孙广杰
“工欲善其事，必先利其器”，东方地理学为西方提供了数种比较成熟的仪器，成为西方制作和发展导航与定位仪器的原型。这些作为原型的仪器主要有：罗盘、象限仪、星盘、平板仪以及附属的天文表册。这些仪器由东方传播到西方时都已经比较成熟，具有较高的精密度和较强的实用性，因此脱离了一般的“工具”，而成为比较成熟的“仪器”了。在东方地理学仪器的帮助下，西方的导航和定位仪器发展比较快，航海事业出现了繁荣景象，西方的视野不断地扩大，世界观念取得了重要的进步。
一、罗盘的起源、西传与作用
12世纪末期，地中海地区的海员开始使用罗盘，逐渐地打破了西方航海的古老传统，使西方的航海活动出现了全新的面貌。西方对于欧洲周边海域的认识也随之得到了拓展与加深。关于罗盘的起源，人们曾经提出过多种假说，例如中国发明说、北欧海员发明说、地中海海员发明说、穆斯林海员发明说，以及各地独立发明发展说等。事实上，罗盘是由古代中国人发明，尔后辗转传播到地中海地区的。其他的假说则很难与事实相符。由于一些颇具代表性的学者对此仍持怀疑态度，所以我们需要较多一些的篇幅来厘清这个问题。
（一）罗盘在中国的起源与西传
古代中国的磁学和罗盘术，具有独立创制、循序渐进的特点，起步比较早，发展水平比较高，发展链条比较清晰，各个发展环节构成了一个比较完整的体系，同时具备了对外传播的能力和条件。
早在商朝时期，中国的一些建筑物就以地磁北极为基准而布局，显示出那时的中国人可能已经注意到了磁石的指向性；至少在4世纪，中国人已经学会了利用天然磁石来辨别方向；在以往资料的基础上，于1044年编辑而成的《武经总要》，描述了在脱离天然磁石的情况下，根据“居里点”原理，人工获取鱼状指南针的办法。这种办法可供陆地行进中使用，不过并不能满足航海事业的需要。
北宋时期，沈括（1031—1095年）在1088年写作的《梦溪笔谈》中，清晰地描述了水浮式、坚滑式和缕悬式三种指南针，表明了中国已经出现了水浮式罗盘和旱罗盘的基础理论，以及实物雏形；书中还描述了中国堪舆师手中的罗盘，并且明确地指出了磁偏差的存在。在《补笔谈》中，沈括又明确地指出，人工制作的磁针存在着指南针和指北针两种类型。北宋晚期的寇宗奭在1116年写作的《本草衍义》中清晰地描述了水罗盘，并且给出了磁偏差的准确数据，即“以针横贯灯心，浮水上，亦指南。然常偏丙位”。
这说明，这种水罗盘并不是仅能告诉人们大概方向的、简陋的雏形物，而是能够使人们准确地辨别出方向的实用工具。或许我们无从知晓它是否配有刻度盘，但是非常明确的是，根据它的指向，可以准确地计算出方位角度数据，其效果与从罗经卡上读数是相同的。否则，寇宗奭怎能判断它“常偏丙位”？因此，这种水罗盘的磁针指向完全可以和方位刻度对应起来，成为一种实用罗盘。
稍后，陈元靓于1150年撰成的《事林广记》，明确地记载了一种“绕干式支枢转动的木龟”式罗盘，是一种比较明确的旱罗盘。这样，至少在12世纪中期，中国的水罗盘与旱罗盘都已经齐备了。
12世纪初期，朱彧《萍洲可谈》描述了当时广州航海事业的繁荣景象，明确地写道：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。1124年徐兢《宣和奉使高丽图经》记载的1123年作者乘船往返于朝鲜半岛和宋朝中国之间的航行状况，清楚地写道：“是夜，洋中不可住，惟视星斗前迈，若晦冥，则用指南浮针，以揆南北。入夜举火，八舟皆应。”这两条记录描述的都是实用航海罗盘，而不是某种简单的雏形物。这种实用航海罗盘的性能至少不会弱于寇宗奭所描绘的水罗盘，即至少能够使海员比较迅速地判读出比较准确的方位数据，而不是仅仅给出大致的方向，否则它就无法在航海实践中应用。
南宋赵汝适（1170—1231年）在《诸番志》中写道：“舟舶来往，惟以指南针为则，昼夜守视惟谨，毫厘之差，生死系焉”。大约比他稍晚一些的吴自牧在《梦粱录》中写道：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行，及火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”毫厘之间，关乎生死存亡，清楚地说明，中国的实用航海罗盘能够迅速地、准确地提供方位数据，即它配有的刻度盘是比较精确的，而且磁针也能够灵敏地、准确地指向相应的刻度。唯有如此，海员们才能够保证船舶的航行方向毫厘不差，从而保证航行的安全。
