宋代如何制造“指南针”？一个小小指南针，见证了古人智慧
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导语
造纸术、印刷术、指南针、火药，我国古代的“四大发明”随着丝绸之路传播到全世界，深刻影响了人类历史的发展进程。在技术水平有限的情况下，古人是如何制造指南针的？小小一个指南针，看似无足轻重，却见证了我国古代人民的智慧，促进了大航海时代的到来。
古代指南针（罗盘）
指南针的发展简史
四大发明中，指南针是最不起眼的，却经历了最漫长的演变过程。
1、指南车：纯粹的机械传动装置
相传4000多年前，中华民族的始祖黄帝便发明了用于指南的工具——指南车。
与后来利用地磁效应的指南针不同，并不利用磁性，它是一种纯粹的机械装置。指南车上树着一个木人，只要在出发之前将木人的手指向南方，无论接下来车子转向何方，木人的手都会始终指向指南车出发时设定的南方，所谓“车虽回运而手常指南”。
指南车的技术核心是一套齿轮传动系统和离合装置。尽管指南车有4000多年的悠久历史，但它的存在仅限于史料上的简单文字记载，并没有确切的结构设计资料。从现存史料看，一直到了宋代，《宋史·舆服志》才详细记载了指南车的结构和制造规范，后人根据这一规范仿制了指南车。
指南车结构图
2、司南：天然磁石的指南工具
由于机械装置设计比较复杂，指南车并未得到广泛应用，2000多年前，我国人民发明了。
《古矿录》记载，战国末年，河北磁山一带的人们发现当地的一种石头可以吸铁，这便是磁石的特性。后来，人们根据这一特性将磁石打磨成一把勺子，用于指示南北方向。
但很多学者对司南的真实性提出质疑，因为司南不像指南车那样有明确的技术规范，成书于汉代的《论衡》说“司南之杓，投之于地，其柢指南”，这已经是对“司南”及其功能最完整的记载了。
我国现代历史学家王振铎复原过司南，一度被中国历史博物馆收藏展览，我们常见的司南就是他复原的模型，但他复原的司南并非根据史料记载的技术规范制造，而完全利用现代科学技术复原而成，2000年前的人们根本不具备这种技术。迄今为止，使用原始手工技术制造司南的努力都是失败的。
古代司南（复原模型图）
宋代对磁场规律的认识
我们现在知道，指南针是利用地球磁场原理制造的。但古代科学知识不发达，人们并没有总结出磁场规律，是通过观察一些日常生活现象，对现象背后蕴含的科学规律进行了探索和应用。宋代是我国古代科学知识发展的一个高峰，在宋代史料中，保存了很多当时人们对磁场现象的记载。
1、宋人对静电感应的认识
宋人张邦基在其笔记《墨庄漫录》中记载：
“孔雀毛箸龙脑香则相缀。禁中以翠尾作帚，每幸诸阁，掷龙脑以辟秽。过则以翠尾扫之，皆聚，无有遗者，亦若磁石引针、琥珀拾芥，物类相感也。”还记得我们小学学过的科普知识吗？玻璃棒和丝绸、橡胶棒和毛皮摩擦都会产生静电。从上述记载来看，古人虽然没有向孩子普及这类知识，但他们对静电感应现象还是有认知的。
2、宋人对磁力特性的认识
张邦基提到了“磁石引针”，对磁石能吸铁，古人在两千多年前就有认识和利用，但宋人进一步认识到，磁石吸铁这种特性（也就是磁力）可以不被铁磁以外的其他物质阻隔。宋人张君房在他的笔记《云笈七籖》中记载说“磁石吸铁，间隔潜应”，就是对磁力特性的清晰描述。
磁偏角示意图
3、宋人对磁偏角的认识
我们现在知道，地球是一个天然磁体，拥有强大的磁力，但地球不是一个完美的球形，而是一个不完美的近似球形，而且地球的南北磁极与地理上的南北两极并不完全重合，两者
有一定偏差，所以便有了“地磁子午线”与“地理子午线”的交叉，二者之间的夹角称为磁偏角。
