如何辨别方向，导航进化论—人类“不再迷路”的故事

碎碎念

此文是本系列的第三篇文章，这个月事情实在是有点多，好在赶在月底之前更新了一篇，感谢关注这个系列的值友们的耐心等待，爱你们！

本系列的前两篇，见下面的“标签”

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想写如何辨别方向，而想到写一篇导航进化史的原创，是因为想起了这个新闻

野外生存能力神马的暂时不说，毕竟国情有差异，而且学习难度颇大！但是教会孩子在各种条件下学会辨别方向还是很重要的！

教会了孩子如何辨别方向，我想是不是可以适当的渗透一些和人类分辨方向的有关知识，比如导航技术的发展，比如导航技术的进步如何影响到航海的进步呢？

好吧，今天闲话少说，讲讲人类与方向那些故事。

辨别方向

我们所在的具体位置，可以简化成3个简单的参数：经度，维度，高度！

差点忘了，这是篇儿童科普类原创，高度不用说了吧，很好理解，说说经纬度

“炸潜艇“的亲子互动游戏，差不多都玩过吧！经度就是图里的数字，维度就是图里的字母！

一个经度+一个维度，就能确定对手“潜艇”的位置了！

但是，在古时候，人们尚没有经纬度这样的概念，所以最早的指示方向的办法就是找一个参照物然后再给出一个方向，比如：从前面那个大树向北走100步。

其中，“大树”就是参考物，“北”就是方向了！

怎么找到北

那么古人是怎么“找到北”的呢？

这就要说到“上知天文、下知地理”

北极星，在指南针没有发明之前，一直为为人类指引着北方！

要找到北极星，先要找到“北斗七星”，“勺子星”，这个很好找了，特征比较明显，小孩子交过一遍基本都能找到！

找到勺子后，先找到勺子口，沿着勺子口的方向，大概5倍勺子口深度的距离，就能找到北极星了

找到了北极星，也就找到了北

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家里有喜欢看星星的孩子，可以买一本《星图》，价格不贵，不同的季节配合不同的星座，结合Sky guide一类的手机APP可以给孩子讲不少故事，比看动画片了解星空知识更靠谱

怎么找到南

靠太阳

白天最容易的方法是看太阳了，东升西落，根据太阳的位置就可以判断出大概的方向，但是太阳的方向跟季节和时间又有关系，所以并不准确！

想要更准确的判断方向，我们需要简单的工具，和短暂时间的等待

需要三根木棍，一根插在地上（上图中的红色），然后观察地上的影子（黑色线），并在影子的顶端放上一块石头。

等待十几分钟，待影子移动了，可以再在新的影子的顶端放上另一块石头。

然后，用另一个木棍将两根石头的位置链接起来（图中的紫色线），这时可以根据太阳的运动方向（从东向西），判断东西方向了

再在东西方向的小木棍上垂直的放上另一根小木棍，然后再根据东西方向，就可以判断出南北方向了！

这种办法，比直接观察太阳的位置判断出的方向要准确些，尤其是在不知道具体是几点的情况下。

如果能够在找一棵被“光头强”砍掉的树，根据树桩上的年轮也可以辨认方向

年轮总是南面的宽而北面的窄，所以根据年轮宽窄的方向也可以大致的判断出南北方向

跑个题：光头强砍到过树没？貌似砍过也没运出去过，那么这么说来，光头强的李老板真是一个好老板！

指南针问世，彻底解决南北问题

不管是夜观天象，还是白天看太阳，都收到天气的影响，不可能全天候的让你能找到北，但是指南针的问世解决了这个历史难题

说到指南针，要小小的骄傲一下，不管如何争论但是目前仍是我们认知中“中国古代四大发明”之一

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其实四大发明那个指南针，应该叫“司南”才对！

不管指南针还是司南，都属于磁体定向装置，根据磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北

地球本身就是一个巨大的磁体，地球有着自己的两个磁极，虽然地磁极和真正的地理南北极有一定的偏移，但是从大方位上来说，已经足够接近了！

司南的发明，始于战国（公元前475年—公元前221年）距今约2200~2500年前，也就是说，人类真正发明了指示方向的工具不过2000多年的历史！

最早的司南，是利用天然磁石制成的勺子，配合底盘使用的

到了唐代，勺子演变成了一根针，这根针可以附在水上，减少摩擦力的影响，测量的更准确

再后来，指针随着阿拉伯人的脚步传入欧洲，欧洲人进一步改进后，成了现代指南针！

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说起指南针的名字，小朋友可能会问：为啥还有叫指北针的？

其实指南针和指北针是一样滴，只是名字不同，这是文化造成的差异：在中国都叫指南针，在国外或者军事领域就叫指北针了。

为啥呢？因为，中国以南为遵，“坐北朝南”么，“南面为王，北面而朝”

所以中国古代的地图（西晋之前）也是上南下北的，面朝南，配合指南针使用，简直不能更方便！

顺嘴说一下中国古代地图方向的标注，中国古代的地图，始终准循着“以人为本”的方针，怎么方便怎么来，并没有严格规定上下左右对应的方向，比如海岸线图：上面是海，下面是陆地，这样站在陆地上看海，拿着地图的方向，就是你面对大海的方向，其实挺人性化的。

