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。

——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。

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。

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，用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°。

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。

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颗恒星作为确定的依据呢？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。然而，值得注意的是，我们可以近似假设北极星和南十字星分别位于极地天空的正上方空。

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？

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。

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。

经纬线示意图

三个世纪后，制图员克罗狄斯·托勒密创建了地理。自2世纪中叶以来，书中绘制的地图已经有一千年没有被超越了。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严重低估，导致哥伦布认为他在新大陆登陆时已经到达了亚洲。

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。

指南针的出现使水手们摆脱了天气的限制，

也可以在晚上看不到星星的时候确定位置航行空

那么指南针是如何发明的呢？

普通

起源与发展:新浪与指南针

指南针的起源可以追溯到我国战国时期(黄帝时期的南舵使用齿轮传动)。当时有一种叫新浪的引导仪，是指南针的雏形。东汉王充在《论衡》中描述了司南的形状:“司南的棺材，丢在地上，引导它”。“司”的意思是负责，新浪是专门负责南方的设备。新浪的形状像勺子。把它放在领地上(“地”是指有24个方位刻度的领地，即指南针)，勺柄顶端会指向南方。

王振铎对汉代新浪的恢复

汉代的新浪由青铜领地和磁勺组成。场地内圆外圆，中心圆面内凹，制作平整。外圆面铸有八天干、十二地支、四卦，交替排列。从战国到隋唐一千多年来，新浪一直是主要的指向仪器，也是利用它来占卜天象、计算历法的功能之一。

北宋时期，人们发现了人工磁化的方法。人造磁铁开始取代天然磁铁，磁针取代了磁性勺子。人造磁铁采用地磁感应法或摩擦磁传输法制造。在《孟茜笔谈》中，沈括总结了四种制作指南针的方法，即水浮法、钉法、碗唇法和缕挂法，还总结了指南针的两大体系——旱指南针和水指南针。

航海中最早使用的罗盘是水浮针罗盘，这是最早的水罗盘形式。许婧指出，这种指南针在《宣和石丰高丽经》一书中被称为“导浮针”。

在帆船上使用指南针的记录最早见于朱湘1119年写的《周萍谈》，“船主识地理，夜观星宿，昼观日，暮观指南针”。最早的航海罗盘是用一片切成鱼形的薄铁叶磁化成木鱼，这样南极在鱼的头部，北极在鱼的尾部，一个水碗平放在无风的地方，让鱼漂浮在水中，第一个手指指的是南极，就是“南指鱼”。

其中，图1——18世纪初用于航海的干旱罗盘；图234-清代航海罗盘(中国航海博物馆藏)

南宋时，由磁针和方位分度器组成的仪器称为拨针、子午盘和地螺，后改名为指南针。水罗盘从诞生之日起一直使用到明朝。郑和下西洋时使用的指南针仍然是水上指南针。直到明朝嘉靖年间，才有了支撑轴式的航海罗盘，固定在支撑轴上。这种新指南针被称为“干旱指南针”，并逐渐取代了浮动指南针。

旱罗盘的磁针支点是固定的，优于水罗盘。然而，当恶劣天气到来时，由于船的剧烈摇晃和颠簸，观测不准确或不可能。18世纪，中国航海家用中国古代先民发明的平衡环组装指南针，使指南针平衡，不受强风和湍流的干扰。

临川出土的指南针陶俑和中国港口博物馆收藏的指南针陶俑

南宋墓出土的陶俑和中国港口博物馆收藏的陶俑，其干旱罗盘中间的磁针形状与浮磁针不同。中心有明显的圆孔，应该是承重结构。

中国的磁针和指南针通过陆路和水路传到了西方，对人类文明的进步产生了巨大的影响。过去，历史学家认为水中有磁针的水罗盘是中国的发明，但干旱罗盘是在欧洲发明的，16世纪由日本船只传入中国。现在临川的指南针证明了干旱指南针的发明权也应该属于中国。

航海罗盘发明后，阿拉伯人作为印度洋的主要航海家，最早获得罗盘。欧洲人又从阿拉伯人那里得到了指南针。当哥伦布发现美洲时，指南针已经成为哥伦布航行最重要的技术保障。马克思评论说，航海罗盘“打开了世界市场，建立了殖民地”。可见，航海罗盘在人类发展史上起着重要的作用。

