指南針

地球是一個大磁體。地球的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。地球表面的磁體，當可以自由轉動時，就會因磁體同性相斥、異性相吸的性質指示南北——這個道理，古人不夠明白；但這類現象，古人已經發現。

磁現象的發現

先秦時代的中國勞動人民已經積累了對磁現象的認識，在探尋鐵礦的時候，常常遇到磁鐵礦，即磁石（主要成分是四氧化三鐵——化學式FeO別名氧化鐵黑、磁鐵、吸鐵石，為具有磁性的黑色晶體，故又稱為磁性氧化鐵）。《管子》的數篇中早已記載了這些發現：“山上又磁石者，其下有金銅。”《山海經》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早被人發現，《呂氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招鐵，或引之也。”古人稱“磁”為“慈”。古人把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。並認為：“石是鐵的母親，但石有慈和不慈兩種，慈愛的石頭能吸引他的子女，不慈的石頭就不能吸引了。”漢以前古人把磁石寫成“慈石”，是慈愛石頭的表達。到了西漢，有一個名叫欒大的方士，他利用磁石的特性做了兩個棋子的東西，通過調整兩個棋子極性的相互位置，有時兩個棋子相互吸引，有時相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝，併當場演示。漢武帝驚奇不已，龍心大悅，竟封欒大為“五利將軍”。

李約瑟的觀點，他在《中國對航海羅盤研製的貢獻》一文，有明確的闡述。他從《古今注》、《管氏地理指蒙》、《九天玄女青囊海角經》等書的記載中推測出如下結論：“磁石指向性轉移到它吸過的鐵塊的發現在中國大約在一世紀到六世紀。在十一世紀以前的某個時期就已發現，不僅可以用鐵塊在磁石上磨擦產生磁化現象；而且還可以用燒紅的鐵片，經過居里點(CuriePoint)，冷卻或淬火而得到磁化，操作時，鐵片保持南北方向。

據《古礦錄》記載最早出現於戰國時期的磁山一帶。指南針的前身是中國古代四大發明之一的司南。

據1982年3月，《光明日報》報道：磁山（在今河北省邯鄲市武安）是我國四大發明之一指南針的發源地。據《古礦錄》記載：《明史地理志》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產磁鐵石。”又《明一統治》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產磁鐵石。”又《古礦錄》記載：《明一統治》稱：磁山，在縣西南30里，土產礦石，州名取此。磁山，指南針的故鄉。

典籍記載有關指南針的事情和典籍作者，全都在古代邯鄲為中心的燕趙文化區域內；在可考典籍範圍內記載的中國古代指南針，全都是用天然磁石磨製而成；且根據先秦典籍記載，產天然磁石的只有武安磁山（今河北省邯鄲市武安）。在春秋戰國時期有可能製造司南的地方，只能在以邯鄲為中心的燕趙文化區域內，武安極有可能就是指南針的故鄉。

王振鐸的相關觀點，指南針的發明至早不逾於 宋代，此種觀點在其一系列的研究成果都有所體現。如在《司南、指南針與羅經盤(上)》一文中所述：“自周末至李唐，古人所稱述之‘司南’或稱‘指南’為一種辨別方向之儀器，其物便於攜帶及測驗，宛如指南針之用矣。王振鐸認為在唐朝已經出現了便於攜帶的類指南針儀器，但絕不是指南針。王振鐸把此種物件看作是指南針的過渡形式。王振鐸未明確論斷指南針發明的具體時問，由於缺乏材料，出於科學嚴謹性方面考慮，所以未輕易論斷。他在《司南、指南針與羅經盤(中)》中說：“(指南)魚法固早於(指南)針法約半個世紀，然此二者先後相互之關係，仍有待史證之發現而說明也。”正是在此情況下說的。另外，在同一篇論文中又說：“中國古代，藉縫紉之鋼針，經人工傳磁，而成人造磁體之指南針，其史證之發現，至今尚未見有早於十一世紀以前者。”這是以北宋時沈括《夢溪筆談·雜誌一》與《夢溪筆談補》為根據而加以論斷的。這兩篇文章中記載了此種人工傳磁而成人造磁體的指南針。另外王振鐸在此篇文章中批判了英人維烈亞力(Alexanderwylie)所著《中國研究》中所指的唐朝僧一行已經注意到了磁針所指方向與北極之差的錯誤理解。最後鄭重地提出論斷：“按中國磁針偏向之記載，尚未發現史證有早逾《夢溪筆談》者，存中記其‘微偏東’，寇宗爽記謂‘偏東’，即指磁針之偏角而言。”這便是王振鐸由於材料所謂限制而不能對中國磁偏角的發現時間有一個確切的認識。關於指南針的發明時代，王振鐸只是給出了一個大致的推測，在《司南、指南針與羅經盤(中)》中，王振鐸說：“指南針之發明時代，以《萍洲可談》海舶用磁針及沈括謂方家制磁針，信其創始必早。”指南針的發明應當是一個很漫長的時間中，慢慢地改進的結果，而不同時期的形式，也應以不同的形式出現，王先生也只能給出一個時間區間。

