【科普】在没有指南针的时代,希腊罗马水手是如何确定航行方向的

风:
最早关于风向的记载始于荷马,他简单地提及了四种主要风,Boreas(北)、Notos(南)、Zephyro(西)和Euros(东)。
到了更晚些的时候,爱奥尼亚的赫卡泰乌斯根据日出、日落和正午的太阳运动添加了其他方向参考;此外大熊座也可以作为一种Boreas,即北方的参考。
希罗多德扩大了对于风的方向的定义,不仅包括了二至点,还包括两种新风,西南的Lips和正东的Apeliotes。到公元前五世纪,Euros莫名其妙又指代了东南向,而最终就产生了一种八点定位系统。
第一个完全基于风的参考系在亚里士多德的《气象学》,亚里士多德在核心是爱奥尼亚八点体系。然而,代替二至点的是一组新的风。两股偏北风Thraskias(西北偏北)和Meses(东北偏北)位于可见圆面”的假想线附近。西南偏南和东南偏南的两股相反的风仍然没有很明确,尽管他也考虑到东南偏南可能会存在一种叫做Phoinikias的局地风。在亚里士多德看来,这十种风可以进一步减少到四种,甚至两种。
季节对风有影响,即便是相对而言风平浪静的地中海,也不是一年四季都适合开船的,赫西奥德认为最适合航行的时间在七月和八月,而他几百年之后的罗马军事学家韦格蒂乌斯同样认为最适合航海的季节在5月27日至9月14日,而在11月10日至3月10日则是要限制出海。事实上整个古典时代都是这样,在深秋和动机航海减少到最低限地,进行紧急的人物、运送紧急的物资、海上军事这些东西全部迟延,通常而言,正常的航海活动直到夏至以及夏至之后的几个星期才会重新开始开始起来,其他的时候航道几乎不见船只,港口也进入“冬眠”状态。
地中海气候的降水集中于冬季,导致冬季海上会出现风暴,但这只是一个原因,更重要的,多云天气在白天遮住了太阳,在晚上遮住了星空,在没有指南针的时代寻找方向就会变得相当困难,而且更多的时候,嗐雾遮住了悬崖、岬角和山脉,这也不利于航行。
在这段缩短航行期的中心地带,地中海风盛行于北风。东部尤其如此,从六月到九月。北纬30度和35度、子午线20度到35度之间的这个风玫瑰里(即从埃及到克里特岛,从凯帕列尼亚到叙利亚)显示出几乎与在公海北部信风带的许多地方从东北部发现的一样稳定的西北风方向,情况实际上是一样的。在东南部,偏北风在7月和8月达到80%或更多的异常频率。在西部盆地,偏北风仍然占主导地位,Tyrrhenian海和Ionian海的主导风是西北风。里昂湾的情况最终发生了变化,夏季风通常来自西南部(尽管仍有密史脱拉风)。在巴利阿里群岛和直布罗陀海峡之间,东风最为常见。
航海季节和风向的结合为古代海上活动提供了一个明确的模式。从意大利或希腊到非洲、小亚细亚、叙利亚、埃及等最南向航行的船只通常可以倚靠风向快速轻松的航行。但是他们在回来的时候就没那么轻松了,这必须在盛行的风中完成。而且,不管是去是回都必须准备好迎接一定的微风。除了西地中海的密史脱拉风已经被提到,爱琴海的地中海疾风也很让人头大。不过一些其他因素就很小了,地中海的洋流和潮汐太弱,这个就不具有重要意义了,一个只影响某些海峡(海勒斯滂、博斯普鲁斯海峡),另一个只影响深海湾的末端(亚得里亚海湾、锡尔特湾)或某些海峡(欧波亚海峡、墨西拿海峡)。
这些“古典时代风玫瑰”并非是停留在理论上的东西,事实上也可以做成一种使用的指向工具。
