王大虎

王大虎:航海术的进步

王大虎

从2世纪末东汉灭亡,到13世纪70年代元统一以前的约1200年中,中国历史上数次出现分裂局面,在这种情况下陆路东西交往受阻,海外诸国在中国对外贸易中的地位迅速而持续地上升,中国与波斯湾和地中海周围地区的交通越来越倚重于海路。航海术正是在这些时期有了巨大的进步。

(一)导航术

唐宋时代的中国导航术在世界上处于遥遥领先的地位。除了过去传统的航海导航术,如海外地理学、地文定位、天文测星、船舶操纵技术等继续发展以外,以量天尺为测星工具的大洋天文定位术和全天候的磁罗盘导航的使用,是这一时期中国导航术发展的基本标志,也是中国航海得以发展、长期领先于世界的最重要的物质基础。通过指南针可以测定航向,观星术则可确定船在海中的纬度,两者配合使用可确定船在海中的位置。

 

 

(1)唯望日月星宿而进

 

天文导航的产生先于指南针导航。在指南针航术发明后,天文导航仍然是远洋航行中最重要的技术手段之一,两者相辅使用。

东亚大陆的海岸线基本上是南北向的,这一地理条件使古代东亚航海的天文导航相对较为容易。当中国海船启航时,无论是采用沿海航行法还是近海航行法,都是大体沿南北向航行,天文导航的主要依靠对象是北极星。晋代葛洪的《抱朴子·外篇》提到:“夫X逆乎云梦者,必须指南以知道;并乎沧海者,必仰辰极以得返。”就是说,航海不观测北极星是无法返回的。

当海船进入东南亚、印度洋后,地理条件发生了极大的变化,海岸线变得极为曲折:中南半岛与马来半岛间隔着暹罗湾,马来半岛与印度之间隔着孟加拉湾,印度与东非之间则是阿拉伯海。光靠北极星已经无法导航。从先秦时代起,东南亚、印度洋航海的传统方法是沿东南亚、南亚大陆的曲折海岸线而行。这种航行法虽然较安全,但绕道而行,航期很长。

航海技术的发展,使海船脱离陆地的能力越来越强。人们开始尝试穿越大洋的航行。在远离海岸的情况下,传统的陆标定位术已经不起作用,需要一种新的从已知船位推算未知船位的航迹推算术。天文导航术的历史就是朝满足这种需求方向发展。晋代法显曾经陆路赴印度、斯里兰卡,然后取海路返回。他在自己的游记中写道:“大海弥漫无边,不知东西,唯望日月星宿而进”,说明他所乘坐的海舶是从斯里兰卡直接向东航往苏门答腊。这就是说,在南朝时期,印度洋海船已经掌握了印度洋天文定位的技术,这是航海科学发展史上的一大突破。

唐代天文定位术的发展,集中体现在利用仰测两地北极星的高度差来确定南北距离变化的大地测量术上。唐开元年间,著名天文学家僧一行(俗名张遂,673—727年),曾率领南宫说等人,对唐朝的疆域进行了一次大规模的大地测量。一行创造了一种简便的仪器“复矩”,来测量北极星距离地平的高度,即所谓“以复矩斜视北极出地”。最后得出的结论是,“大率三百五十一里八十步(相当于129.22公里),而极差一度”[38]。这与现代天文大地测量值111.2公里虽有一定距离,但已经具有航海的实用性。

1973年在福建泉州市后渚出土的宋代海船舵尾仓(第13仓),即舟师所居仓中,发现一把竹尺,残长20.7厘米,宽2.3厘米,尺内一半分五格,每格长2.6厘米。未分格的部分,可能是手持时用。这应当就是一把“量天尺”,即测量“星高”的尺。使用时伸臂竖握此尺,使其下端与水天线相切,以观测天体的视线与此尺相交的寸、分读数为测天之高度。这种尺使用捷便,如用以测量北极星,可依照测高读数,判别海船所在地理纬度。

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(2)指南浮针

天文导航术的关键在于观察日月和测定星高,其目的是确定船的纬度和方向。但天文导航受天气影响大,阴雨天无法观天,无从根据日月方向和星高来判明船所处位置,从而限制了其使用范围。指南针的使用使导航不再受制于气候,是世界航海史上一项重大的发明。

