引言
引言:罗盘与航海史
指南针的应用是原始航海时代地结束,预示着计量航海时代的来临。
——李约瑟(中国科学院外籍院士、科学史学家)
在原始航海时代,指南针还没有被发现应用。人们最早依靠天上的星星作为判断方向的工具。太阳的东升西落指明了东西向,而北半球的人们在正午时看到的太阳是正南方,又指明了南北方向。
那么夜晚如何辨别方向呢?北半球的人们很早就注意到了重要星象——北斗七星的指北功能,并将其作为定方向、定季节、定时辰的标尺。
北斗七星形态与季节变化
有经验的水手,能根据北极星和基础三角法得到离赤道的距离。这个距离的度量就是“纬度”。
只需要简单地假设北极星在北极的正上方,再测量北极星与地平线的夹角就可以得到纬度。
基础三角法测量北极星仰角
很多简单的设备都可以完成这项工作,比如星盘、木头或金属制作的简易仪器都可以精确地测量天体角度。举个例子,如果北极星仰角为40°,那么所处的位置就在北纬40°。
在赤道看到的北极星基本在地平线附近,因此赤道为0°;在北极看到的北极星在天空的正上方(粗略假设),北极星仰角为90°,因此北极的纬度为90°。
基础三角法的几何原理
在中世纪,欧洲的航海家们往往需要去往南半球。在那里,北极星隐藏在地平线之下,没法用来确认位置。而南极的上方也没有一颗对应的星体,最接近的替代星体是南十字星,因此它也被水手们用来在南半球确认纬度。