李約瑟的觀點，順序的磁偏角，先向東後偏西，體現在中國堪輿羅盤的設計的同心圓，這些同心圓一直存留至當代。勿容置疑，磁羅盤在中國用於堪輿目的很久以後，才被用於航海。但是航海羅盤確是中國人的發明，它可能發生在十一世紀以前的某個時期或更早的時期。”李約瑟在此段中對指南針，磁偏角、羅盤等問題論述的清楚，雖然有些論斷過於武斷，但是對中國指南針的發明問題，做出了一個總結性的論斷。

潘吉星先生在王振鐸先生與李約瑟先生研究的基礎之上加以總結，但可以明顯看出他比較同意李先生的觀點，對於李約瑟先生所提到的幾個材料在《中國古代四大發明——源流外傳及世界影響》一書作了詳細地論述與闡述。但同時也和李約瑟先生一樣，在有些問題上過於武斷，明顯的證據不足，讓人難以信服。

如他在書中所述：“但從司南儀到指南針中間經歷了幾個技術過渡，這些過渡發生在魏晉南北朝至唐代。”他這種論斷性的結論沒有太多的材料支持。但此結論在大體上是沒有錯的。潘吉星先生和李約瑟先生一樣把崔豹《古今注》中的“蝌蚪，蝦蟆，(青蛙)子也，一名懸針，一名玄魚。”作為“從勺到針”的過渡來看。他說：“將在空中的磁針與方位盤配合，在晉南北朝曾經用過，確能指南，從而實現了李約瑟先生說的from the spoon to the needle(從勺到針)的過渡。”潘吉星先生在同一本書中也對水羅盤的出現時問做出了論斷。他說：“有證據顯示，9世紀唐代堪輿羅盤製造者已經做出了這決定性的一步。”在同一頁中，他再一次強調說：“晉南北朝開始對司南作技術改進，而在唐代後期完成從司南向羅盤的轉變，北宋人享受這些技術成果並使之發揚，歷史的發展脈絡應是如此。”進一步對指南針的發展脈絡做出了闡述。潘吉星在李約瑟先生研究的基礎之上，吸收了王振鐸先生的部分觀點，對指南針的發明時間與過程重新作了一個界定，雖然依然有部分不妥之處，但總體來說，是科技史上的一個進步。麗另外一些學者，或是沒有新材料而做出驚人的論斷，或是材料不足，僅憑某一材料片段做出新的論斷，但總體來說均未能讓眾人信服，影響亦不是很大。”而把指南針起源論斷於 唐代。姑且不論此論斷的正確與否，單依此材料根本不能得出此種論斷。

在成都民間收藏族的藏品中，發現了一件極具學術研究價值的玉(石)器，它是由七塊玉(石)板拼接而成，正面是圖形，反面是古文字，特別是在第4塊玉(石)板上的中間，有一個圓形圖案，其上放置了一個類似半個“地球”的東西。在這個“地球”的頂部(北極)有一個直徑4cm的小洞，其中插有一支玉(石)的指南針，在圓形圖案上還有“東”、“南”、“西”、“北”四個古文字。依據現有學科專業知識分析，這四個古文字與我們今天在進行地質填圖時所使用的羅盤上的“東”、“南”、“西”、“北”的方位字一樣，除東字外，其餘“南”、“西”、“北”三個字均與甲骨文不同。在三星堆玉(石)器上發現指南針很重要，那種認為指南針最早出現在 春秋戰國時代的觀點由此會被徹底推翻，文獻中曾提及的黃帝發明指南車一事，但至今只是推測，未見考古實物，而三星堆地區玉(石)器上指南針的發現把中國指南針的發現史推到了伏羲時代。三星堆發現的指南針是玉(石)的，不會轉動，是象徵性的。