指南针最初是为确定朝向风水而发明,至迟于11世纪初已经问世。现知最早提到指南针的是成于1041年的相墓著作《茔原总录》,书中提到,欲定东西南北,必须让磁针指丙午之间的方位,则午向为正南。这说明当时已经发现了磁偏角为南偏东7.5度。磁偏角不可能在应用指南针之初发现,这反映出指南针的发明应在此之前很久。

据成书于1088—1095年间的《梦溪笔谈》记载,安置指南针的方法有4种:(1)把磁针横穿于灯芯草之上,浮置水面;(2)置磁针于指甲上;(3)置磁针于碗唇上;(4)以丝线系磁针腰部,使平悬于无风处。1044年泉州曾公亮(999—1078年)在其主编的《武经总要》中还记载了一种指南鱼,是用薄铁片剪成鱼形,将其磁化后成为指南鱼,浮置水面即可指示南北。南宋时X靓在《事林广记》卷10中又记载了另一种木刻指南鱼,其制法是以木刻成鱼形,中开一窍,置入磁石,浮置水中。

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约11世纪下半叶,指南针成为导航仪器。北宋时朱彧《萍洲可谈》在谈及10X至1102年其父在广州时所见航海活动时说,“舟师识地理”(即船老大辨识方向)时,夜以观星,昼以观日,阴晦天则观指南针。1124年徐兢在《宣和奉使高丽图经》中也说,天气晴朗的夜间凭星斗航行,晦冥则全靠“指南浮针”。“指南浮针”这个术语说明当时采用的是《梦溪笔谈》中提到的水浮法。其装置法是在刻有24方向的木制罗经盘中凿一圆坑,中置水,将磁针横贯灯芯草后浮置水面,即成水罗盘,又称针盘。宋代海船中已经有专门舱房放置针盘,称为针房,由经验丰富的火长专职掌管。

指南针导航术在发明后不久便以极快的速度传播到海外,为外国航海家所知。在宋代这一先进技术已经传到欧洲。据李约瑟考证,欧洲最早有关指南针导航术的记载,是英国人亚历山大·尼科姆(Alexander Neckam,1157—1217年),他于1190年已经提到航海罗盘。

阿拉伯人应用指南针早于欧洲人,但文字记录指南针却晚于欧洲人。欧洲人是通过大食人的中介学会指南针导航术的。在成书于1282年的《商人辨识珍宝手鉴》中,大食矿物学家贝拉克·卡巴扎吉(Bailak al-Qabajaqi)说,他曾乘船从特里波里到亚历山大城。航行中他看见船员们使用借助木片或苇箔托浮在水面上的磁针来辨别方向。这说明大食航海指南针也采用水浮法,与中国的浮针肯定有渊源关系。上引《商人辨识珍宝手鉴》中还说,在印度洋中航行的船舶中将以中空的磁铁制成的磁鱼浮置水中,其头尾分别表示南北方向。这种指南鱼与《武经总要》中提到的指南鱼应当也有渊源关系。

指南针传入欧洲后,其装置方法得到改进,发明了有固定支点的旱罗盘。16世纪上半叶葡萄牙人到达日本,日本航海家学到旱罗盘。明代李豫亨的《推蓬寤语》提到,中国原先所习用的针盘用水浮法,视其所指,以定南。以后因东南沿海倭寇入侵,中国人发现日本人用旱罗盘,才因之学得。旱罗盘通过日本传到中国时在16世纪下半叶,此后水罗盘逐渐被淘汰。

英国著名学者李约瑟博士在其巨著《中国科学技术史》第29章中高度评价了指南针的发明。指南针的应用是航海技术的巨大变革,它象征着原始航海时代的终结和航海新时代的开始。只有在掌握了指南针后,大洋才不再是人类不可逾越的障碍。

宋人周去非在《岭外代答》“大食国”条说,仲冬从广州乘北风启航,约40日可至兰里(今苏门答腊岛西北端之班达齐亚),在此等候到东北风后,再次启程,顺风行约60日可达麻离拔(今阿曼佐法尔省首府萨拉莱以东之Mirbat)。从华南到阿拉伯半岛南端的航距长达2500海里,这种长距离跨越大洋的航行是在磁罗盘和天文定位导航术的基础上实现的。