徐兢使团乘坐的船舶成功地摆脱了恶劣天气的阻挠，平安地返回中国，说明海员们对于船舶的航行方向确实把握得非常准确，做到了“毫厘不差”，也证明船上配备的是比较成熟的、配有比较精确的刻度盘的实用航海罗盘。此外，正常情况下，同时代的朱彧所描述的罗盘也应是这种实用航海罗盘。这种罗盘就不再是简单的工具，而是比较精密的仪器了。
于是，至迟在北宋晚期，这种仪器已经在中国海员手中得到广泛应用了。与此并行的是，中国堪舆师手中的罗盘则在陆地上广泛地应用着。这两种罗盘的应用都比西方最早了解到磁石（针）指向性的时间早了大约一个世纪。
与此相对照的是，其他诸多假说，往往难以与事实相符。中世纪的北欧海员确非罗盘的发明者；中世纪的穆斯林海员在印度洋上的航行，主要依靠季风，以及观测星体从而确定纬度的办法，好像并没有使用罗盘，不太可能成为罗盘的发明者。
同时，地中海地区或者欧洲其他地区，也不具备独立创制罗盘的条件。主要原因在于，制作出罗盘上的最关键的元件——指南针或指北针的前提是，充分认识到磁石（针）的指向性；而文献资料显示，虽然古希腊人早就认识到了磁石具有吸引铁的性质，但是并未认识到它们的指向性，在12世纪晚期以前，西方人始终未能认识到磁石（针）的指向性，发明磁针和罗盘就无从谈起。西方人最早认识到磁石（针）的指向性的文字记录是大约1178年，由亚历山大·内克姆写下的。
这位英国学者描述了两种罗盘，一种是水浮式的，另一种是将磁针装配在一支枢轴上的，使其可以自由转动以指示南北。他对于水浮式罗盘的描述与寇宗奭《本草衍义》中的描述基本相同；他对于枢轴式罗盘的描述则类似于《事林广记》中的龟式旱罗盘的描述。这些可以看作是中国的水罗盘和旱罗盘同时传播到西方的证据。
中国人从大约4世纪时利用天然磁石辨别方向，到《武经总要》描述“指南鱼”式的指南针，以及沈括描述三种指南针，大约经历了700年的时间。而且，这些指南针虽然看似简易，却并不易被人们掌握，它们都是在反复实验和长期经验积累的基础上试制成功的，绝非一蹴而就。而12世纪晚期，西方初识磁石（针）的指向性，就直接知晓了寇宗奭和陈元靓分别描述的水、旱罗盘，可以说，这在认识上是一种跨越式的发展，只有在引入外来先进技术的条件下才有可能发生。
值得注意的是，亚历山大·内克姆并没有发现磁偏差。西方发现磁偏差迟至15世纪，很有可能是由北大西洋上的海员发现的；所谓哥伦布在1492年首次通往美洲的航行中发现磁偏差的说法完全是一种传说，不足采信，不过在这次航行中，哥伦布确实已经了解到了磁偏差。这好像再一次说明，西方使用的罗盘是一件从外部引进来的工具，并非自行研制，因此人们对于它的指向性的理解并不深刻，在经历了一个缓慢的学习过程之后，才逐渐地熟悉了它的特点。
因此，西方磁学的发展和罗盘的使用具有滞后性和突然性的特点，这是在引入外来先进技术的情况下产生跨越式发展的比较明显的特征。
罗盘在中国发明以后，很有可能通过穆斯林海员传到了西方。目前，我们所能看到的，穆斯林为我们留下的关于罗盘的最早的明确记录出现在1232年，比欧洲人的最早记录（大约1178年）要晚大约半个世纪。不过，这并不能说明穆斯林对于罗盘的了解晚于西方，而是可以说明穆斯林并没有充分重视罗盘，因此文献记载出现的也较晚；或者更早的记载罗盘的穆斯林文献已经散失亦未可知。
两宋时期，中国对外贸易发达，海路兴盛；两宋与50多个国家保持繁荣的海上贸易，范围涵盖了亚洲的大部分沿海国家和地区，以及东非和地中海沿岸的不少地区；在宋朝的海外贸易中，穆斯林商人和海员占有至关重要的地位。这一时期，旅居中国的穆斯林为数众多，并且常常聚居在广州、泉州等重要港口，乘坐中国的海船也习以为常。在这样的中外交流环境中，穆斯林海员不太可能不注意到中国船舶安危之所系的罗盘。只是由于他们自身在印度洋的航行并不依赖罗盘，因此没有给以足够的重视。不过，他们把罗盘带到阿拉伯半岛和地中海地区仍然是有可能的。