在中國的方位文化中經歷了從天文學方法定位再以磁學方法製成司南，最後由司南演變成指南針的三個階段，隨之而來的是測定方位技術的不斷完善。

司南

司南是最早的磁性指向器。“司南”之稱，始於戰國（公元前475年—公元前221年），終止於唐代（公元618年—公元907年）。因為司南古義不斷演化，使它與一系列的古代發明結下了不解之緣。

記載司南的最早的文獻是《鬼谷子》，其中寫道：“鄭人之取玉也，必載司南之車，為其不惑也。”(謀篇)從《鬼谷子》中的記載可以看出，鄭人去“取玉”，必須要帶上司南，就是為了避免方向的迷失。

在提到司南的文獻中，王充的記述是最重要的，他明確指出：“司南之杓，投之於地，其柢指南。”(是應篇)其中的“杓”是指勺子。具備這種“指南”性能的司南，應是磁性指向器。但是，這裡的“地”是指古代械盤中的“地盤”。械盤是秦漢時期發明的，用於遊戲或占卜。在“地盤”的四周刻有24個方位，中心刻有象徵北斗七星的標誌。中國現代著名的科技史家和文物複製專家王振鐸曾依據這些記載成功地復原了漢代的司南(如圖1所示)。

圖1司南模型(王振鐸復原)勺形司南尚無實物出土，但漢代畫像石上，有類似勺形司南形象的畫面(如圖2所示)，這表明王充的記載應該是可信的。在這幅石像中，可看到，畫面主體是魔術師和雜技演員在表演，上面一行人是貴族觀眾，右上角的小方台上放著一個疑似司南的長柄匙(見畫面外小插圖)，一個人在跪著觀察它。

圖2藏於蘇黎世里特堡博物館的漢代石浮雕(本圖引自李約瑟《中國科學技術史·物理學卷》)從所留下的材料看，利用磁石指極性的司南就是磁性指向器具有的最早的形制。

磁體定向裝置的出現，就使人從靠觀察天體定向的被動性轉向靠地磁定向的主動性。人類最早的磁體定向裝置，是以天然條狀磁石製成的司南，它出現后在中國戰國末期(前三世紀)而在漢代得到進一步的發展。司南儀的出現具有重要歷史意義，因為它是以與天文定向原理截然不同的磁學原理製成的新型導向裝置，在任何天氣條件下都能晝夜工作，迅速指出方向，操作簡便易於攜帶。

最初，“司南”指測影的表桿。如《韓非子·有度篇》說，“故先王立司南，以端朝夕。”“端朝夕”即正東西，引申為確定東西南北方向。“立司南”來源於殷商甲骨文中的“立中”和戰國時的“立朝夕”，它們的意思都是立表以測日影。

磁勺

磁勺是一種天然磁石琢成的勺形指向器，當它被發現的時候，其狀取法北斗七星，名稱則沿用“司南”。古文“司南”可以推定為磁勺的至少有《鬼谷子》、《論衡》、《玄覽賦》、《飄賦》四項記載。《宋書·禮志》引《鬼谷子》曰：“鄭人取玉，必載司南，為其不惑也。”《鬼谷子·謀篇》至遲成書於西漢，或許是先秦之書，其中關於“鄭人取玉，必載司南”的傳說，暗示了磁勺與玉器業的聯繫，甚難加工的磁勺應是玉工高手的傑作。

東漢王充的的《論衡·是應篇》說：“司南之勺，投之於地，其柢指南。”句中的“地”一般解釋為“地盤”，也可能是“池”字誤寫。這句話應釋為：勺狀的司南，放在“地盤”上（或投入盛有適量液體（如水銀）的容器中），它的勺柄必然自動指向南方。

