沈括比較推崇的是縷懸法,他認為這是比較理想而又切實可行的方法。沈括指出的4種方法,已經歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體係,即水針和旱針。
另外,由於長江黃河流域一帶地磁有大約50度左右的傾角,如水平放置指南魚,則隻有水平方向分量起作用,而以一定角度放入水中,則使魚磁化的有效磁場強度增大,磁化效果更好。
長江黃河流域一帶的地磁傾角,這一現象後來被稱為磁偏角。沈括在《夢溪筆談》第二十四卷中寫道,磁針能指南,“然常微偏東,不全南也”。
這是世界上現存最早的磁偏角記錄。在西方,直至1492年哥倫布在橫渡大西洋時才發現磁偏角這一現象,比沈括晚了400多年。
磁偏角是指磁針靜止時,所指的北方與真正北方的夾角。各個地方的磁偏角不同,而且,由於磁極也處在運動之中,某一地點磁偏角會隨之而改變。
在正常情況下,我國磁偏角最大可達6度,一般情況為兩三度。東經25度地區,磁偏角在一兩度之間;北緯25度以上地區,磁偏角大於2度;若在西經低緯度地區,磁偏角是5度至20度;西經45度以上,磁偏角為25度至50度。毫無疑問,沈括對磁偏角的發現與認識啟發了後人。
南宋學者陳元靚在《事林廣記》中介紹了另一類指南魚和指南龜的製作方法。
這種指南魚與《武經總要》一書記載的不一樣,是用木頭刻成魚形,有手指那麼大。木魚腹中置入一塊天然磁鐵,磁鐵的S極指向魚頭,用蠟封好後,從魚口插入一根針,就成為指南魚。將其浮於水麵,魚頭指南,這也是水針的一類。
指南龜也是南宋時期流行的一種新裝置,將一塊天然磁石放置在木刻龜的腹內,在木龜腹下方挖一光滑的小孔,對準並放置在直立於木板上的頂端尖滑的竹釘上,這樣木龜就被放置在一個固定的、可以自由旋轉的支點上了。由於支點處摩擦力很小,木龜可以自由轉動指南。
這種木頭指南魚和指南龜,很可能是一些懂得方術的方士創造的,做成以後隻是用來變戲法。所以《事林廣記》的作者,把它們當做《神仙幻術》了。
當時它並沒有用於航海指向,而用於幻術。但是這就是後來出現的旱羅盤的先驅。
人工磁化方法的發明,對指南針的應用和發展起了巨大的作用,在磁學和地磁學的發展史上也是一件大事。
[旁注]
徐福 秦代著名方士,是鬼穀子先生的關門弟子。他博學多才,通曉醫學、天文、航海等知識,而且同情百姓,故在沿海一帶民眾中名望頗高。曾被秦始皇派遣,出海采仙藥,一去不返。後有徐福在日本的平原、廣澤為王之說。
《武經總要》 北宋時期官修的一部軍事著作。作者為宋仁宗時的文臣曾公亮和丁度。兩人奉皇帝之命用了5年的時間編成。該書是我國第一部規模宏大的官修綜合性軍事著作,對於研究宋代以前的軍事思想非常重要。其中大篇幅介紹了武器的製造,對科學技術史的研究也很重要。
磁疇 是指磁性材料內部的一個個小區域,每個區域內部包含大量原子,它們都像一個個小磁鐵那樣整齊排列,但相鄰的不同區域之間原子磁矩排列的方向不同。各個磁疇之間的交界麵稱為磁疇壁。磁性材料在正常情況下並不對外顯示磁性,隻有當被磁化後才能對外顯示。
磁偏角 是指磁針靜止時,所指的北方與真正北方的夾角。地球表麵任一點的磁子午圈同地理子午圈的夾角。因指南針、磁羅盤是測定磁偏角最簡單的裝置,所以磁偏角的發現和測定的曆史也很早。磁針指北極N向東偏則磁偏角為正,向西偏則磁偏角為負。
《事林廣記》 南宋時期陳元靚所撰日用百科全書。門類廣泛,天文、地理、政治、社會、文學、遊藝,無所不包。包含較多的市井狀態和生活顧問材料,插圖很多。它開辟了後來類書圖文兼重的途徑,明代的《三才圖會》、清代的《古今圖書集成》都受其影響。
[閱讀鏈接]
北宋時期科學家沈括的科學成就是多方麵的。
他提倡的新曆法,與今天的陽曆相似;記錄了指南針原理及多種製作法,發現地磁偏角的存在,闡述凹麵鏡成像的原理,對共振等規律加以研究;他對於有效的藥方,多有記錄,並有多部醫學著作;他創立“隙積術”和“會圓術”;他對衝積平原形成、水的侵蝕作用等都有研究,並首先提出石油的命名。
此外,他對當時科學發展和生產技術的情況,如畢昇發明的活字印刷術、金屬冶煉的方法等皆詳為記錄。