1．大海中的明灯——灯塔导航
在古代，船只如何更为精确地确定自己所在的方位及航向航速，一直是困扰着当时船员们的一个大问题。以古代欧洲为例，尽管从腓尼基人开始，希腊人、罗马人、波斯人、维京人、威尼斯人、热那亚人等等都先后在地中海和北海上扬帆起航，但是那时候的航行范围还大多局限于近海，虽然有腓尼基人的环非洲航行以及维京人横渡大西洋的壮举，可是由于不可测的水文、气象条件所限，无论是商业还是文化的交流，都是在近海航行的基础上开展的。在这样的条件下，无论是东方还是西方，为了开拓更多的航线，扩大自身的影响力，以及获取更多的贸易收入，除了加大造船业的投入之外，更纷纷创造和发展了多种多样的导航定位的方法，这些研究和方法等历经几百年乃至上千年的演化，有许多至今仍然是船员们必须学习和掌握的内容，可见其重要性。
海边的导航灯塔
希腊人在公元前５世纪就已知道在夜里用灯塔来指示港口。罗马人曾将一块巨型方尖碑从亚历山大运往罗马，后在船上垒以石块和粘结物，形成一座人工小岛。灯塔就建在此小岛上，灯塔共分4层。奥斯帝亚灯塔一直留存到公元15世纪。其中最高的灯塔是法兰西布洛涅灯塔，塔高61米，有12或13层，上窄下宽。随着罗马帝国的灭亡，维修灯塔所必需的的技能已丧失殆尽，有关组织也被解散。最为出名的亚历山大灯塔则是在埃及托勒密二世时期修建的，修建时间超过40年，高度超过400英尺，是当时世界上最高的建筑。
亚历山大灯塔
亚历山大灯塔建建于大约公元前270年，亚历山大灯塔的名气远远超过了金字塔，人们一提到埃及，首先想到的是雄伟神奇的灯塔，而不是法老的陵墓——金字塔。这座135米高的巨型灯塔屹立了1000多年之久才被地震所毁；从公元前281年建成点燃起，直到公元641年阿拉伯伊斯兰大军征服埃及，火焰才熄灭。它日夜不熄地燃烧了近千年，这是人类历史上火焰灯塔所未有过的。公元700年，亚历山大发生地震，灯室和波西顿立像塌毁。关于此事，传说东罗马帝国一位皇帝企图攻打亚历山大，但惧于其船队被灯塔照见，于是派人向倭马亚王朝的哈里发进言，谎称塔底藏有亚历山大大帝的遗物和珍宝。哈里发中计下令拆塔，但在黎民百姓的强烈反对下，拆到灯室时便停止。880年，灯塔修复。1100年，灯塔再次遭强烈地震的破坏，仅残存下面第一部分，灯塔失去往日的作用，成了一座瞭望台，在台上修建了一座清真寺。1301年和1435年两次地震，灯塔就全部毁灭了。
公元前280年秋天的一个夜晚，月黑风高，一艘埃及的皇家喜船，在驶入亚历山大港时，触礁沉没了，船上的皇亲国戚及从欧洲娶来的新娘，全部葬身鱼腹。这一悲剧，震惊了埃及朝野上下。埃及国王托勒密二世下令在最大港口的入口处，修建导航灯塔。经过40年的努力，一座雄伟壮观的灯塔竖立在法洛斯岛的东端。它立于距岛岸7米处的石礁上，人们将它称为“亚历山大法洛斯灯塔”。当亚历山大灯塔建成后，它以400英尺的高度当之无愧地成为当时世界上最高的建筑物。他的设计者是希腊的建筑师索斯查图斯。1500年来，亚历山大灯塔一直在暗夜中为水手们指引进港的路线。
现在的亚历山大灯塔遗址
亚历山大灯塔高120米，加上塔基，整个高度约135米。塔楼由四层组成并微微向内倾斜，第一层是方形结构，高60米，里面有300多个大小不等的房间，用来作燃料库、机房和工作人员的寝室；第二层是八角形结构，高15米；第三层是圆形结构，上面用8米高的8根石柱围绕在圆顶灯楼。第四层，矗立着8米高的海神波塞冬站立姿态的青铜雕像。整座灯塔都是用花岗石和铜等材料建筑而成，灯的燃料是橄榄油和木材。整个灯塔的面积约930平方米。聪明的古希腊著名建筑设计师索斯特拉特还采用反光的原理，用镜子把灯光反射到更远的海面上。这座无与伦比的灯塔，夜夜灯火通明，兢兢业业地为入港船只导航，它给舵手带来了一种安全感。亚历山大灯塔不仅外部造型美观考究，内部结构也严密复杂。塔基的几层有50多个房间，供住宿、办公或造作用，也可以是天文学家、气象学家观察天象的专用房间。为克服单调感，求得整体建筑具有艺术性的视觉造型，因而建有许多相当于楼房的层层窗口。一些研究者认为塔身下层内部宽阔，从这里修筑了通道塔顶的倾斜的螺旋式上升的通路。在通道中层和上层的倾斜梯上还分别筑有32个和18个台阶。正中间有一个相当于现代电梯的人工升降装置，用以运送火炬燃料及各种物品，保证火炬长年日夜不息。