此後，梁元帝蕭繹的《玄覽賦》說：“見靈烏之占巽，觀司南之候離。”唐韋肇的《飄賦》說：“挹酒漿，則仰惟北（北斗）而有別；充玩好，則校司南以為可。”再次介紹了司南（磁勺）的功用和形狀。

磁勺的實物雖然迄今尚未發現，但與此有關的文物至少有兩件。一是瑞士蘇黎世的Rietberg博物館中所藏的一塊公元114年的東漢畫像石，其右上角有一人正在觀測一件可能是“司南之勺”的東西。二是那志良《玉器通釋》上冊著錄的一件“司南佩”古玉器，此玉“長不過寸許，一端琢成一個小勺，一端琢成一個圓形的小盤，中間有一個橫穿。”“司南佩”的製作年代不明，推測為唐代之物。

除了上述的表和磁勺之外，司南又是指南車、指南舟和報時刻漏的代稱。晉人葛洪所作的《西京雜記》中提到的“司南車”即半自動機械裝置指南車。《宋書·禮志》記載：“晉代又有指南舟。”南朝任昉的《奉和登景陽山》詩吟道：“奔鯨吐華浪，司南動輕枻。”詩中的司南即指皇家園池中的指南舟，可是，“指南舟”究竟怎樣導航，至今依然是一個迷。唐代大詩人杜甫的詠《雞》詩云：“氣交亭育際，巫峽漏司南。”意謂夜半零時正，詩人恰聞司南的報時之聲。

磁針的發明

指南針的發明應當是在一個很漫長的時間中，慢慢地改進的結果，而不同時期的形式，應以不同的形式出現。唐代堪輿家的活動相當活躍，並開始強調方向的選擇，尋找比磁勺更方便的指向器成了當務之急。於是指南鐵魚或者蝌蚪形鐵質指向器及水浮磁針應運而生。

活動於唐開元年間（713—741年）的山西堪輿家丘延瀚，被後世堪輿家推崇為堪輿術三針（正針、縫針和中針）中最早出現的正針法的創始人。明代雅好科技的寧獻王朱權則在其《神機秘籍》中說：“針法古無所傳，自昔玄真始制。”玄真即唐代浙江金華道家張志和（約730—約810年），他的道號叫玄真子，所著《玄真子》十二卷，殘存三卷。從這殘卷中知道他頗好物理，但未找到與指南針或針法直接有關的記載。然而，這個道號不禁使人聯想到舊題晉崔豹所作的《古今注》中把蝌蚪稱為“玄針”。其文曰：“蝦蟇子，曰蝌蚪，一曰玄針，一曰玄魚，形圓而尾大，尾脫即腳生。”十世紀時馬縞的《中華古今注》中也有類似的記載。這項記載似乎把磁針與指南魚的發明和應用從形狀和性能上聯繫到了一起。

關於指南魚的製備方法，見於北宋曾公亮等利用前人資料編撰的《武經總要》。《武經總要》前集卷十五載其法曰：“用薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。”這種方法利用地磁場使鐵片磁化，並知道魚形鐵片微向下傾斜對磁化有利，實際上已發現近代科學中所謂的磁傾角的影響。使用時，指南魚浮於水面，與水浮磁針的原理是一致的。

水浮磁針的製作方法首見於北宋沈括的《夢溪筆談》卷二十四，其文曰：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”這種方家在實踐中總結出來的鋼針磁化法，經過沈括之手公佈於世，有力地促進了磁針在堪輿和航海兩大領域中的應用和普及。指南針進入到實用磁針的階段，對裝置方法的研究提到了議事日程。沈括全面研究和比較了“水浮”法、置“指爪”法、置“碗唇”法及“縷懸”法的優缺點，認為“縷懸”法最佳。“其法取新纊中獨繭縷，以芥子許蠟，綴於針腰，無風處懸之，則針常指南。”現代磁強計中懸掛的小磁鐵，就採用了此相似的方法。磁針指的精度，與司南及指南魚不可同日而語，故磁針的發明，很快導致了磁偏角的發現。

五代亂世的《管氏地理指蒙·釋中第八》曰：磁針“體輕而徑所指必端應一氣之所召，土曷中而方曷偏，較軒轅之紀，尚在星虛丁癸之躔”。軒轅黃帝時代的磁偏角，作者以為尚在“星（午）虛（子）丁癸”方向，而當時“針指坎離定陰陽之分野，格偏壬丙探僭越之津涯”。偏角變為南偏東15°。