老普林尼在他关于天气预报和农业和畜牧业实践的时间安排的章节中,就如何配置一个风玫瑰提供了实用的建议,这是一个简单的木制模型,由此可以识别风向,从而知道此时该从事何种工作。
“点要画在线的中间。让另一条线横向穿过这个点,这条线向东西方向延伸开来,这样由这个线切开的区域就叫做decumanus。然后,另外两条斜线必须以这样的方式延伸到decumanus中,它们从北边的左右两边向南边的左右两边延伸,并且都应该贯穿同一个中点,还要必须等长,间隔的空间也应该是相等的,这种模具只能在每块田里用一次,如果你打算经常使用它,则必须制作一个木制的版本,由装在小滚筒中的等长的木杆组成。”(不过在船上使用风玫瑰的证据尚且是没有得到认证的。就目前来件,只是一种推测,古典文献没有提到,古典船只的图像也没有把它们画上去,似乎在古典时代唯一可以用来确定风向和强度的物体是旗帜这样的玩意。不过“古典时代风玫瑰”作为一种航行指向工具还是有可能存在的,如果船上确实有这种装置的话,它们很可能会在放在船舵附近,以辅助天文来帮助舵手进行航线校准,这个只能等以后在黑海会不会挖出什么东西来,黑海的深层水域缺氧,这种东西或许不会像地中海的东西那样在水里烂没了。)
在希腊和罗马船只的图像中,出现了船上各种旗帜在风中飘扬,桅杆的顶部、船坞的末端,以及诸如Aplaston、stylis和short pole等上面都有。这些东西可能是用来进行识别或者发送信号的,这些用途在古典文献中是有描述。但也可以用来作为识别风向,用来指示风帆附近的气流方向,并显示如何修正风帆的纵倾。
这种方法是可行的,能从其他地区找到类似的例子,在印度洋的阿拉伯水手会用棉线或丝绸条来确认风向,南太平洋土著船只的一个也会用由树皮线或羽毛制成制作成目的类似的东西,悬挂在索具上,以指示明显的风向,并提供风变的线索,来修正自己自己的航线。负责观察船只方向的人会通过这个东西察觉到船只方向和风向的关系,并适当地调整船帆。
星星:
希腊人认为他们的很多重要的技术都是来自于腓尼基人。比如他们说腓尼基拼音字母表是由底比斯的建立者卡德摩斯带进希腊的,希腊人经常说他们的圣人与腓尼基有联系,包括第一位哲学家米利都的泰勒斯。
泰勒斯也被认为写过使用星星导航的文章,而后来,希腊人极力试图利用腓尼基人的导航技巧来证明理性思想的起源与信念是正确的。一位名叫斯特拉博(在希腊语里叫Στράβων,拉丁语里则是读Strabo)的希腊地理学家坚持认为,腓尼基人的航海专长与科学和理性思想的诞生是相关的,他说:“他们(腓尼基人)是天文和数学的哲学家,这些知识的每个分支都与商人和航行者有关。”
毫无疑问,希腊人把群星和船只紧密地联系在一起,虽然当时已经有了磁铁矿和铁,但还没有指南针,所以《奥德修斯》里会经常提到水手在夜间旅行,通过星星来测量他们的路线,而赫西奥德把天文知识写成了一首口头诗,他本人也至少亲自经历过一次航行。但是实际上也还不能确定他和其他人是否是从腓尼基人那里学到了航海、天文和数学的知识。
在古典时代,使用星星来指引航行的绝大多数文献都会提及到两种“熊”,第一种是大熊座(也称Arktos、Helice、Septentriones、Wain和Plough)和小熊座(也叫Cynosur和Phoenice)。正如我们在上面看到的,大熊座是希腊水手所使用的星座,而小熊星座则被西顿城的人,也就是腓尼基的水手在夜间驾驶船只的工具。而在地中海这个纬度的地区,这两个星座都沉入地平线之下,因此,在地中海典型的夏季晴朗的夜空下,两者都为海员提供了一个突出而可靠的参考点。通过它,海员可以确定其他三个主要方向,并在日落和日出之间准确地保持航向。