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原理:地磁场

虽然哥伦布、达伽马等伟大航海家都需要圆规和一系列配套工具(星盘、测深板等)。)在航海的时候，很长一段时间，大家都不知道它的原理。

春秋时期齐国著名政治家管仲在《管子》中记载:“上有爱石者，下有铜金者。”“慈氏”是磁石，“铜金”是铁矿。

磁铁有两个特点:一是吸引铁；是躁郁症。也就是说，磁铁有两极，可以指示南北。我们可以想象地球内部有一块磁铁，磁铁的中心与地球的中心重合。这样，地球内外都有许多磁力线。在地球内部，这条线从地球的北极开始，指向南极。在地球之外，南极发出磁力线，最后回到北极。因此，自由旋转的双极磁体可以指示南北。

其实地球的这个“磁铁”与地球的旋转轴不重合，意味着地磁北极与旋转轴所指向的地理北极不重合，两者之间有一个磁偏角(磁偏角)。换句话说，指南针指的是“北”，而不是真正的“北”。早在北宋时期，中国学者沈括就在孟茜碧潭记录并验证了磁针的磁偏角，比西欧记录的磁偏角早了400年。英国人罗伯特·诺曼(Robert Norman)发现一根磁针被一根绳子挂在一半的中间，与水平线形成一个角度，他称之为磁偏角。

然而，当时人们仍然低估了磁偏角的复杂性，它会随着时间的变化而移动位置。现代研究表明，磁极甚至多次反转。

来源:近6000年磁极运动曲线——魏庆云

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指南针还是指北针？

回到题目，为什么叫“指南针”？主流观点认为指南针的名称沿用了战国时期天然磁铁矿切割而成的“新浪”。在中国古代文化中，南方是阳，北方是阴，“南”是南北方位的主宰，面向南方是最高的位置。“南者为王，北者临王”是指面向南方的人称为皇帝，而面向北方的人则是朝臣拜王，所有坐议的皇帝都是面向南方的。

在中国古代，大多数宫殿都朝南。

近代以来，世界通用的制图标准是“上北下南”。在大多数情况下，地图是以正北方向作为参考方向绘制的(这也可能与大多数人聚集在北半球有关)。因此，指南针也经常被称为北箭头。

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展望:电子罗盘？量子罗盘？

此时，如果你正在阅读这篇文章，你可能希望找出你的手机中是否有指南针应用程序。智能手机可以使用指南针功能，并不是因为里面塞满了指南针。

其实现代智能手机的指南针功能都是使用电子指南针技术。随着微电子集成技术、加工技术和材料技术的不断发展。电子罗盘的研究、制造和应用达到了前所未有的水平。

电子罗盘可分为带或不带倾角补偿的平面电子罗盘和三维电子罗盘，也可根据传感器不同分为磁阻效应传感器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。电子罗盘广泛应用于导航系统、地下勘探、仿真系统、GPS、虚拟现实等领域。

磁阻效应信号

2018年11月，来自英国伦敦帝国理工学院和M Squared Company的研究人员合作开发了世界上第一个用于导航的量子加速度计，名为“量子罗盘”。它是一种独立于全球定位卫星的抗干扰导航装置。

量子罗盘可以在极低的温度下(接近绝对零度，即零下273度)测量超冷原子的运动。原子的冷物波干涉可以测量加速度信息，从而实现惯性导航。而且量子罗盘的导航精度非常高，比目前依赖经典电路的电子罗盘高几个数量级。

量子罗盘主要结构(来源:知乎待验证)

从指南针的发明和改进过程来看，这是一个不断深化认识和改进的系统工程，也需要一代又一代科学家不断更新知识和完善。这个前提就是要敢于思考，延伸思维。

指南针作为中国古代四大发明之一，在人类发展史上发挥着极其重要的作用。然而，600多年前，尽管我们拥有世界上最大的舰队，但我们未能成为伟大航海时代的向导。葡萄牙、西班牙和荷兰等海洋霸主夺走了我们的海洋。今天，我们在压力下在海上努力补课，只为了交晚了几百年的作业。我们有地球上最耀眼的文化，我们也必须秉承这种挫折和勇气的精神，以及我们对知识的渴求和对未知的探索，从而复兴我们的中华文明。