指南针的发展与演变

指南针是我国四大发明之一。它经过漫长的岁月，跨过了司南和指南鱼两个发展阶段，最终发展成一种更加简便、更有实用价值的指向仪器。

指南针的发明，尤其是指南针在航海中的应用，打开世界磁性导航的先河。

最初的指南针古人称它“司南”。“司南”是指南的意思。它是用天然磁石制成的。

磁石的南极磨成长柄，放在青铜制成的光滑如镜的地盘上，再铸上方向性的二十四向刻纹。这个磁勺在地盘上停止转动时，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，这就是传统上认为的世界上最早的磁性指南仪器。

东汉时期的王充在他的《论衡·是应篇》中曾说：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这里的“地”就是上面所说的“地盘”。

从战国、秦汉、六朝以至隋唐时期的古籍中，有不少关于司南的记载。

如《韩非子·有度篇》里有“先王立司南以端朝夕”的话，“端朝夕”就是正四方的意思。《鬼谷子·谋篇》里也记载说，郑国的人到远处去采玉，就带了司南去，以便不迷失方向。

古代的司南是用天然磁石经人工用琢玉的办法琢磨成的。商周时期琢玉工人的技术已经很精湛，至迟在春秋时期，就已经能把软玉和硬玉琢制成各种形状的玉器，因此也能够把低硬度的天然磁石制成形体比较简单的司南来。

由于天然磁石在琢制成司南的过程中不容易找出准确的两极方向，而且也容易因受震而失去磁性，因而成品率低。

同时，也因为这样琢制出来的司南磁性比较弱，而且在和地盘接触的时候转动摩擦阻力比较大，效果不很好，因此这种司南未能得到广泛的使用。

随着社会生产力的不断发展，科学技术的不断进步，航海业的不断扩大和发展，制造出一种比司南更好的指向仪器不但成为必要，而且也有了可能。

在经过劳动人民长期的生产实践和反复多次的试验之后，人们终于发现了人工磁化的方法，这样就产生了更高一级的磁性指向仪器。

北宋初年已经出现了指南鱼和指南针。指南鱼在行军需要的时候，只要用一只碗，碗里盛半碗水，放在无风的地方，再把铁叶鱼浮在水面，就能指南。但是这种用地磁场磁化法所获得的磁体磁性比较弱，实用价值比较小。

指南针是以天然磁石摩擦钢针制得。钢针经磁石摩擦之后，便被磁化，也同样可以指南。

关于磁针的装置法，北宋时期科学家沈括亲自做了4种实验，这就是水浮法、碗唇旋定法、指甲旋定法和缕悬法。

水浮法是将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向；碗唇旋定法是将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向；指甲旋定法是把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示方向；缕悬法是在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。

其实这4种方法各有优点，它们在后来都有不同程度的发展，都在实际中得到不同程度的用。而且前两种的应用还更加普遍。特别是水浮法，在我国指南针发展史上占有重要的地位。

从已经发现的古代文献和地下出土文物可以看出，从两宋时期起，历元明清时期，水浮法指南针在航海上和堪舆上都一直使用。有的还使用到清代的中后期。

这种水浮法，据元代药学家寇宗奭的《本草衍义》所说，是用灯芯草或其他比较轻的物体做浮标，让磁针贯穿而过，使它浮在水面而指南。

新中国成立后在河北省磁县、江苏省丹徒、辽宁省大连等地，陆续发掘出一批元代的“王”字瓷碗。碗腹内底画有三大点，中间穿一细画，样子像个“王”字。

据专家考证，这三点一画是表示“指南浮针”，中间的直线表示磁针，三大点表示和灯芯草有共同作用的浮标。

这“王”字的绘画是有用意的。一个是为了表明这碗是专为浮针用的；另一个可能是为了标明磁子午方向，在一定程度上起了方位盘的作用。

南宋时期学者陈元靓在他所撰的《事林广记》中，也介绍了当时民间曾经流行的有关指南针的两种装置形式，就是木刻的指南鱼和木刻的指南龟。

木刻指南鱼是把一块天然磁石塞进木鱼腹里，让鱼浮在水上而指南。

木刻指南龟的指向原理和木刻指南鱼相同，它的磁石也是安在木龟腹，但是它有比木鱼更加独特的装置法，就是在木龟的腹部下方挖一小穴，然后把木龟安在竹钉子上，让它自由转动。