同时，陆路传播的可能性也是比较现实地存在着的。实行宗教宽容政策，利于商旅往来，并与俄罗斯有着密切的经济文化交流的西辽王国（1124—1211年），可能是罗盘传播的重要中转站，而它的存在时间又恰巧是罗盘传播到西方的时期。西伯利亚人、俄罗斯人以及中亚地区的居民有可能成为了传播的中介，罗盘有可能作为施行巫术的工具，以及天文学家勘测当地子午线，与校准日晷的仪器而向西传播。“着实令人惊奇的是，迟至17世纪，勘测家和天文学家所用在罗盘上的指针全都做成指示南方（与航海家的指北针正相反），正如或许在此一千年之前中国的所有磁针那样”，也说明了罗盘经由陆路西传的可能性。如果陆路传播成立，那么，罗盘可能先到达了中亚和西方的天文学家的手上，而后传到了地中海的船舶上。
因此，罗盘在中国发明后，可能是通过海、陆两路同时传播而到达西方的。而由阿拉伯人作为中介的海路传播的可能性更大一些。
12世纪末期，传播到地中海船舶上的那些罗盘中至少含有中国的实用航海罗盘，或者在功能上非常接近它的罗盘。亚历山大·内克姆描述的水罗盘和枢轴式罗盘很有可能就是这种罗盘。只有这种比较成熟的仪器在此时到达这里，地中海海员才可以直接掌握这项技术，或者在较短的时间内完成改进，使之符合航海实践的需要。
（二）罗盘在欧洲的发展和影响
获得了来自中国的实用航海罗盘或者其接近型后，西方就站在了一个比较高的起点上，罗盘术的发展大大加快了。大约1300年，意大利阿玛尔菲地区出现了把罗经卡（即方位刻度盘盘面）和磁针粘附在一起的罗盘，使海员们能够更加便捷和准确地读出方位数据，它成为以后几个世纪里的西方罗盘的基本形式。14世纪，西方发明了罗经柜以保护罗盘，并且添置蜡烛以适合夜间照明之用；15世纪，人们又为罗盘加装了常平架，使它能够在颠簸的航船上更好地保持水平。
罗盘先是在古代中国经历了一个非常漫长的发展时期，尔后在西方突然出现，然后在那里获得了快速的发展。尤为重要的是，在西方“突然出现”的罗盘是中国的实用航海罗盘或者其接近型，这就为西方罗盘术的发展提供了一项比较成熟的原型仪器，成为西方罗盘术能够迅速发展的基础性因素。当然，西方人也有能力独立制作出罗盘，但是直至12世纪晚期，他们都未能完成这项任务，甚至未能认识到磁石（针）的指向性；如果他们继续独立探索，那么罗盘在西方的出现很有可能还要延迟相当长的一段历史时期，而中国罗盘的传入结束了他们在黑暗中摸索的时期，使西方罗盘术进入了迅速发展的新阶段。
在罗盘传入以前，西方的航海活动具有非常明显的局限性。在地中海地区，船舶只能在4月至9月期间航行，在10月至次年3月停航，即“冬季的海洋无法通航”。这个古老的传统被地中海地区的人们恪守了几千年。在这种情况下，西方的一些主要的航线，例如从威尼斯到黎凡特地区的航线，只能在夏季通航，一年只能完成一次往返的航行。冬季里的航行不能说没有，但是这种情况是极为罕见的。
在航行中，地中海的海员们根据重要的潮汐、洋流、盛行风、明滩暗礁以及陆地景观等知识来判断船舶所处的位置，以及众多港口之间的方位和距离。由于地中海深度太大，所以在北海和波罗的海广为使用的铅垂线在这里无法使用，地中海的海员们基本上不使用任何工具，仅凭上述知识来判断船舶的航向。地中海地区多风，多阴云天气，常常对于海员们的航海知识的运用造成严重的干扰，大大地限制了航海活动，尤其是在冬季，船舶基本上停航，被迫遵循上述古老的传统。
12世纪末期，罗盘传入地中海地区的船舶上；14世纪初，罗盘的广泛应用使西方航海活动的古老传统逐渐被打破，航海面貌焕然一新了。西方对于欧洲周边海域的认识也随之得到深化。
首先，14世纪初期，地中海地区“冬季的海洋无法通航”的传统消解了。威尼斯和热那亚的商船从黎凡特地区返回家乡时，为了避开夏季的西北风，特意选择冬季出航，甘冒风险在阴云密布的海洋上航行，因为罗盘可以保障他们的安全。于是，在这条航线上，秋季或冬季都可以出海，晦暗和多云的天气也打消不了海员们前进的勇气；长期以来保持着的一年一次往返的航行，转变为了一年两次，即全年的航行成为可能。冬季虽然可以通航了，不过仍然存在着诸多危险和苦恼，因为这时的天气毕竟太恶劣；但是，地中海的船舶都尽量地去完成一年两次往返的航行。这就使地中海的航海事业出现了一派欣欣向荣的景象。
其次，地中海船舶航行次数的显著增加和全年通航的实现，使海员们获得了更多的能够被持续雇佣的机会。再次，从地中海地区绕过伊比利亚半岛，前往英国或者尼德兰地区的航行，以及相反方向的航行都更为安全了。不仅是商船，英国的普通渔船上也普遍地配备了罗盘。同时，北欧海员也学会了罗盘术，航行的安全程度也显著地提高了。与此相应的是，这几处海域的航海活动更加地频繁。