由於堪輿術的神秘性，中國唐宋堪輿著作在流傳中又相互影響，有所增刪，要從眾多早期堪輿著作中理出磁針、磁偏角以至羅盤的發明、發現年代，誠非易事，然而，北宋司天監楊惟德於慶曆元年（1041年）奉命編撰的相墓大全《塋原總錄》卷一位磁偏角的發現訂定了下限。書中說：“客主的取，宜匡四正以無差，當取丙午針，於其正處，中而格之，取方直之正也。”這裡明確地記載了“丙午針”，即後世沈括在《夢溪筆談》卷二十四中所說的磁針“常微偏東，不全南也”。在西方，直到13世紀才知道磁針偏南。1429年哥倫布（ChristopherColumbus，1451—1506年）橫渡大西洋時，正式測到磁偏角現象。

中國發現了元代水浮法指南針瓷碗。1959年，在遼寧旅順甘井子元代墓葬中出土了兩件磁州窯白釉褐花大碗，大碗內底部彩繪兩個同心圓，圓內繪並排的三點，中間一線相連。乍看此圖形似一個不規則的“王”字，故被稱為“王字紋碗”。碗外底圈足內又墨書一個“針”字。經科技史學家王振鐸先生研究證實，這種碗就是航海時指示方向所用的針碗。它的使用方法是這樣的：針碗的水面上漂著穿在浮漂上的磁針，碗內底的“王”字形標誌則有助於標明方向。先將“王”字中的細道與船身中心線對直，如船身轉向，磁針便和該細線形成夾角，從而顯示航向轉移的角度。類似的碗在江蘇丹徒照臨村元代窖藏和河北省磁縣漳河故道元代沉船內都有發現。

羅盤的發明與西傳

磁針問世后，先後用於堪輿和航海。為了使用方便，讀數容易，加上磁偏角的發現，對指南針的使用技巧提出了更高的要求，方家首先將磁針與分度盤相配合，創製了新一代指南針——羅盤。不過有些場合，碗中的水浮磁針仍在使用，故沈括《夢溪筆談》卷二十四稱“水浮多盪搖”。江蘇、河北和遼寧旅大曾出土元代的不帶刻度的指南針專用針碗。當航船還在使用浮針加針碗時，堪輿羅盤卻遠遠地跑到了前面。

考古資料表明，堪輿家選擇墓穴採用二十四向表示法大約始於唐末。南唐何溥主持建徽城，看風水時也用二十四向表示法。何溥所撰的《靈城精義》“理氣章正訣”中說，“地以八方正位，定坤道與輿圖，故以正子午為地盤，居內以應地之實。”天以十二分野，正躔度之次舍，故以壬子丙午為天盤，居外以應天之虛。”作者、時代不明的《九天玄女青囊海角經》“理氣篇”中有一段幾乎相同的文字，兩者應同出一源。

羅盤古稱“地螺”、“地羅”。南宋曾三聘的《因話錄》（作於公元1200年前後）“子午針”條說：“地螺，或有子午正針，或用子壬丙午間縫針。”曾三聘是江西臨江俯峽江（今江西西清江）人。離峽江不遠的江西臨川，於1985年出土了世界上最早的堪輿旱羅盤模型，正可與《因話錄》的記載相互印證。1985年5月，江西臨川南宋朱濟南墓（葬於1198年）出土了座底墨書“張仙人”的瓷佣一式兩件。風水先生“張仙人”佣，左手抱一羅盤。值得注意的是，該羅盤的磁針與水羅盤的磁針根本不同，中部增大呈菱形，菱形中央有一明顯圓孔，明確現象地表示這是一種用軸支承的旱羅盤。

中國的磁針和羅盤先後經由陸水兩路西傳，曾給人類的文明的進程帶來重大的影響。以前史學界認為磁針在水中的水羅盤與指南針一脈相承，是中國的發明，但旱羅盤是歐洲所發明，16世紀才經由日本船傳入中國。而今臨川羅盤證明：旱羅盤的發明權也屬於中國。