同时北天拱极星座还有了的作用,而不仅仅是简单的方向,他们在地平线以上的高度能过通过被测量以确定观察者在任意参考点以北或以南的大致地理位置。
根据经验,北天极的高度φ等于观察者在地球表面的纬度。例如,马耳他附近(北纬约36°)的一名水手将观察地平线上方北天极(如果有一颗恒星占据该位置)也差不多是北纬36°。而当船向北行驶(纬度升高)时,星座在天空中越来越高,如果理论上直接一路航到北极,那么这些星座就在头顶上了;当船向南航行(纬度降低)时,这些星座的高度也下降,最后直接消失地平线下(然而当这大熊座小熊座两个星座中的任何一个在极地中心上空出现时,即使是在赤道以南几度的地方,也能以清晰提供极地位置的近似指示)。而在地中海和黑海,最北端(Gulf of Karkinitis)和最南端(Gulf of Sydra)之间的零点高度有着约为20°的明显差异,对于那些对于夜以继日凝视夜空的水手来说是相当明显的。
最好的例子就是《法萨利亚》,在第八卷中,庞培问了水手一系列问题,而水手回答说:“在繁星满天的天空中,沿着自己的路线运行的星座欺骗着可怜的水手,天空从不停滞,我们不跟随那些星座;但是那从不起落的北方,那最闪耀的大熊座与小熊座引领着船只。在这里,每当小熊座在我面前时,站在主桅的绳索上时,我们就会看到博斯普鲁斯海峡和黑海,偏向了了西徐亚的海岸。但每当Arctophylax(也叫Boötes,应该是大熊座旁边的一颗星星)从桅杆顶部下降,北极星(Cynosura,就是小熊座另一颗星星)靠近大海时,这艘船就会驶向叙利亚的港口。下一个是老人星,一颗满足于在南方天空漫步的星星,畏惧着阿奎洛(就是希腊神话里的玻瑞阿斯,北风之神);如果你在疾驰穿过法洛斯时它仍在你的左边,你的船将到达叙尔提。(不过《法萨利亚》的描述也有点问题,桅杆和索具来对应星座的高度角实际上不甚准确,这个就是后话了,但是考虑《法萨利亚》本身就是一首叙事长诗,而不是一个天文学或者别的什么的书籍,作者卢卡的纬度参考还是比较粗略,而不是先前的如皮西亚斯、第凯尔库斯和希帕库斯这些地理学家和天文学家测量结果那样精确,那些大学者们通过测量海岸极星的高度和赤道太阳的日影来确定纬度平行线,并得出著名城市的地理位置,这个还是不太一样的。从这个描述本身上来讲,还不能与印度洋上阿拉伯海员那种原理相似但是过程更加高端的复杂技术相比,阿拉伯人发明手持式瞄准仪器(如dhubbān或kamāl)来测量海上极点的高度,然后将这些高度与特定目的地相关联。比如早期地中海地区的仪器类似于平面等高仪,显然早在托勒密时期就已经发展起来了,但是没有证据表明它们古代船只上使用过,而且在任何情况下,移动的船只很难作为进行精确恒星测量的平台,不过原理差不多是这么个原理,虽然不足以通过极星的变化准确引导向城市,但至少可以知道自身的纬度的变化。)
在船上没有合适的瞄准仪器的情况下,古典时代的水手很可能采用了一种基本的方法,即用指尖(指宽)和手跨测量星星高度,这在巴比伦和更后来的希腊天文学家以及更更后来的阿拉伯航海家中都得到了证实。一指宽的高度角约等于2°,比桅杆更适合在起伏的船舶上进行测量,并且操作起来也无压力。不过也可能有1°的误差,而这么一点误差可能就得差了60海里。