一，平，并靠的意思；第二，取，經(jīng)過的意思；第三，見，望見的意思；第四，收，到達的意思。船舶在晚間航行時，要把牽星記錄寫入針路里。又在航行過程中還要不斷測量水深，也要寫入針路。
現(xiàn)在把明代《籌海圖編》記載由太倉到日本的針路舉例摘錄如下：“太倉港口開船，用單乙針，一更，船平吳淞江。用單乙針及乙卯針，一更，平寶山，到南匯嘴。用乙辰針出港口，打水①六七丈，沙泥地是正路，三更，見茶山。自此用坤申及丁未針，行三更，船直至大小七山，灘山在東北邊。灘山下水深七八托②，用單丁針及丁午針，三更，船至霍山?！边@段文字不算難懂?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)好幾種針路抄本，包括東洋和西洋的，我們要進一步研究。十六世紀初葡萄牙人航行于東南亞時，襲用了我國航海家所用的針路。
至于海圖，北宋徐兢《宣和奉使高麗圖經(jīng)》上己有海道圖，這是我國航海海圖最早的記載，可惜原圖已失傳。我國現(xiàn)存最早的海道圖是明初《海道經(jīng)》里附刻的“海道指南圖”。
明茅元儀輯《武備志》二百四十卷，卷末附有“自寶船廠開船從龍江關(guān)出水直抵外國諸番圖”，這就是著名的“鄭和航海圖”。圖上的航程地理，和明代祝允明（1460—1526）《前聞記》所記宣德五年《公元1430年）鄭和末一次下“西洋”相合，推測這圖大概是十五世紀中葉的作品。“鄭和航海圖”已蜚聲中外，研究十五世紀中外交通史和航海技術(shù)史，都把這幅海圖作為重要的依據(jù)。
明末有些古籍記有“各處州府山形水勢深淺泥沙礁石之圖”，“靈山往爪哇山形水勢法圖”，“新村爪哇至瞞刺加山形水勢之圖”，“彭坑山形水勢之圖”等，這些圖都只保留了文字記載，原圖都失傳了。從這些海圖的文字說明看，當時海圖上都注明海上危險物（比如“有草嶼”、“有蘆荻”等），淺灘（比如“灣內(nèi)淺可防”、“有泥淺”等），暗礁（比如“有沉礁在港口不可近”、“有沉礁打浪”等），沙州（比如“有沙礁”）以及巖石（比如“有老古石”、“有古老石岸”等）。這些和近代海圖上的要求大致符合。
清代前期保存下來的海圖，有西南洋各番針路方向圖一幅，彩繪紙本，時代大約在康熙五十年到五十四年（公元1711年到1715年）間，有東洋南洋海道圖一幅，也是彩繪紙本，時代大約在康熙五十一年到六十一年（公元1712年到1722年）間。這兩幅海圖現(xiàn)在都保存在北京故宮。