到了“洋人”发明了世界通用的《经纬制图法》之后，几乎所有的地图都按照“上北下南”来绘制了！

指南针的发明，使人类不再依靠自然或人工参照物来确认方向，人类可以放开步子远行起来。名山大川，荒漠戈壁都可以勇敢探索！

指南针的发明，不仅释放了人类在陆地上探索的步伐，也展开了人类海洋探索的新篇章！

航海与导航

相对于大海，陆地上有很多参照物可以辅助我们找到自己的位置，辨别方位。但是茫茫的大海，哪来的那么多参照物供人类参考！

所以，尽管发明了指南针，能找到北了，但是人类对海洋的探索，依然只能沿着海岸线进行，为啥呢？因为离开了参照物，就迷路了！来一张郑和下西洋的路线图感受一下

那个时候航海，靠的是纯熟的航海经验，执念的勇气，和拼了命的精神！

经度和纬度

说到位置的确定，又得说回经纬度的问题

关于经线和维线的解释，经线可能会被张大妈的水印挡住“连接南北两极并且与纬线垂直相关的半圆”

定义的逻辑：用赤道来定义纬线，有纬线来补充经线的定义。

不严格的来说，水平线就是纬线，“竖直”的线就是经线！（可以参考文章第一张图中的，数字和字母讲解）

纬度

船在海上航行的过程中，纬度是比较容易测定的：通过观测太阳或者北极星的高度可以确定纬度，也就是说分清了南北就能大致知道自己所在了！

所以，关于纬度的精确测量，在慢慢的历史长河里，几乎没什么大的进步。直到六分仪的发明

“六分仪”的原理，最早是由牛顿提出的。

六分仪具有扇状外形﹐其组成部分包括一架小望远镜，一个半透明半反射的固定平面镜即地平镜﹐一个与指标相联的活动反射镜即指标镜。六分仪的刻度弧为圆周的1/6。使用时﹐观测者手持六分仪﹐转动指标镜﹐使在视场里同时出现的天体与海平线重合。根据指标镜的转角可以读出天体的高度角﹐其误差约为±0.2°～±1°

到了1757年，现代六分仪已经基本定型六分仪的精度比较高，最高能达到10角秒，且轻便易用，所以它能够迅速取代之前操作复杂的星盘，成为在海洋上测量地理坐标的利器，也彻底解决了精确地确定海上航线这一困扰无数航海家的难题

虽然现在有了卫星导航等更现代化的导航技术，但是使用六分仪定位，依然是各国海军的必修科目！可见其在航海中的重要性！

经度

相比较于维度的问题，经度的问题就比较难解决了！

最早解决经度的问题，依然是“夜观天象”，白天测量太阳和水平面的夹角，晚上测量月亮，或者北极星和水平面的夹角，但是颠簸的海况，测量的误差，导致这种测量非常的不准确，跑偏了是经常发生的！

知道为啥“海盗船长都是独眼龙“”么？

很多都是因为长期观察太阳，测算经度，被太阳灼伤了眼睛！

看太阳，看月亮测不准维度怎么办呢？之后，天文学家有发明了星盘，通过测量月球与其他天体的角距，然后通过一些列非常烦琐而复杂的数学计算，算出具体的经度的办法。

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看到这个商品，是不是有一种痛不欲生的感觉！

其实，经度的问题，可以换算成时间来计算：地球自转一周是360度，对应的时间是24小时，也就是说每小时相当于经度的15度，知道两地的时间差，就知道了两者的経度差

都知道，零度经线在伦敦，假设一个地方的时间是中午12点，而伦敦时间是上午10点，那么这个地方就在伦敦东部30度。

1530年，荷兰数学家 伽马弗朗西斯就提出了，航海时船上带一台始终按照伦敦时间运行的钟，然后通过测量当地太阳高度计算出当地时间，再和标准的伦敦时间对比，即可得到当地的经度了

多么天才的想法！

但是，航海钟面临着诸多技术难题：走时的准确性，抗摇晃能力，抗海水的腐蚀能力！

直到1769年，现代航海钟，才正式完善，推广！

到此，航海时，精确测量经度（航海钟），纬度（六分仪）都已经定型！人类真正迈向了“远海”

当时的大英帝国，依靠在这两项技术上的绝对技术优势和推广力度，建立了“日不落帝国”

卫星定位系统（GPS）

科技进步才是第一生产力，随着航天技术的进步，人类可以从太空中想办法来彻底解决“迷路”的问题了！

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据通过一些列的计算，就可知道接收机的具体位置。

需要准确的提供位置，至少需要同时接收到4颗卫星的信号，并不想象中的3颗就可以定位，需要4颗是因为卫星定位的方程式，需要4个已知参数才能解！

到了1964年，美国军方的子午仪卫星定位系统(Transit)系统投入使用！20世纪70年代，新一代的GPS系统由美国陆海空三军联合研发。

到了1994年，24颗GPS卫星全部布设完成，可以在全球98%的范围内，为人类指引方向！

卫星导航技术，并不是美国一家独大

欧洲“伽利略”卫星导航系统

俄罗斯GLONASS卫星导航系统

中国“北斗”卫星导航系统

到今天，GPS技术的实用性和价格都已经十分普及，只要拿出带GPS定位功能的手机。只要能接收到卫星信号，我们在这颗蓝色星球上就不会再迷路了！

彩蛋

今天讲讲飞蛾扑火吧，其实飞蛾扑火就是因为蛾子“迷路”了！

飞蛾在飞行的时候，也是需要参照物的！一般情况，蛾子会选择光线作为飞行的参照物。在只有月光星光等近似平行光时，只要直线飞行，飞蛾的前进方向与光线所成的角度总是固定的。

面对人造的点光源，要想任何时刻都与光线（即半径）成固定角，飞行路线就变成了数学上的等角螺旋线

一顿看似胡乱非飞，其实是有数学算法跟着的飞行轨迹之后，飞蛾终于扑到火上了！

好了，今天的故事都讲完了！故事有点长，内容有点广，但是深度其实不是很大，宝爸宝妈们慢慢给孩子们讲吧！

错字就不查了，见谅！

咱们下期再见了！