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第26章 东方地理学仪器西传入欧后的影响(2)

在罗盘的引导下,欧洲周边海域日益成为一个密切联系的整体,航海事业日益繁荣,海员队伍也会相应地扩大。而且,海员们在航海技能上得到了更多的锻炼,航海水平能够不断地提高,航海经验不断地丰富,自然会加深和拓展对于欧洲周边海域的认识。航海活动中广泛应用的潮汐、洋流、盛行风、明滩暗礁以及陆地景观等地理学知识也会得到不断地充实,并且加快扩散的步伐。这些都为西方后来的海外探险事业准备了良好的知识基础。西方能够涌现出哥伦布(Christophe Columbus)、卡波特(John Cabot)、迪亚士(Bartholmeu Dias)、达·伽马(Vasco da Gama)等众多优秀的航海家,与这个良好的知识基础是分不开的。而他们都间接地得益于中国的实用航海罗盘—为西方航海事业带来全新面貌的东方地理学仪器。

14—17世纪,罗盘成为了西方船舶的必备仪器,也是西方航海探险事业得以开展的基础性因素之一。西方罗盘能够获得比较快的发展和有效的运用,关键在于以中国的实用航海罗盘为基础,从而站在了一个较高的起点上。

二、穆斯林仪器的西传与西方对于纬度的观测

当西方的船舶驶向海外时,仅凭罗盘已经难以满足导航与定位的需要了。于是,西方海员又从伊斯兰世界引入了观测纬度的仪器,与罗盘一起使用,从而显著提高了判断船舶位置和航行方向的能力,保障了远洋航行的安全,促进了海外探索事业的发展,也使西方的视野获得进一步的扩大,世界观念得到更快的更新。这些仪器是象限仪(quadrant)、星盘(astrolabe)和量天十字尺(crossstaff)的前身——平板仪(kamal),以及附属的天文表册。西方是在穆斯林提供的原型仪器的基础上发展出自己的航海用仪器的。在这里,我们需要探讨一下这几种仪器的学科属性。

星盘是一种集多项观测功能于一体的综合性仪器,这是由它的装置决定的。星盘以宇宙模型为基础构建而成,在这个模型中,太阳的运行轨迹与以地球为中心的天球表面相对应。

星盘的装置由正反两面构成。星盘的正面装配着由圆圈、弧线和直线构成的一张网。圆圈和弧线代表着黄道(ecliptic)、天球赤道(celestial equator),以及南北回归线;凸出于弧线和直线之外的尖锐指针的顶端代表着亮度较高的星体。这张网是天球(celestial sphere)的平面图,它可以环绕着自己的中心而旋转,演示着太阳和星辰的升降运动。这个中心代表着天球的北极和地球的轴线。这张网的下面配有平面板块,称为“纬度刻度盘(latitude plate)”。纬度刻度盘刻有地平线、子午线与方位角边线的球面投影线,以及太阳与星辰的高度圈,和与高度圈相对应的纬度带。此外,它还带有“不等量时间(unequal hours)”刻度线。另外,星盘正面的边缘带有多种刻度环,例如“等量时间(equal hours)”环和日期环。此外,星盘正面还配有一把直尺,像现代钟表的指针一样,起始的一端固定于星盘的中心,末端抵达星盘的边缘,它环绕着星盘中心旋转,末端扫过各种刻度,供观测者读出相应的数据。

星盘正面的直尺与网状装置、尖锐指针、纬度刻度板,以及边缘的刻度环相结合,用来观测太阳和星辰的位置,确定观测者所处的纬度,以及当地的时间。前一种功能是天文学功能,后两种是地理学功能。因为前一种功能针对天象,而后两种观测的是地球表面的现象。

星盘的反面或背面装配有一支可以旋转的照准仪(alidade),用来观测天体高度角,角度可以从背面边缘的刻度环上读出。星盘背面还带有高度刻度尺(shadow square),用来求解正弦、余弦等三角法测量问题。此外,它的背面还刻有与正面相同的日期环和“等量时间”环;同时具有和正面同样的“不等量”时间刻度线,以及纬度刻度区等刻度区域,因为这些刻度区域位于星盘的纬度刻度盘上,该盘具有相同的正反两面。照准仪与纬度刻度盘配合使用,可以通过观测天体高度角而测算出相应的纬度。可见,星盘反面或背面具有天文学和地理学观测两种功能,前者在于观测天体高度角,后者可以分成三个部分:用三角法进行陆地勘测,获取观测者所在地的时间,以及确定观测者所在的纬度。

