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1、古代指南針為什么叫指南針：為什么叫指南針？
2、古代指南針為什么叫指南針，古代指南針為何不叫指北針
1、古代指南針為什么叫指南針：為什么叫指南針？
引言
引言：羅盤與航海史
指南針的應(yīng)用是原始航海時(shí)代地結(jié)束，預(yù)示著計(jì)量航海時(shí)代的來臨。
——李約瑟（中國(guó)科學(xué)院外籍院士、科學(xué)史學(xué)家）
在原始航海時(shí)代，指南針還沒有被發(fā)現(xiàn)應(yīng)用。人們最早依靠天上的星星作為判斷方向的工具。太陽(yáng)的東升西落指明了東西向，而北半球的人們?cè)谡鐣r(shí)看到的太陽(yáng)是正南方，又指明了南北方向。
那么夜晚如何辨別方向呢？北半球的人們很早就注意到了重要星象——北斗七星的指北功能，并將其作為定方向、定季節(jié)、定時(shí)辰的標(biāo)尺。
北斗七星形態(tài)與季節(jié)變化
有經(jīng)驗(yàn)的水手，能根據(jù)北極星和基礎(chǔ)三角法得到離赤道的距離。這個(gè)距離的度量就是“緯度”。
只需要簡(jiǎn)單地假設(shè)北極星在北極的正上方，再測(cè)量北極星與地平線的夾角就可以得到緯度。
基礎(chǔ)三角法測(cè)量北極星仰角
很多簡(jiǎn)單的設(shè)備都可以完成這項(xiàng)工作，比如星盤、木頭或金屬制作的簡(jiǎn)易儀器都可以精確地測(cè)量天體角度。舉個(gè)例子，如果北極星仰角為40°，那么所處的位置就在北緯40°。
在赤道看到的北極星基本在地平線附近，因此赤道為0°；在北極看到的北極星在天空的正上方（粗略假設(shè)），北極星仰角為90°，因此北極的緯度為90°。
基礎(chǔ)三角法的幾何原理
在中世紀(jì)，歐洲的航海家們往往需要去往南半球。在那里，北極星隱藏在地平線之下，沒法用來確認(rèn)位置。而南極的上方也沒有一顆對(duì)應(yīng)的星體，最接近的替代星體是南十字星，因此它也被水手們用來在南半球確認(rèn)緯度。
只有在南半球才能看到的南十字星
既然兩極都有可以判定緯度的星體，我們能不能在赤道也找到一顆星體作為判定的依據(jù)呢？答案是肯定的，人們發(fā)現(xiàn)能通過測(cè)量太陽(yáng)與地平線的角度來測(cè)定緯度。但是值得注意的是，我們可以近似假設(shè)北極星和南十字星分別在兩極天空的正上方，但是太陽(yáng)并不會(huì)一直照射在赤道上。
由于地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球公轉(zhuǎn)面是傾斜的，隨著季節(jié)變化，太陽(yáng)相對(duì)于赤道的位置會(huì)發(fā)生改變，這種改變被稱為赤緯（declination），赤緯的存在會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)在天空中的軌跡在一年里的每一天都會(huì)發(fā)生規(guī)律性的變化，那么使用這樣一個(gè)變動(dòng)的恒星來測(cè)量緯度是否真的可靠呢？
地球公轉(zhuǎn)示意圖
八世紀(jì)的一名穆斯林天文學(xué)家瑪莎安拉（Msha’allah）發(fā)明了在正午時(shí)通過測(cè)量太陽(yáng)與地平線傾角來確定緯度的方法。要想在地球上任何地方用這個(gè)方法精確地測(cè)定緯度，還需要一份赤緯表列出一年中每一天太陽(yáng)與赤道的夾角。
七個(gè)世紀(jì)后的1473年，20歲的西班牙人Abraham Zacuto才開始在《萬(wàn)年天體歷》中編寫這套赤緯表，五年后才完成這項(xiàng)工作。又過了十八年，赤緯表才得到普及。
緯度測(cè)量有多種手段，經(jīng)度測(cè)量才是大麻煩。公元2世紀(jì)的希臘數(shù)學(xué)家希帕克斯曾提出，一份地圖應(yīng)該包括東西向彼此平行、從赤道到極地的緯線，以及南北向穿過緯線彼此并不平行的經(jīng)線。這些經(jīng)線在赤道處間距最大，在兩極匯聚。這樣地球就被緯線和經(jīng)線包裹起來，地表的任何位置都能被這個(gè)網(wǎng)格精準(zhǔn)地表示出來。