最初形制

磁石指極性與磁性指向器的最初形制

對於磁石吸鐵性的認識和應用，傳說，秦皇宮的磁石門可防止身帶鐵刃的刺客進入。文獻中對磁石吸鐵現象多有記述，如戰國時期成書的《呂氏春秋》、西漢時期成書的《淮南子》和東漢王充的《論衡》，這些作者都提到磁石吸鐵現象，玳瑁和琥珀等物體能吸引某些輕小物體的現象。王充指出，這些現象是“感應”(一種超距作用的看法)的作用，但似乎並不知道電感應和磁感應的區別。指南針是用天然磁石製成的，要發明指南針，就要研究磁石的指極性。

磁化技術和磁偏現象的記述

北宋時磁化技術取得了突破，這些技術加速了磁性指向器的普及，並且導致指向器形制新的演變。

指南魚的磁性是很弱的，作為一種“天然的”缺陷，圓形的魚首也使它的指向精度受到限制。雖然這種簡易的磁化技術使指南魚的製作容易了許多，但它的形狀造成與勺形司南有類似的缺陷。

同樣，具有實用性的磁化技術，與曾公亮同時代的沈括在《夢溪筆談》中也有記載。他寫道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”(卷24)這種形制易流行、且簡單，磁化效果也相當好，特別是，它對指向器形制的改進產生了另一個突破——針狀。用針指向，它的指向精度可以得到極大的提高。這樣，司南就衍變成了指南針，而且這種指南針也更容易普及了。無疑，這是磁性指向器形制的最重要的改進。

由於指針指向精度得以提高，人們在使用指南針時很快就注意到，它所指的方向有時並非正南，這就是磁偏現象——“然常微偏東，不全南也”。

實際上，在寫於慶曆元年(1041)的《塋原總錄》中，比沈括稍早些的楊維德已經記載了指南針和磁偏角的存在．他寫道：“匡四正以無差，當取丙午針。於其正處，中而格之，取方直之正也。”(卷1)這裡說的“針”就是磁針，而“丙午針”是指磁針在靜止時，針指的方位是24個方位中丙位和午位的結合部，也就是南偏東約7。5°。這與沈括的“微偏東”是一致的，但楊維德的說法更早，描述也更精確些。

稍晚於沈括的寇宗夷在所著的《本草衍義》也提到：“磁石⋯⋯磨針鋒則能指南，然常偏東，不全南也。其法取新纊中獨縷，以半芥子許蠟綴於針腰，無風處垂之，則針常指南。然常偏丙位。蓋丙為大火，庚辛金受其制，故如是，物理相感爾。”(卷5)這段話講到指南針的磁化，講到磁偏現象的發現，還講到指南針的架設問題，以及利用五行學說簡要地解釋磁針指向的原因。在這裡，寇宗夷所使用的是“水浮法”，這與沈括是有些不同的。這也說明，在這時人們還在探索形制，一直在進行著不同的嘗試。早在晚唐時期成書的《管氏地理指蒙》，在這篇文獻中我們可以讀到：磁者母之道，針者鐵之戕。母子之性，以是感，以是通；受戕之性，以是復，以是完。體輕而徑，所指必端。應一氣之所召⋯⋯。透過這段話，可以看到，它記述的磁偏角約為南偏東15°左右。這說明，關於地磁偏現象的發現可能早於宋代。在另一篇早期文獻中提到地磁偏的是《九天玄女青囊海角經》，這部書的成書時間約在10世紀下半葉。

與沈括大致同時代的王假(福建堪輿學派的創立者)也提到過磁偏角。在王僅的一首詩中，他寫道：“虛危之間針路明，南三張度上三乘”。這裡的前一句所提到的顯然是天體坐標的南北向，但通過觀察地磁羅盤會發現，南方星宿“張”的範圍是如此之廣，以至於兩個磁偏角及天體坐標的正南這3個“南方”方位均包含在其內。所以，他對磁偏角的涉及，具體數值還不能完全確定，但它的地磁偏現象的記載，說明了風水師是重視地磁偏現象的研究的。王僅是一位著名的堪輿家，他的主要著作寫於1030—1050年間。