这就是说，给木龟设置一个固定的支点。拨转木龟，待它静止之后，它就会南北指向。

正如在使用司南时需要有地盘配合一样，在使用指南针的时候，也需要有方位盘相配合。

最初，人们使用指南针指向可能是没有固定的方位盘的，但是不久之后就发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘，或称“罗盘”。方位盘仍是汉时地盘的二十四向，但是盘式已经由方形演变成环形。

罗经盘的出现，无疑是指南针发展史上的一大进步，只要一看磁针在方位盘上的位置，就能定出方位来。

南宋时期学者曾三异在《同话录》中说道：

地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。

这里的“地螺”就是地罗，也就是罗经盘。这是一种堪舆用的罗盘。这时候已经把磁偏角的知识应用到罗盘上。

这种堪舆罗盘不但有子午正针，即以磁针确定的地磁南北极方向，还有子午丙壬间的缝针，即以日影确定的地理南北极方向。这两个方向之间有一夹角，这就是磁偏角。

当时的罗盘，还是一种水罗盘，磁针还都是横贯着灯芯草浮在水面上的。北宋时期书画家徐兢的《宣和奉使高丽图经》中说，在海上航行时，遇到阴晦天气，就用指南浮针。

旱罗盘大概出现在南宋。旱罗盘是指不采用“水浮法”放置指南针磁针的罗盘，通常是在磁针重心处开一个小孔作为支撑点，下面用轴支撑，并且使支点的摩擦阻力十分小，磁针可以自由转动。

显然，旱罗盘比水罗盘有更大的优越性，它更适用于航海，因为磁针有固定的支点，而不会在水面上游荡。

旱罗盘的这种磁针有固定支点的装置法，最初的思想起源很早。因为司南就有一定的支点，另外沈括的磁针装置试验，也有设置固定支点。

指南针作为一种指向仪器，在我国古代军事上，生产上，日常生活上，地形测量上，尤其在航海事业上，都起过重要的作用。

我国的指南针大约是在12世纪末至13世纪初经过阿拉伯传入欧洲的，对世界经济的发展起到了积极作用。

[旁注]

二十四向　即24个方位。天有24宿，日有24时，年有24节气，故风水也有24向。它们分别是：天皇、天罡、天官、天苑、天市、天厨、天槲、天汉、天垒、天辅，天厩、天鬼、天乙、少微、天汉、天关、天帝、南极、天马、天屏、太乙和太微。

软玉　是指闪石类中某些具有宝石价值的硅酸盐矿物，如透闪石、阳起石等系列矿物。细小的闪石矿物晶体呈纤维状交织在一起构成致密状集合体。软玉有很多种，颜色也有很多，上品软玉一般质地细腻，韧性好，具有油脂光泽。比如我国新疆和田产的“和田玉”。

灯心草　是多年生草本水生植物，分布于全世界温暖地区，我国分布范围很广，适宜生长在河边，池旁，水沟边，稻田旁，草地上，沼泽湿处。灯心草也是药用植物，其茎髓或全草入药具有清热、利水渗湿之功效，可用于淋病，水肿，心烦不寐，喉痹，创伤等症。

《事林广记》　南宋时期陈元靓撰。门类广泛，天文、地理、政刑、社会、文学、游艺，无所不包。包含较多的市井状态和生活顾问材料，同时插图很多，其中的“北双陆盘马制度”、“圆社摸场图”等，是对于宋代城市社会生活情景的生动描绘。它开辟了后来类书图文兼重的途径。

罗盘　罗盘是理气宗的操作工具，主要由位于盘中央的磁针和一系列同心圆圈组成，每一个圆圈都代表着我国古人对于宇宙大系统中某一个层次信息的理解。罗盘上各圈层之间所讲究的方向、方位、间隔的配合，却暗含了“磁场”的规律。

[阅读链接]

明代初期航海家郑和率船队“七下西洋”，之所以安全无虞，全靠指南针的忠实指航。

郑和船队从江苏刘家港出发到苏门答腊北端，沿途航线都标有罗盘针路，在苏门答腊之后的航程中，又用罗盘针路和牵星术相辅而行。指南针为郑和开辟我国到东非航线提供了可靠的保证。