指南针最早的名字是什么(指南针的发明故事)
指南针的应用是原始航海时代的结束,标志着测量航海时代的到来 。
【指南针的发明故事 指南针最早叫什么呢】——李约瑟(中国科学院外籍院士、科学史家)
在原始航海时代,指南针还没有被发现和应用 。人们首先依靠天上的星星作为判断方向的工具 。太阳的升起和落下表示东西方向,而北半球人中午看到的太阳是正南,表示南北方向 。
那么晚上怎么辨别方向呢?北半球的人们很早就注意到了北斗七星这一重要星象的指向北方的功能,并把它作为设定方向、季节和时间的尺子 。
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北斗七星的形状和季节变化
有经验的水手可以根据北极星和基本三角学得到离赤道的距离 。这个距离的度量是“纬度” 。
简单假设北极星在北极正上方,然后测量北极星与地平线的夹角,得到纬度 。
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用三角学测量北极星仰角
许多简单的设备都可以做到这一点,比如星盘,由木头或金属制成的简单仪器可以精确地测量天体的角度 。比如北极星的仰角是40°,那么它的位置就是北纬40° 。
在赤道看到的北极星基本上在地平线附近,所以赤道为0;在北极看到的北极星在天空的正上方空(粗略假设),北极星的仰角是90°,所以北极的纬度是90° 。
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基本三角学的几何原理
在中世纪,欧洲航海家经常需要去南半球 。在那里,北极星隐藏在地平线以下,不能用来确认它的位置 。南极上空没有对应的恒星,最近的替代恒星是南十字星,因此也被水手用来确认南半球的纬度 。
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只能在南半球看到的南十字星 。
既然两极都有可以确定纬度的恒星,那么我们是否也可以在赤道找到一个恒星创业网络作为确定的依据呢?答案是肯定的,人们发现纬度可以通过测量太阳和地平线之间的角度来确定 。但是值得注意的是,我们可以近似假设北极星和南十字星分别在极地天空的正上方空,但是太阳不会一直照射在赤道上 。
因为地球的旋转轴相对于地球的公转平面是倾斜的,所以太阳相对于赤道的位置会随着季节的变化而变化,这就是赤纬 。赤纬的存在会导致太阳在天空中的轨迹空一年中的每一天都有规律的变化 。那么用这样一颗变化的恒星来测量纬度真的可靠吗?
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地球公转示意图
公元8世纪,穆斯林天文学家姆沙阿拉发明了中午测量太阳与地平线倾角来确定纬度的方法 。如果你想用这种方法精确测量地球上任何地方的纬度,你需要一个赤纬表来列出一年中每天太阳和赤道之间的角度 。
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七个世纪后的1473年,20岁的西班牙人亚伯拉罕·扎库托开始在《天体纪事报》上编辑这张赤纬图,花了五年时间才完成这项工作 。又过了十八年,赤纬才流行起来 。
纬度测量的手段很多,经度测量是大麻烦 。公元2世纪的希腊数学家希帕克斯曾提出,地图应该包括从赤道到极地从东到西的平行纬度,以及从北到南的非平行经线 。这些经线在赤道的距离最大,在两极汇合 。这样,地球就被经纬度包裹住了,地表上的任何位置都可以用这个网格精确地表示出来 。
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经纬线示意图
三个世纪后,制图员克罗狄斯·托勒密写了《地理学》,书中绘制的地图自2世纪中叶以来,一千年来从未被超越 。从今天的角度来看,这张地图极其不准确,尤其是对地球周长的网络估计严重偏低,这导致哥伦布认为他在新大陆登陆时已经到达了亚洲 。
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在15世纪,人们根据托勒密对人类曾到过的世界的描述绘制了一幅地图 。此时,北美大陆尚未被发现(来源:维基百科)
经度测量如此困难,中国指南针的引入拯救了整个航海事业 。这种神奇而简单的小玩意,是中国古代人发明的,通过阿拉伯传入欧洲,很快被水手掌握,定下了方向 。
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