宋代曾三異在1189年寫的《因話錄》提到，在地球表面上一定有某個區域，在那裡磁偏角為零。曾三異的觀點很有見地，事實上也確實存在著零磁偏角線。即使如此，他也只是提出了一種有價值的猜測。16世紀，明代人迸一步發現了在不同的地點磁偏角的大小也不同的結論；18世紀，才出現關於磁偏角的大小也隨時間的變化而變化的明確記載。

指南針架設方法與羅盤

指南針如何架設起來，沈括比較了4種不同的架設方法：

水浮多盪搖。指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。其法取新纊中獨繭縷，以芥子許蠟，綴於針腰，無風處懸之，則針常指南。這就是有名的沈括“四法”。沈括對前3種方法採取否定的態度，儘管“水浮法”是曾公亮已經有過嘗試的方法．在《武經總要》中記載的使用方法是將指南魚“平放水面令浮”，為此魚形的鐵葉可能是中間微凹的，這樣的結構使鐵魚像小船一樣漂浮在水面上。宗夷也提出了架設的方法，他指出：“以針橫貫燈心，浮水上，亦指南。”

沈括嘗試的四種安裝指南針的方法

南宋時，指南針的架設問題有了新的進展。南宋陳元靚在《事林廣記》(成書於1100—1250年間)中記述了兩種指南針，即指南魚和指南龜。它們可看作“水針(水羅盤)”和“旱針(旱羅盤)”的先驅。水羅盤(也叫浮針羅盤)是從《武經總要》的指南魚到《事林廣記》的指南魚發展過來的，由於後者是木刻的，自然可浮在水面，似乎也不怕水面盪搖，它已發展成為一種比較成熟的結構。此後，水針一直比較流行，加上進一步的改進，將磁針穿上小木條，取代了木頭刻的魚，使之更實用了。自然，“指南魚”這種形制也就消失了。《事林廣記》記載的“指南龜”，則是後世旱羅盤的先驅。它因為採用了竹釘支承，摩擦力小，旋轉靈活，因而也受到人們歡迎。後來人們將其發展成了樞軸支承式，這種形制就成了使用簡便的旱羅盤。1985年5月，在江西臨川縣溫泉鄉朱濟南墓中出土了一件題名“張仙人”的俑，高22。2em，手捧羅盤。此羅盤樣的磁裝置結構與宋代水浮針不同，其菱形針的中央有一明顯的圓孔，說明它採用的是樞軸支承的架構。這座墓下葬的時間為南宋慶元四年(1198)。可見在旱羅盤問世不久，中國人已經將其發展成樞軸支承式的了。

結語

旱羅盤後來經阿拉伯傳人歐洲，在歐洲發展成熟起來。歐洲人又進一步對這種旱羅盤做了改進，使用起來很是方便。這種改進雖然對磁的知識並未增加，甚至也未“改善”，但是卻對航海事業產生了積極影響。也就是說，在發展航海事業的過程中，使磁技術的價值彰顯出來。從磁的吸鐵性和指極性知識看，在磁技術的發展早期，磁技術對生產發展和航海、堪輿的活動是有價值的，而磁技術的改善就是圍繞著這種需求發展的。在磁技術發展的同時，人們也積累起些許磁學知識。這個積累過程是緩慢的，這當然是由於貌似簡單的磁知識，它聯繫著對地(球)磁場的認識。這使問題具有了某種複雜性，而破解這種複雜性還需要時間，需要某種天才；同時也期待著高水平的精準實驗用。

在這些精準的實驗中，磁化技術中的兩種方法是很重要的。在這些磁化技術的發展中，古人所依據的科學原理，要麼是不知道，要麼是不符合現代的科學原理。所以，古人是黑暗中摸索著前進的，是在對經驗中的領悟中發展著的。在這些發明中，指南“針”形狀發明提高了指向的精度，也使磁偏角得以發現．針的形制無疑是具有重要意義的，推進了對磁的認識，有益於磁知識的積累。大體上說，磁性指向器的演變過程中，形制的不斷改進是很重要的，就像汽車發明后，汽車的樣子也不斷發生變化，甚至是很大的變化，但這也是逐步演變的。磁性指向器的交流中，也包含著磁知識的交流，這種交流促進著“磁學”知識的積累和發展。這直到近代才結出果實。