由此可知,星盘具有多项观测功能,既是一件天文学仪器,也是一件地理学仪器,这两种属性都是明确的。在中世纪与近代早期,细密和严格的学科划分还没有出现,一种仪器具有多种属性也是正常的。

星盘上装配的纬度刻度盘专门为测定纬度而制作。星盘的正反两面都具有观测纬度的功能。天文学与地理学往往密不可分,使用星盘观测纬度的过程中,这种仪器同时具有天文学和地理学两种属性,并且以地理学属性为主。因为在这个过程中虽然需要观测天体高度角,但是最终落脚点是纬度,是地球表面的现象。当观测者采用星盘来观测纬度时,星盘就是一种地理学仪器。同理,用来观测港口之间在南北方向上的距离的象限仪,以及观测纬度的平板仪、量天十字尺,也可以归属于地理学仪器。

(一)象限仪、星盘与天文表册的西传及在欧洲的应用

大约在15世纪中期,在西非海岸航行的葡萄牙海员采用象限仪与罗盘并用以适应更远航程的需要。象限仪起初的作用是,观测船舶与里斯本的、在南北方向上的距离,从而比单独使用罗盘更为准确的测定方位。不过,这时测量的仅仅是距离,还不是纬度。西方使用的象限仪起源于古希腊,在穆斯林手中获得了进一步的完善,尔后传回了欧洲。

由于需要凝视观测物,以及难以在颠簸的航船上保持平衡,象限仪不适合用来观测太阳,只可以用来观测星体,但是使用起来仍然非常困难,因此使用不久就被淘汰了,取而代之的是星盘。

星盘同样起源于古希腊,而在中世纪的穆斯林手中获得了显著的改进。8世纪的易卜拉欣·法萨里是制造星盘的第一个穆斯林学者,9世纪的阿里·伊本·伊萨·阿斯突尔拉比写出了关于星盘的最早的一批阿拉伯语论文。伊斯兰世界的早期星盘制作中心是哈兰(Harran, 位于今天土耳其的东南部)。在10世纪以前,人们携带着星盘从这里出发,向多个方向传播这种仪器。向西方的传播,沿着地中海南部地区而行;到10世纪的时候,星盘的知识已经传播到了北非和穆斯林西班牙。当欧洲其他地区的基督教和犹太学者前往西班牙旅行并且返回的时候,星盘和阿拉伯语的文本就随之传播到了拉丁语西方世界。这些传播星盘的早期学者中最为著名的是法国欧里亚克(Aurillac)的格伯托(Gerbert,约945—1003年),他从加泰罗尼亚返回法国兰斯(Rheims)后,就在兰斯向自己的学生们演示星盘的使用方法。

星盘的知识还有可能通过拜占庭帝国传向了西欧。拜占庭帝国留存下来的标明日期为1206年的一些星盘,源于伊斯兰世界。中古欧洲最早的星盘都是从穆斯林那里直接引入的仪器,只是在它们的阿拉伯语名称旁边添注了拉丁语。大约到13世纪中期,欧洲陆续出现了许多讨论星盘的著述,西方各个大学的师生广泛地接触到了这些仪器。

同时,星盘的图像也开始出现在一些微型彩饰画和大教堂雕塑中,它在欧洲的流传更为广泛了。大约到15世纪初期,星盘在欧洲的制作和销售已经商业化了,至少为有学识的阶层所熟悉。

1474年,葡萄牙船队穿越了赤道以后,真正地开始观测纬度;这是通过测量正午太阳高度(此时已经看不到北极星了)的办法来实现的。这时象限仪已经被舍弃,西方海员转而使用稳定性较好的平面球体星盘。虽然操作起来要比象限仪麻烦一些,但是星盘的主要优势在于,它较为适合对于太阳的观测(solar observation),尤其是当太阳高度较大时(正午),因为使用星盘观测时不需要凝视阳光。而且,观测者可以充分利用星盘正反两面的刻度,随时校对自己的观测结果,提高了观测数据的准确性。

15世纪早期,亨利王子身边的学者熟悉一种构造复杂而精密的平面球体星盘。很有可能的是,第一个航海用星盘就直接取自这种星盘的背面部分。因此,航海用星盘是从原有星盘的基础上简化而得的,仅取用其观测纬度的功能。早期的航海用星盘常常是固定式的星盘(soliddisk astrolabes),它们在航海实践中的应用非常艰难。尽管如此,小型的金属星盘仍然是为人们所接受的航海仪器,直到1500年,它都被大量制作着。不过在恶劣的大风天气中,它仍然会比较剧烈地摇摆,但是这种情况在15世纪晚期得到了缓解。

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