經(jīng)緯線示意圖
三個(gè)世紀(jì)后，制圖師克勞迪厄斯.托勒密（Claudius Ptolemy）創(chuàng)作了《地理學(xué)》（Geography），自2世紀(jì)中期開始，書中所繪地圖一千年都未被超越。以如今的眼光看來，這份地圖極其不準(zhǔn)確，尤其是對(duì)地球周長(zhǎng)嚴(yán)重低估，才導(dǎo)致哥倫布登上新大陸時(shí)以為到達(dá)了亞洲。
15世紀(jì)，人們依據(jù)托勒密對(duì)人類所至的世界的描述所繪制的地圖，此時(shí)北美大陸還沒被發(fā)現(xiàn)（來源：Wikipedia）
經(jīng)度測(cè)量如此困難，使得中國(guó)羅盤的引入拯救了整個(gè)航海事業(yè)。這個(gè)由中國(guó)古代人民發(fā)明出來的神奇又簡(jiǎn)單的小玩意經(jīng)由阿拉伯傳入歐洲，并很快被水手們掌握用來定方向。
羅盤的出現(xiàn)讓水手們擺脫了天氣的限制，
在看不見星空的夜晚也能確定位置和航行
那么羅盤是如何被發(fā)明的呢？
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起源與發(fā)展：司南和羅盤
指南針的起源可追溯到我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期（黃帝時(shí)期的指南車?yán)玫氖驱X輪傳動(dòng)），當(dāng)時(shí)有一種稱為“司南”的指南器具，那就是指南針的雛形。東漢王充在《論衡》中對(duì)司南形制作了描述：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。“司”的意思是掌管，司南就是專門掌管南方的裝置。司南的形狀像一只勺子，把它放在地盤（“地”指的是一個(gè)具有24個(gè)方位刻度的地盤，即羅盤）上，勺把的頂端就會(huì)指向南方。
王振鐸復(fù)原的漢代司南
漢代的司南由青銅地盤和磁勺組成。地盤內(nèi)圓外方，中心圓面下凹，制作光滑，圓外盤面鑄八天干、十二地支和四卦，三者穿插排列。從戰(zhàn)國(guó)至隋唐一千多年間，司南一直是主要的指向儀器，利用它占卜天象和歷算也是功能之一。
北宋時(shí)期，人們發(fā)現(xiàn)了人工磁化的方法，人工磁體開始代替天然磁石，磁針代替了磁勺。人工磁體是利用地磁感應(yīng)法或摩擦傳磁法制成的。沈括在《夢(mèng)溪筆談》中總結(jié)了指南針的四種制作方法，即水浮法、指甲法、碗唇法、縷懸法，還歸納了指南針的兩大體系——旱羅盤和水羅盤。
最早被應(yīng)用于航海的指南針是水浮針法的指南針，它是水羅盤地最早形式。徐兢在《宣和奉使高麗圖經(jīng)》一書中指出，這種指南針叫“指南浮針”。
在航海舟船上使用指南針的記載，最早見于1119 年朱彧所著的《萍洲可談》，“舟師識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。最早的航海羅盤是用一剪成魚狀的薄片鐵葉經(jīng)磁化塞入木制魚中，使南極在魚首，北極在魚尾，并置水碗于無風(fēng)處平放，魚在水中泛浮，其首所指，即為南極，是為“指南魚”。
其中，圖1-十八世紀(jì)初航海用旱羅盤；圖234-清代航海羅盤（中國(guó)航海博物館藏）
南宋時(shí)，將磁針與劃分方位的裝置組成的儀器稱之為盤針、經(jīng)盤、地螺，后來才改稱為羅盤。水羅盤從誕生之日起一直使用到明代，鄭和下西洋時(shí)期使用的羅盤依舊是水羅盤，直到明嘉靖年間出現(xiàn)了一種支軸式的航海羅盤，指南針被固定在支軸上，這種新式羅盤被稱作“旱羅盤”，并逐漸代替了水浮式的羅盤。
旱羅盤的磁針支點(diǎn)固定，比水羅盤優(yōu)越，但當(dāng)惡劣天氣來臨時(shí)，船舶劇烈晃動(dòng)顛簸造成觀測(cè)不準(zhǔn)或無法觀測(cè)。18 世紀(jì)時(shí)，中國(guó)航海家利用中國(guó)古代先民發(fā)明的平衡環(huán)裝配羅盤，使羅盤有了平衡性，免受大風(fēng)顛簸的干擾。