那灯塔到底是如何导航的呢？有人说高大的灯塔本身就是一个航标灯，灯塔进入视野宣告亚历山大港的临近；也有人说，灯室内装有一块巨大的磨光的金属镜，又称魔镜。白天魔镜将阳光聚集折射到几十公里之外，引起航船的注意。夜幕降临后，在镜前燃烧大量的木材，火光冲天，形同白昼，火光又通过特设的金属镜反射出去，照射到40公里以外，引导航船。还有人认为灯室内装有透明的水晶石或者玻璃镜，其作用类似今日的望远镜，极目远眺，近岸景物尽收眼底，灯室及时发出信号导航。
无论是那种说法也好，灯塔是欧洲古代导航的一种工具，这是毫无疑问的。人们利用灯塔作为确定出海航行方向的参照物，这正正可以作为代表古代人民智慧的象征。
知识卡片：
英尺
英尺是使用于英国、其前殖民地和英联邦国家的长度单位。美国等国家也使用它。 英尺——在英语国家中，古代和现代都以人脚长度为依据的长度计量单位。一般为25—34厘米。在许多其他西方语言中，脚和计量用的尺都用同一个词表示，虽然它所代表的长度各个地方、各个时期有所不同。而现在国际标准规定，1英尺则等于30.48厘米。
2．“经纬线”的由来
地球上的经线和纬线是人类为了地图定位的方便所在地球球体上所做出的一些假想线有了经纬线的发明人类交通的发展也更加蓬勃了。为了精确地表明各地在地球上的位置，人们给地球表面假设了一个坐标系，这就是经纬度线。公元344年，亚历山大渡海南侵，继而东征，随军地理学家第凯尔库斯沿途搜集资料，准备绘一幅“世界地图”。他发现沿着亚历山大东征的路线，由西向东，无论季节变换、日照长短，都很相仿。于是第。次在地球上画了一条纬度线，这条线从直布罗陀海峡起，沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉，一直到太平洋。
亚历山大帝国不久就衰落了。而亚历山大城图书馆的馆长埃拉托斯特尼，它博学多才，精通数学、天文、地理，计算出了地球的圆周是46.250公里，并画了一张有7条经度线和6条纬度线的世界地图。
托勒密的世界地图
公元120年以后，克罗狄斯·托勒密也在这座古老的图书馆里研究天文学、地理学。托勒密综合前人经验，认为绘制地图应根据已知经纬度的定点作根据，提出地图上绘制经纬线网的概念。托勒密测量了地中海一带重点城市和据点的经纬度，编写了八卷地理学著作，其中包括8000个地方的经纬度。为使地球上的经纬线能在平面上描绘出来，他设法把经纬线绘成简单的扇形，从而绘制出一幅著名的“托勒密图”。15世纪初，航海家亨利开始把“托勒密地图”付诸实践。但是，经过反复考察，却发现这幅地图并不实用。亨利手下的一些船长遗憾地说：“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰，但我们发现事实都与他说的相反。”
正确地测定经纬度，关键需要有“标准钟”。 制造准确的钟表在海上计时，显然比依靠天体计时要方便，实用得多。18世纪机械工艺的进步，终于为解决这个长久的难题创造了条件。英国的约克郡有位钟表匠哈里森，他用42年的时间，连续制造了五台计时器，一台比一台精确、完美。第五台只有怀表那么大小，测定经度时引起的误差，只有113英里。差不多同时，法国制钟匠皮埃尔·勒·鲁瓦设计制造的一种海上计时器也投入了使用。至此，海上测定经度的问题，终于初步得到了解决。
