不过，如果在海中航行只知道南、北方向，而不知道具体位置，仍会迷失航向，不能顺利到达目的地。随着航海事业的发展，就逐渐形成了一种叫做“牵星术”的天文航海导航技术，主要是利用牵星板来测定船舶在海中的方位。牵星板是测量星体距水平线高度的仪器，其原理相当于当今的六分仪。通过牵星板测量星体高度，可以找到船舶在海上的位置。牵星板共有大小十二块正方形木板，以一条绳贯穿在木板的中心。牵星板十二块正方形木板最大快边长为24厘米，以下每块边长递减2厘米，板上标有一指、二指，直至十二指。另外，还有一块象牙板，也为正方形，四角缺刻，缺刻长度分别为最小正方形边长的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一；上面标有半角、一角、二角、三角，就是说一指等于四角。
牵星板观星图
与之相对应的确定纬度的方法就叫做“牵星术”。所谓牵星术，就是利用天上星宿的位置及其与海平面的角高度来确定航海中船舶所走位置及航行方向的方法，因此又称为天文航海术。使用时，观测者左手执“牵星板”一端的中心，手臂向前伸直，使牵星板与海平面垂直，让板的下缘与海平面重合，上缘对着所观测的星辰，这样便能量出星体离海平面的高度。在测量高度时，可随星体高低的不同，以几块大小不等的“牵星板”和一块长2寸、四角皆缺的象牙块替换调整使用，直到所选之板上边缘和所测星体相切，下边缘同海平线相合为止。此时使用的牵星板是几指，这个星体的高度就是这个指数。
古代牵星板
早在秦汉时代，人们已经知道在海上乘船看北斗星就可以辨识方向。到印度取经学习的东晋僧人法显乘船回国时说：「大海弥漫，无边无际，不知东西，只有观看太阳、月亮和星辰而进」。直到北宋发明指南针之后，人们仍以观看星体位置及其高度，作为导航的辅助手段。大约到了元明时期，我国天文航海技术有了很大的发展，已能观测星的高度来定地理纬度。
郑和四幅《过洋牵星图》之一——《锡兰山回苏门答剌过洋牵星图》
明代三宝太监郑和7次下西洋时留下一份过洋牵星图，收录在明代茅元仪编的《武备志》卷二百四十里，共有海路图二十页，过洋牵星图四幅。郑和的船队自江苏太仓刘家港出发，到苏门答腊岛北端沿途航行不用星辰而只用罗盘定方向。但是从龙涎屿向西到锡兰山，更由锡兰向西向北，无论是沿着印度西海岸走，或是横渡印度洋到阿拉伯半岛和非洲东北部沿海，除了用罗盘定向外，还配合使用了牵星术。从那时起，牵星板——这种古老的测绘工具就一直伴随在郑和的身边。郑和船队在航海中，使用了成熟的一整套“过洋牵星”的航海术，对天文导航科学作出重大贡献。流传下来的《郑和航海图》附有4幅“过洋牵星图”，它们不仅让我们重新目睹航海者站在甲板上观察到的天象，而且透露了许多航行的秘密。郑和航海一般观测的是北斗七星、南十字、天琴等星座。牵星板，是依靠三角形的原理来进行测定的，它的计量单位是指。这种小块的牵星板为一指，它等于1.9度。人们用不同规格的牵星板，来对应航行时的不同情况。牵星板在使用之前，先用指南针定向，再将牵星板的上边与夜空中的星座重合，下端对准海平面，使用不同规格的牵星板来对应星座与海面的不同高度，将观测到的指数，绘制在图上，从而形成了“牵星图”，又称《过洋牵星图》。
利用牵星板来测定船体所在的纬度，这是一项重大的发明。对于远洋航海来说，有着重要的现实意义和应用价值，具有划时代的意义。郑和团队在航海中，以航海图中对沿岸和岛屿的牵星记载和“过洋牵星图”为依据，视星斗高低，度量远近，完全掌握了从某地出发，途经某地，利用星座的方位和高度，最后到达某地的技能。从《武备志》的记载可知，郑和船队不但到过印度、伊朗，其第五、第六次出海还到过东非的索马里，其间的各条航线相复杂，牵星术的使用，使郑和团队在几次航海中，能够解决判断船舶的地理位置与航行方向，确定船队的航向等一系列问题。我们不妨把牵星术称为郑和时代的GPS全球定位系统，它同时也代表了15世纪利用天文导航的世界先进水平。
知识卡片：
过洋牵星图
载于明代茅元仪《武备志·郑和航海图》。每图绘有一艘三桅三帆的海船，其四周标注舟师所使用的诸星象位置。《武备志》中收录的《郑和航海图》及所附四幅“过洋牵星图”，包括：古里往忽鲁谟斯过洋牵星图；锡兰山回苏门答腊过洋牵星图；龙涎屿往锡兰山过洋牵星图；忽鲁谟斯回古里过洋牵星图。虽说只有四幅图，但足以看出郑和船队在远洋航行中如何解决正确判断船舶位置与方向，准确确定航线等一系列重大技术问题，从而为后世留下了中国最早、最具体、最完备的关于牵星术的记载。
5．改变世界的伟大发明——航海罗盘
航海罗盘指南针也叫罗盘针，是我国古代发明的利用磁石指极性制成的指南仪器(司南)。因此，介绍司南必须从磁石说起。??早在战国时我们祖先就了解并利用磁石的指极性制成最早的指南针－－司南。战国时的《韩非子》中提到用磁石制成的司南。司南就是指南的意思，东汉思想家王充在其所著《论衡》中也有关于司南的记载。司南由一把“勺子”和一个“地盘”两部分组成。司南勺由整块磁石制成。它的磁南极那一头琢成长柄，圆圆的底部是它的重心，琢得非常光滑。地盘是个铜质的方盘，中央有个光滑的圆槽，四周刻着格线和表示24个方位的文字。由于司南的底部和地盘的圆槽都很光滑，司南放进了地盘就能灵活地转动，在它静止下来的时候，磁石的指极性使长柄总是指向南方。这种仪器就是指南针的前身，由于当初使用司南必须配上地盘，所以后来指南针也叫罗盘针。