臨川出土執(zhí)羅盤陶俑和中國(guó)港口博物館藏執(zhí)羅盤陶俑
南宋墓出土陶俑和中國(guó)港口博物館藏陶俑所持旱羅盤中間的磁針形狀與水浮磁針不同，其中央有一明顯圓孔，應(yīng)當(dāng)是軸承結(jié)構(gòu)。
中國(guó)的磁針和羅盤先后經(jīng)由陸水兩路西傳，曾給人類的文明的進(jìn)程帶來重大的影響。以前史學(xué)界認(rèn)為磁針在水中的水羅盤與指南針一脈相承，是中國(guó)的發(fā)明，但旱羅盤是歐洲所發(fā)明，16世紀(jì)才經(jīng)由日本船傳入中國(guó)。而今臨川的羅盤證明：旱羅盤的發(fā)明權(quán)也應(yīng)屬于中國(guó)。
航海指南針發(fā)明后，作為印度洋主要航行者的阿拉伯人最先得到指南針。歐洲人又從阿拉伯人手中得到了指南針。到了哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸時(shí)，指南針早已成為哥倫布航海最重要的技術(shù)保證。馬克思評(píng)價(jià)航海指南針“打開了世界市場(chǎng)并建立了殖民地”。可見航海指南針在人類發(fā)展史上的重要作用。
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原理：地磁場(chǎng)
盡管哥倫布、達(dá)伽馬等這些大航海家們?cè)谶h(yuǎn)航時(shí)都需要羅盤和系列配套的工具（星盤、測(cè)深板等），但是很長(zhǎng)一段時(shí)間，大家都不知道其原理。
春秋時(shí)齊國(guó)著名政治家管仲在《管子》一書中記載：“上有慈石者，下有銅金。”，“慈石”就是磁石，“銅金”就是一種鐵礦。
磁石有兩個(gè)特性：一是吸鐵性；二是極性。也就是說磁石有兩極，能夠指示南北。我們可以設(shè)想地球內(nèi)部存在一磁鐵，磁鐵的中心正好和地心相重合。這樣，無論在地球內(nèi)部或是外部都存在許多的磁力線，在地球內(nèi)部線從地球北極出發(fā)指向南極，在地球外部南極發(fā)出磁力線，最終都回到北極。因此能自由旋轉(zhuǎn)的兩極性磁鐵能夠指示南北。
而事實(shí)上，地球的這根“磁鐵”并沒有跟地球的自轉(zhuǎn)軸重合，這也就意味著，地磁北極不與自轉(zhuǎn)軸指向的地理北極重合，兩者存在一個(gè)偏角（磁偏角）。也就是說，羅盤指的“北”，不是真正的“北”。早在北宋年間，我國(guó)學(xué)者沈括就在《夢(mèng)溪筆談》中記載與驗(yàn)證了磁針“常微偏東，不全南也”的磁偏角現(xiàn)象，比西歐記錄早四百年。英國(guó)人羅伯特·諾曼（Robert Norman）發(fā)現(xiàn)一根磁針用繩子在半中間吊起來，跟水平形成一偏角，他將這稱為磁偏角。
然而，那時(shí)候人們還是低估了磁偏角的復(fù)雜度，它還會(huì)隨著時(shí)間的變化而移動(dòng)位置，近代研究表明，磁極甚至發(fā)生過多次倒轉(zhuǎn)。
來源：《近六千年間的磁極移動(dòng)曲線》——魏青云
E言
指南針或指北針？
回歸題目，為什么叫做“指南針”呢？主流看法認(rèn)為，指南針的稱呼沿用了戰(zhàn)國(guó)時(shí)期利用天然磁鐵礦石琢成的“司南”。在我國(guó)古代文化里，南為陽(yáng)，北為陰，以“南”為南北方位之主，面向南方為尊位。“南面為王，北面而朝”的意思是面朝南方位的稱帝王，面朝北方的則是朝拜君王的臣子，帝王就座議事都是面向南方。
我國(guó)古代大部分宮殿都是坐北朝南
在現(xiàn)代，世界通用的制圖標(biāo)準(zhǔn)為“上北下南”，在大多數(shù)情況下，地圖都是以正北方向作為參考方向繪制的（這可能也與大多數(shù)人口聚集在北半球有關(guān)）。因此，指南針也往往被稱為指北針。
W言
展望：電子羅盤？量子羅盤？
此時(shí)正在讀這篇文章的你，不妨找找手機(jī)里有沒有指南針APP。智能手機(jī)能使用指南針功能可不是因?yàn)樗锩嫒艘粋€(gè)羅盤。