经纬线及经纬度的标注
我们如果用地球的腰围——赤道将地球平分成南北两半球，开始往两极画一个一个平行的圆圈，赤道处的圆圈最大，愈往两极圆圈愈小，这些假想的圆圈我们称为纬线。我们又假设赤道这条假想线为0度，愈往两极度数渐增，在两极的度数分别是南北纬90度，这个数字就称为纬度。北半球的纬度就称为北纬，南半球的称为南纬。
经线是通过南北两极的假想线，每一条经线都是等长的半圆弧线，而且可以和对面的经线合成一个圆，而这个大圆可以将地球平分成两个等大的半圆球体，由於地球一天自转一圈，也就是每24小时自转360度，所以换算起来地球每小时自转的角度是15度，因此经线就以15度作为间隔，每15度画一条。在1884年的一次国际会议上，学者们决定了经线0度的位置，是以通过英国伦敦格林威治天文台的经线为标准，这条经度为0度的经线又叫做本初子午线，也叫做格林威治线。以这条假想线作为起点，往两边度数渐增，向东叫做东经，向西叫做西经，东西经各有180度，而东经180度和西经180度则在同一条经线上，与本初子午线相对。
地图和地球仪上，我们可以看见一条一条的细线，有横的，也有竖的，很象棋盘上的方格子，这就是经线和纬线。根据这些经纬线，可以准确地定出地面上任何一个地方的位置和方向。这些经纬线是怎样定出来的呢？地球是在不停地绕地轴旋转（地轴是一根通过地球南北两极和地球中心的假想线），在地球中腰画一个与地轴垂直的大圆圈，使圈上的每一点都和南北两极的距离相等，这个圆圈就叫作“赤道”。在赤道的南北两边，画出许多和赤道平行的圆圈，就是“纬圈”；构成这些圆圈的线段，叫做纬线。我们把赤道定为纬度零度，向南向北各为90度，在赤道以南的叫南纬，在赤道以北的叫北纬。北极就是北纬90度，南极就是南纬90度。纬度的高低也标志着气候的冷热，如赤道和低纬度地地区无冬，两极和高纬度地区无夏，中纬度地区四季分明。 其次，从北极点到南极点，可以画出许多南北方向的与地球赤道垂直的大圆圈，这叫作“经圈”；构成这些圆圈的线段，就叫经线。公元1884年，国际上规定以通过英国伦敦近郊的格林尼治天文台的经线作为计算经度的起点，即经度零度零分零秒。在它东面的为东经，共180度；在它西面的为西经，共180度。因为地球是圆的，所以东经180度和西经180度的经线是同一条经线。各国公定180度经线为“国际日期变更线”。为了避免同一地区使用两个不同的日期，国际日期变线在遇陆地时略有偏离。 每一经度和纬度还可以再细分为60分，每一分再分为60秒以及秒的小数。利用经纬线，我们就可以确定地球上每一个地方的具体位置，并且把它在地图或地球仪上表示出来。例如问北京的经纬度是多少？我们很容易从地图上查出来是东经116度24分，北纬39度54分。在大海中航行的轮船，只要把所在地的经度测出来，就可以确定船在海洋中的位置和前进方向。
地球仪及地球仪上纵横交错的经纬线
知识卡片：
赤道
通过地球中心划一个与地轴成直角相交的平面，在地球表面相应出现一个和地球的极距离相等的假想圆圈。赤道是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线，半径达6378.137Km。如果把地球看做一个绝对的球体的话，赤道距离南北两极相等，是一个大圆。它把地球分为南北两半球，其以北是北半球，以南是南半球，是划分纬度的基线，赤道的纬度为0°。 赤道是地球上重力最小的地方。赤道是南北纬线的起点（即零度纬线），也是地球上最长的纬线。
本初子午线
本初子午线是地球上的零度经线，它是为了确定地球经度和全球时刻而采用的标准参考子午线，它不像纬线有自然起点——赤道。是计算东西经度的起点。1884年国际会议决定用通过英国格林威治天文台子午仪中心的经线为本初子午线。
3．纬度的计算方法