中國的磁針和羅盤先後經由陸水兩路西傳，曾給人類文明的進程帶來重大的影響。史學界認為磁針浮在水中的水羅盤與指南針一脈相承，是中國的發明。1985年江西臨川南宋朱濟南墓出土的“張仙人”俑手持的旱羅盤證明：旱羅盤的發明權也屬於中國。

現代電子羅盤

現代人製作了各種電子指南針，智能手機普遍有這個軟體，電子羅盤也叫數字羅盤，是利用地磁場來定北極的一種方法，應用到手機上，其實就是電子指南針，電子羅盤一般用磁阻感測器和磁通門加工而成。

雖然GPS在導航、定位、測速、定向方面有著廣泛的應用，但由於其信號常被地形、地物遮擋，導致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高樓林立城區和植被茂密的林區，GPS信號的有效性僅為60%。並且在靜止的情況下，GPS也無法給出航向信息。為彌補這一不足，可以採用組合導航定向的方法。電子羅盤正是為滿足用戶的此類需求而設計的。它可以對GPS信號進行有效補償，保證導航定向信息100%有效，即使是在GPS信號失鎖后也能正常工作，做到“丟星不丟向”。

電子羅盤可以分為平面電子羅盤和三維電子羅盤。平面電子羅盤要求用戶在使用時必須保持羅盤的水平，否則當羅盤發生傾斜時，也會給出航向的變化而實際上航向並沒有變化。雖然平面電子羅盤對使用時要求很高，但如果能保證羅盤所附載體始終水平的話，平面羅盤是一種性價比很好的選擇。三維電子羅盤克服了平面電子羅盤在使用中的嚴格限制，因為三維電子羅盤在其內部加入了傾角感測器，如果羅盤發生傾斜時可以對羅盤進行傾斜補償，這樣即使羅盤發生傾斜，航向數據依然準確無誤。有時為了克服溫度漂移，羅盤也可內置溫度補償，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。

電子羅盤原理

三維電子羅盤由三維磁阻感測器、雙軸傾角感測器和MCU構成。三維磁阻感測器用來測量地球磁場，傾角感測器是在磁力儀非水平狀態時進行補償;MCU處理磁力儀和傾角感測器的信號以及數據輸出和軟鐵、硬鐵補償。該磁力儀是採用三個互相垂直的磁阻感測器，每個軸向上的感測器檢測在該方向上的地磁場強度。

磁偏角

地球表面任一點的磁子午圈同地理子午圈的夾角，即為磁偏角。磁偏角在同一地點也不是定值，每天早晚測定的磁偏角也有微小的差異，磁偏角具有長期變化和周日變化的特性。氣象條件對磁偏角的影響也很大，尤其在雷電天氣下是不能觀測的。磁偏角受地磁環境影響比較顯著，由於地磁的特性，磁子午線情況比較複雜，且互相不平行，直線愈長，誤差越大。

“指南”的詞義有指導或準則之意，而“指南”來源於“司南”，兩者僅一音之轉。在漢至唐的文獻中，讀者可讀到諸如“事之司南”、“文之司南”以及人之司南等詞語。唐代以後，在社會科學中，“司南”一詞完全為“指南”所取代。唐代以後，“司南”（磁勺）奇迹般地銷聲匿跡，因是磁針已經問世。

磁子午線隨一年四季的變化而變化。其一，在春分，秋分這天，磁子午線與子午線，以及地球的經線三線重合，指南針直指地球的南北方向極點，誤差只有0.08°地軸偏心率，可以忽略不計。其二，在夏至，冬至這天，磁子午線和子午線是不重合的並且偏磁角最大，最大偏差量為正負23.26°，也就是說在地球南北極附近偏磁點最大，用地球的周長除以365°角在正負23°，等於偏磁極點對應南北極點的距離(正負弧度公里)。

指南針打開了世界市場

指南針在航海上的應用對地理大發現和海上貿易有極大的促進作用。指南針的發明源於中國古人如何定向問題的研究，也表明古人對如何定向問題的重視，為此，指南針被譽為中國古代四大發明之一。古代中國人將指南針用于軍事和航海的活動，也被用於堪輿術，後來還輾轉傳入歐洲，在歐洲的航海活動和地理大發現中，發揮了不可替代的重要作用。在航海技術發明中，指南針也是最重要的單項發明。