事實(shí)上，現(xiàn)代智能手機(jī)上的指南針功能應(yīng)用的都是電子羅盤技術(shù)，隨著微電子集成技術(shù)以及加工工藝、材料技術(shù)的不斷發(fā)展。電子羅盤的研究制造與運(yùn)用也達(dá)到了一個(gè)前所未有的水平。
電子羅盤按照有無傾角補(bǔ)償可以分為平面電子羅盤和三維電子羅盤，也可以按照傳感器的不同分為磁阻效應(yīng)傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和磁通門傳感器。電子羅盤被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)、地下勘探、仿真系統(tǒng)、GPS、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。
磁阻效應(yīng)示意
2018年11月, 英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院研究人員和M Squared公司攜手, 研制出全球首款用于導(dǎo)航的量子加速度計(jì), 這款導(dǎo)航設(shè)備被稱為“量子羅盤”。它是不依賴全球定位衛(wèi)星 (GPS) 的防干擾導(dǎo)航裝置。
量子羅盤能測(cè)量極低溫度 (接近絕對(duì)零度, 也就是零下273度) 下超冷原子的運(yùn)動(dòng)。冷原子的物質(zhì)波干涉可以測(cè)出加速度的信息, 從而實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航。而且量子羅盤的導(dǎo)航精度非常高, 比目前依靠經(jīng)典電路的電子羅盤精度要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
量子羅盤的主體構(gòu)造（來源：知乎 待考證）
從指南針的發(fā)明與改進(jìn)歷程來看，這是一個(gè)不斷加深認(rèn)識(shí)和改進(jìn)的系統(tǒng)工程，也需要一代代的科學(xué)家不斷更新知識(shí)和改良。這前提是，我們要敢做敢想，敢于將思維延伸出去。
指南針作為我國(guó)古代四大發(fā)明之一，在人類發(fā)展史上起著極其重要的作用。然而在六百多年前，雖然我們擁有世界上最大的艦隊(duì)，卻沒能成為航海大時(shí)代的引導(dǎo)者。我們失去了海洋，讓給了葡萄牙、西班牙和荷蘭等這些海洋霸主。今天，我們?cè)诤Ｉ享斨鴫毫ζ疵a(bǔ)課，只為交上晚了幾百年的作業(yè)。我們擁有著地球上最璀璨耀眼的文化，也一定要秉承著這種越挫越勇的精氣神及對(duì)未知的求知欲和探索精神，復(fù)興我華夏文明。
美編：張 岳
校對(duì)：李玉鈐
2、古代指南針為什么叫指南針，古代指南針為何不叫指北針
古代指南針，又稱司南
指南針為什么不叫指北針？其實(shí)指南針上面的箭頭一般是指北方的，那么為什么還叫指南針呢？因?yàn)楣糯酥副笔遣挥弥改厢樀模峭ㄟ^看北極星。
為什么不叫指北針？
中國(guó)是個(gè)天文學(xué)很發(fā)達(dá)的國(guó)家，而且位于北半球。在很久很久以前，古人就對(duì)天上的恒星、行星、星座感興趣并勤于觀察。他們對(duì)天空中的北斗七星是相當(dāng)熟悉的。這7顆亮星中的4顆組成斗形，另3顆組成斗柄；而且用北斗星很容易找到位于北極的十分耀眼的北極星。用北極星指北是中國(guó)人的常識(shí)、中國(guó)人的傳統(tǒng)和習(xí)慣。
有了這個(gè)可以指北的標(biāo)志物，任何事物都是不能和它爭(zhēng)鋒抗衡的，也不允許與它爭(zhēng)，就如同日出指東一樣。正因?yàn)槿绱耍改厢樀摹袄献孀凇?也是制成北斗七星的形狀，取名司南。
可能是因?yàn)檫@個(gè)叫“司南”的工具，所以后來大家就有了指南針這樣一個(gè)說法了，習(xí)慣之后其實(shí)也沒人去在乎為什么不叫指北針，因?yàn)槟虾捅笔菍?duì)著的，知道了北方就一定知道南方。
另外在我國(guó)古代文化里，南為陽(yáng)，北為陰，活人都以陽(yáng)為尊。皇帝都是面南背北坐，正屋的門窗都開向南。所以指示方向，也以南為主。