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(3)《海岛算经》

唐代具有航路指南性质的资料已经出现。从唐宰相贾耽的“广州通海夷道”中可知,当时亚洲海舶在西太平洋—北印度洋海区内已经有相对固定的航线,航海家对这一海区内某些重要的目的港之间的航程也有了较为准确的认识和记载。

地文导航的关键在于正确地辨识航线沿途所经的地理坐标物。特别值得注意的是,随着数学的进步,航海家已经能在勾股定理与相似比例关系的原理基础上,运用两次观测计算的“重差法”来测量陆际。这一科学进步使海岸测量术迅速发展起来。唐代数学家李淳风在《海岛算经》曾举出一道应用题云:“今有望海岛,立两表,齐高三丈,前后相去千步,令后表与前表相参直,从前表却行一百二十三步,入目着地取望海岛,亦与表末参合。问岛高及去表各几何?”根据“重差法”可算得,岛高1255步,而岛与第一表之距离为30750步。这清楚地证明,唐代我国航海家的地文导航术已经发展到相当高的水平。

南宋人周去非曾描述过当时水手辨识地理的情景:舟师在运用地文导航术时,基本上以沿海岛屿或陆地上高耸的山峰为标志。当海上隐隐有山时,便努力辨认,以图确定是什么地方。当商舶计划前往某国时,舟师对顺风时航线所经各地的时刻、对船舶何时应转变航向已经大体有数。顺风风速高时船行速度快,按时辰推算,虽然尚不应转向,但只要已见预定的地理坐标,水手也果断地转舵[39]。

周去非所述中国舟师们在海中辨识地理的情况,形象地说明了中国古代水手们在世世代代的航海生涯中,积累了无数的实践经验。这种经验最初是在航海的旅程中,在现场以口口相传的办法师徒相授的。漫长的航线上,沿途各地地理标志物特征各异,转变航向的方向也各异,稍一不慎,辨识有误,或航向有偏,就可能“舟行太过,无方可返”[40],极易造成舟毁人亡的惨剧。因此稍识文字的舟人都会记下航线和沿途标志物及应转的航向。航路指南及海图就是在这种情况下出现的。

中国的海图至少在宋代已经出现了。北宋咸平六年(1003年),广州地方官曾向朝廷进呈《海外诸蕃图》[41],宣和五年(1123年),徐兢奉使高丽时,曾在“神舟所经岛洲苫屿而为之图”[42]。《诸蕃志》的作者赵汝适在自序中提到:“暇日阅诸蕃图,有所谓‘石床’、‘长沙’之险,交洋竺屿之限”。[43]这里的“所谓‘石床’、‘长沙’之险”,指南海诸岛,可见这种“诸蕃图”应当就是海图。可惜的是这些早期的海图早已亡佚,其原貌已不得而知。

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(二)番舶与中国船

(1)南海番国船

当时往返于中国东南沿海港口与东南亚、印度洋诸地的船舶既有外国船,又有中国船。外国船也有多种,元开《唐大和尚东征记》提到唐代广州珠江中停泊有婆罗门船、昆仑船和波斯船。这大致代表了当时番舶的种类:即东南亚船(昆仑舶)、南亚船(婆罗门舶)和西亚船。这些外国船因多从南海而来,又统称为“南海舶”,即《唐国史补》卷下所谓“南海舶,外国船也,每岁至安南、广州”。

在婆罗门船中,有一种“狮子国舶”,即斯里兰卡船。《唐国史补》卷下说它在外国船中最大,“梯而上下数丈,皆积宝货,至则本道奏报,郡邑为之喧闻”。

“昆仑舶”(东南亚船)在东南亚、印度洋航海起着举足轻重的作用。唐代义净赴印度时,从广州启程时乘坐的是波斯船,这可能是指东南亚的“波斯”,即今之缅甸的勃生[44]。义净到达室利佛逝以后,换乘室利佛逝船前往末罗瑜,即今马来半岛南端,再由此往东印度。他沿途换乘的几乎全是东南亚船。昆仑舶来华数量多,次数频繁,所以《旧唐书·王方庆传》记载,当时在广州每年都有“昆仑舶以珍物与中国交易”。