元代陈元靓设计的指南鱼
在制作中，天然磁石因打击受热容易失磁，磁性较弱，司南不能广泛流传。到宋朝时，有人发现了人造磁铁。钢铁在磁石上磨过，就带有磁性，这种磁性比较稳固不容易丢失。后来在长期实践中出现了指南鱼。从指南鱼再加以改进，把带磁的薄片改成带磁的钢针，就创造了比指南鱼更进一步的新的指南仪器。把一支缝纫用的小钢针，在天然磁石上磨过，使它带有磁性，人造磁体的指南针就这样产生了。
缕悬式古罗盘
指南针发明后很快就应用于航海。世界上最早记载指南针应用于航海导航的文献是北宋宣和年间朱所著《萍洲可谈，朱之父朱服于1094-1102年任广州高级官员，他追随其父在广州住过很长时间。该书记录了他在广州时的见闻。当时的广州是我国和海外通商的大港口，有管理海船的市舶司，有供海外商人居留的蕃坊，航海事业相当发达。《萍洲可谈》记载着广州蕃坊、市舶等许多情况，记载了中国海船上航海很有经验的水手。他们善于辨别海上方向：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”“识地理”，是表明当时舟师已能掌握在海上确定海船位置的方法。说明我国人民在航海中已经知道使用指南针了。这是全世界航海史上使用指南针的最早记载，我国人民首创的这种仪器导航方法，是航海技术的重大革新。指南针应用于航海并不排斥天文导航，二者可配合使用，这更能促进航海天文知识的进步。中国使用指南针导航不久，就被阿拉伯海船采取，并经阿拉伯人把这一伟大发明传到欧洲。中国人首先将指南针应用于航海比欧洲人至少早80年。
航海罗盘
航海罗盘作为一种指向仪器，在我国古代军事上，生产上，日常生活上，地形测量上，尤其在航海事业上，都起过重要的作用。我国古代航海业相当发达。秦汉时期，就已经同朝鲜、日本有了海上往来；到隋唐五代，这种交往已经相当频繁。而且同阿拉伯各国之间的贸易关系也已经很密切。到了宋代，这种海上交通更得到进一步的发展。中国庞大的商船队经常往返于南太平洋和印度洋的航线上。海上交通的迅速发展和扩大，是和航海罗盘在航海上的应用分不开的。在航海罗盘用于航海之前，海上航行只能依据日月星辰来定位，一遇阴晦天气，就束手无策。唐文宗开成三年，日本和尚圆仁来中国求法，后来写有《入唐求法巡礼行记》一文，描述了在海上遇到阴雨天气的时候混乱而艰辛的情景：当时，海船的航向无法辨认，大家七嘴八舌，有的说向北行，有的说向西北行，幸好碰到一个波绿海浅的地方，但是也不知道离陆地有多远，最后只好沉石停船等待天晴。而在航海罗盘用于航海之后，不论天气阴晴，航向都可辨认。
针路不是指南针的路线，而是航线
而且这时海上航行还专门编制出罗盘针路，船行到什么地方，采用什么针位，一路航线都一一标识明白。元代的《海道经》和《大元海运记》里都有关于罗盘针路的记载。元代周达观写的《真腊风土记》里，除了描述海上见闻外，还写到海船从温州开航，“行丁未针”。这是由于南洋各国在中国南部，所以海船从温州出发要用南向偏西的丁未针位。明初航海家郑和“七下西本洋”，扩大了中国的对外贸易，促进了东西方的经济和文化交流，加强了中国的国际政治影响，增进了中国同世界各民族的友谊，作出了卓越的贡献。他这样大规模的远海航行之所以安全无虞，端赖航海罗盘的忠实指航。郑和的巨舰，从江苏刘家港出发到苏门答腊北端，沿途航线都标有罗盘针路，在苏门答腊之后的航程中，又用罗盘针路和牵星术相辅而行。航海罗盘为郑和开辟中国到东非航线提供了可靠的保证。就世界范围来说，航海罗盘在航海上的应用，导致了以后哥伦布对美洲大陆的发现和麦哲仑的环球航行。这也大大加速了世界经济发展的进程，为资本主义的发展提供了必不可少的前提。
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针路
宋代已经有针路的设计。航海中主要是用指南针引路，所以叫做“针路”。"针路"不是指南针的路线，指南针无论何时何地总是指向南或北；"针路"其实就是航线，在罗盘指引下，从甲地到乙地的某一航线上有不同地点的航行方向，将这些航向连结成线，并绘于纸上，就是人们所说的针路，又称针经、针簿。从甲地到乙地，不同航线上的针路各有不同；同一航线上之来回往返，针路也不尽相同。可见，针路是指导人们远航成功的必要条件。
悬浮式古罗盘
公元10世纪时中国人发明了缕悬式指南针，小小的磁针挂在高高的梁柱上，磁针的下面是圆星的方位盘，有二十四向，磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向，通过看磁针在方位盘上的位置，就能断定出方位。