司南是指南針的始祖
指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，它是用天然磁石制成的，樣子象一把湯勺，圓底可以放在平滑的“地盤”上并保持平衡，且可以自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它靜止的時(shí)候，勺柄就會(huì)指向南方，古人稱它為“司南”。當(dāng)時(shí)的著作《韓非子》中就有：“先王立司南以端朝夕。”“端朝夕”就是正四方、定方位的意思。《鬼谷子》中記載了司南的應(yīng)用，鄭國(guó)人采玉時(shí)就帶了司南以確保不迷失方向。
春秋時(shí)代，人們已經(jīng)能夠?qū)⒂捕?度至7度的軟玉和硬玉琢磨成各種形狀的器具，因此也能將硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石制成司南。東漢時(shí)的王充在他的著作《論衡》中對(duì)司南的形狀和用法做了明確的記錄，司南是用整塊天然磁石經(jīng)過琢磨制成勺型，勺柄指南極，并使整個(gè)勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盤之中，地盤外方內(nèi)圓，四周刻有干支四維，合成二十四向，這樣的設(shè)計(jì)是古人認(rèn)真觀察了許多自然界有關(guān)磁的現(xiàn)象，積累了大量的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過長(zhǎng)期的研究才完成的，司南的出現(xiàn)是人們對(duì)磁體指極性認(rèn)識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。
指南針是怎樣發(fā)明的
古代民間常用薄鐵葉剪裁成魚形，魚的腹部略下凹，像一只小船，磁化后浮在水面，就能指南北，當(dāng)時(shí)以此做為一種游戲，東晉的崔豹在《古今注》中曾提到這種“指南魚”。
北宋時(shí)，曾公亮在《武經(jīng)總要》載有制作和使用指南魚的方法：“用薄鐵葉剪裁，長(zhǎng)二寸，闊五分，首尾銳如魚型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對(duì)子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之。用時(shí)，置水碗于無風(fēng)處平放，魚在水面，令浮，其首常向午也。”這是一種人工磁化的方法，它利用地球磁場(chǎng)使鐵片磁化，即把燒紅的鐵片放置在子午線的方向上，燒紅的鐵片內(nèi)部分子處于比較活動(dòng)的狀態(tài)，使鐵分子順著地球磁場(chǎng)方向排列，達(dá)到磁化的目的，蘸入水中，可把這種排列較快地固定下來，而魚尾略向下傾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的發(fā)明，對(duì)指南針的應(yīng)用和發(fā)展起了巨大的作用，在磁學(xué)和地磁學(xué)的發(fā)展史上也是一件大事。
北宋的沈括在《夢(mèng)溪筆談》中提到另一種人工磁化的方法：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”按沈括的說法，當(dāng)時(shí)的技術(shù)人員用磁石去摩擦縫衣針，就能使針帶上磁性。從現(xiàn)在的觀點(diǎn)來看，這是一種利用天然磁石的磁場(chǎng)作用，使鋼針內(nèi)部磁疇的排列趨于某一方向，從而使鋼針顯示出磁性的方法，這種方法比地磁法簡(jiǎn)單，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的發(fā)明不但世界最早，而且為有實(shí)用價(jià)值的磁指向器的出現(xiàn)，創(chuàng)造了條件。
（文章來源：文摘周刊）
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