西亚船中之大者称为“大食巨舰”,其中以“木兰皮”舟为最。“木兰皮”即阿拉伯语Maghreb的音译,今译作“马革里布”,意为“极西之地”。所以“木兰皮”舟意为西大食舟。据《诸蕃志》记载“木兰皮”舟“可容数千人,舟中有酒食肆机杼之属”[45]。“木兰皮”舟,周去非称为“木兰舟”,说这种船比在南海(即东南亚)中航行的船更大,“一舟容千人。舟上有机杼市井”,他又说:“今世所谓木兰舟者,未必不以至大言也。”

宋代沿海港市人民对异域船除了以地方命名以外,还以载重量分等,分别命名。《宋史·食货志》提到,蛮夷船“最大者为独樯舶,能载一千婆兰,次曰牛头舶”,载重为前者的1/3;再次曰“三木舶”,又为牛头舶的1/3。这里表示载重量的单位“婆兰”,看来是一种外国重量单位,其确实含义尚有待于研究。周去非说,南海中的“番舶大如广厦”,可行数万里,载千百人。载重万斛的番舶,其舵长三丈。按一斛为一担,重60公斤。所以万斛之舟载重量已达600吨。

数万斛之舟相当于排水量一两千吨的船。在以木材为基本造船材料的时代,这恐怕已是船舶载重量的极限了。建造这种巨舟单靠一国之力难以完成。仅就其船舵而言,因船体过大,一般木材难以胜任,“卒遇大风于深海,未有不中折于深海者”。唯有使用钦州(今广西钦州)出产的乌婪木,才可制成长达五丈的巨舵,“虽有恶风怒涛,截然不动”。据说这种巨舵在钦州一双不过值钱数百缗,一旦运到番禺,立即升值十倍[46]。换句话说,这种巨舟是以中外合作的方式建成的。

印度洋的番舶制造工艺与中国船大相径庭。唐代刘恂的《岭表异录》提到,当时番贾的船不用铁钉,只用桄榔须系缚,泥以橄榄糖。糖干后甚坚,入水如漆也。僧人慧琳在《一切经音义》中也说,“昆仑舶”是用椰子皮为索连接,葛览(橄榄)糖灌塞,使水不入,而不用钉。汪大渊曾提到过这种船,他在叙述甘埋里国[47]时说,“其地船名为马船,大于商舶,不使钉灰,用椰索板成片。每舶二三层,用板横栈,渗漏不胜,梢人日夜戽水不使竭”。这种船就是缝合式木船,马可·波罗也提到当时这种船在印度洋上比比皆是。这种式样的船船体强度较差,抗风浪能力弱,易渗漏,汪大渊已经指出了它的弱点。

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(2)中国海舶

相较之下,唐代中国造船早已脱离了印度洋船舶的这种原始简陋的工艺,而大量采用钉榫接合技术。我国考古学者曾分别于1960年3月和1973年在江苏扬州施桥镇和江苏如皋县的遗址中发现过唐代木船,其船型虽不同,但均使用钉榫接合技术。如皋唐船还建有9个水密隔仓,这就大大增强了船舶的横向强度与抗风浪和抗沉能力。还有一种名曰“海鹘”的海船,船舷左右置浮板,形如鹘之翅,以防止侧倾。这种浮板实际上是舷侧防浪板。

唐代我国已经能建造巨大的远洋海舶。据慧琳在《一切经音义》中说,常见的一种称为“苍舶”,长达20丈,可载六七百人。许多阿拉伯旅行家曾描述过唐代航行在印度洋水域中的海舶。因为幼发拉底河与底格里斯河的冲积,波斯湾中浅滩很多,中国海舶体积大,吃水深,航行不便。因此阿拉伯旅行家苏莱曼说,波斯湾中诸港之间的航线多由当地小型船舶担任,它们把各地的土产运抵尸罗夫港(Siraf),再转驳中国船运往东方。印度西南部的故临是各国海船加注淡水的地方,对中国船每次要收费1000迪尔汗,而其他诸国船仅收10—20迪尔汗[48]。这种收费上的差别除了对不同地区船征收不同税率的因素以外,显然是因为中国船特别大的缘故。

在宋代,海船制造的工艺与技术有了明显的进步。结合文献记载与1974年在福建泉州出土的宋船残骸及1976年在韩国新安发现的元船可知,宋代中国海船的基本特点如下:

第一是载重量大。据吴自牧《梦粱录》记载,宋时海船大者载重达五千料[49],可载五六百人。载重五千料相当于三百吨位。那时中型的海舶载重达一千料至三千料,可载二三百人。那时应用得最普遍的是“可载二千斛粟”的中型海船,称为“客舟”,“长十余丈,阔三丈五尺”。而长阔高大皆三倍于“客舟”的海船,叫“神舟”,望之“巍如山岳,浮动波上”[50]。按长阔高皆扩大三倍,体积便增至20余倍。据此推算,这种“巍如山岳”的神舟的载重可达五万余斛,相当于三千吨。如果的确如此,真是十分惊人的巨舰。

周去非曾描述过宋代在南海中航行的一种巨舟,说其“帆若垂天之云,柁长数丈。一舟数百人,中积一年粮”,舟人们甚至还在船上养猪、酿酒。这种巨舟应当就是“神舟”。大舟巨舰在航海中“不忧巨浪而忧浅水”,因吃水深,“漂至浅处而遇暗石,则当瓦解矣”[51]。

第二是船体坚固,结构良好。船体“以巨木全方,搀叠而成”[52]。考察泉州古船可知,这条船的龙骨由两根松木接合而成,采用体外龙骨的设计和直角榫合的工艺,增大了船的纵向强度。海船的船壳、船底用二重板叠合,舷侧则用三重板叠成。自龙骨至舷有侧板14行,1—10行由两层板叠合而成,11—13行由三层板叠合而成,采用搭接和拼接两种结构工艺,以钉榫为主要构件。里层船壳板的上下板之间都用子母衔榫合。尖底造型使船壳弯曲弧度大,多重板工艺使取材、建造和维修较为容易,二重或三重木板加固的侧板与船壳板使全船的强度大为提高更耐波浪,利于远航[53]。

泉州湾海船使用铁钉,大钉极长,并用桐油、麻丝、石灰等嵌缝,以防渗漏和钉头锈蚀。当时中国的东亚近邻国家虽然学习中国造船工艺,但技术上与中国仍有明显差距。据《玄览堂丛书续集》“日本海船”条记载,当时日本船既不用铁钉联接,“惟联铁片”;也“不使麻筋、桐油,惟以草塞制漏而已”。总之,船板采用榫联和铁钉加固,并用桐油灰塞缝是我国唐宋以来发展起来的先进造船工艺,直至今日仍在木船建造中普遍使用。

宋代中国海船船体一般有十几个水密舱,泉州湾海船用12道隔板把船体分为13个水密舱,水密程度很高,即使在海难中破损一两个船舱也无倾覆之虞。这种13舱的木船直至近代还为福建沿海人民所沿用。据学者调查,这13个舱位各有专门名称和用途[54]。

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宋代徐兢的《宣和奉使高丽图经》提到宋代海舶“上平如衡,下侧如刃”。《宋会要辑稿》也提到宋时南方海船“面宽三丈,底宽三尺”。上面提到的1974年泉州市东南郊后渚港出土的宋末海船,根据造船学家研究,其船形特点是:底尖,船身扁阔,长宽比小,平面近椭圆形,我国南方海船的这种V型船体结构设计,不但可增强船舶的稳定性与回舯扭矩,而且能减少水下阻力,使海船在遇到横风时横向移动较小,适于在风力强、潮流急的海域航行。在顶风行船时更显优越,“贵其可破浪而行也”。为改善船舶的摇摆性能,宋代水手还在船腹两侧“缚大竹为橐以拒浪”[55]。

元末摩洛哥旅行家伊本·拔图塔曾描述中印度洋上的中国海船,他说,中国船分大中小三等,大者有船员千人,即水手六百、卫兵四百,有三帆至十二帆,皆以篾编成,并有随行船相随。随行船有三分半大、三分之一大、四分之一大三等。像这样的大船仅产自广州和泉州。船底系用三层板以巨钉钉合而成。舱分四层,有公私舱房多间,船员常在木盆中种植蔬菜。橹大如樯,每橹缚有铁链两条,摇橹时有十人至十五人,分两排对立。马可·波罗在他的游记中也有翔实的描述。

 

 

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