中世紀出現(xiàn)的新型地圖
處于教會統(tǒng)治的中世紀，神學世界就是現(xiàn)實世界，所以人們在繪制地圖時，并不是依據(jù)地理信息繪制，大半是憑教義和想象畫出。當時最流行的一種古地圖是T-O地圖，先畫一個圓，圓的中心擺上基督教的圣地耶路撒冷，這是O，上方半圓是伊甸園所在地——東方，左下方和右下方分別是歐洲與非洲，以尼羅河、頓河和地中海三大水系為分界，這就是T形，組成了一幅“上東右南”的基督教神學世界。
很顯然，T-O地圖的目的不是用于導航，而是為了再現(xiàn)《圣經(jīng)》描述的世界，所以它很不準確，用現(xiàn)代人的眼光來看，甚至很荒誕（詳見大科技百科新說2015年第4期《中世紀可笑的T-O 地圖》）。
不過，令歷史學家驚訝的是，在13世紀初期，有人發(fā)明了另外一種地圖——波特蘭海圖，這是一種新型的海洋地圖，一改中世紀神話現(xiàn)實混合在一起的概念化地圖，具備精確導航和定位的功能。研究者將這種地圖與今天的地圖對比，發(fā)現(xiàn)偏差竟然特別小，特別是地中海、黑海、紅海區(qū)域的海岸線、港口數(shù)量和形狀與今天航拍的相差無幾，十分準確，就像當時中世紀的神職人員曾飛到地中海上空俯視過一樣。
想象一下，在當時的歐洲，沒有坐標，經(jīng)緯度還不被人知，在波特蘭海圖之前，地中海的水手沒有什么導航的地圖，他們只能依靠星盤測量、經(jīng)驗來航海。留給波特蘭海圖制作者的也就只有這些記錄了方向和距離的水手日記，他們是如何將這些日記轉(zhuǎn)化成可視化的地圖呢？
如何制作是個謎
現(xiàn)存最早的波特蘭海圖出現(xiàn)時間大概是1276年，最初繪制的海域集中在地中海一帶，隨著地理大發(fā)現(xiàn)，擴展到非洲好望角、馬六甲海峽和亞洲的日本海領域。波特蘭海圖曾被裝訂成冊，其中最著名的是1375年的《加泰羅尼地圖集》。此后幾世紀海圖采用的符號和顏色，就是從波特蘭海圖延續(xù)下來的。
大多數(shù)波特蘭海圖由上等的牛皮和羊皮手工繪制，由于它們都是手繪的，沒有兩個海圖或者地圖集是一樣的，但繪制的水域一般會包括整個地中海和黑海、大西洋海岸。地圖大小尺寸由羊皮大小決定，大概是100厘米×75厘米，地圖的比例接近1︰550萬，這就意味著地圖上1厘米代表實際距離的55千米，這是自從托勒密地圖以來，最早的按照比例來繪制的地圖。
地圖上，港口的名字和海岸的名稱被標在周圍，在陸地一邊呈直角對著海岸線。陸地信息非常模糊，夾雜著神話與傳說。海岸線線條則很簡潔清晰，從地圖內(nèi)容判斷，很明顯波蘭特海圖主要用于水手航行。
大陸輪廓的細節(jié)畫在一個網(wǎng)格線中，這些網(wǎng)格線由地圖上的16個中心圓發(fā)射，16個圓圈顯示了16個方向，圓上引出32條放射線，朝向32個方向，組成了一個等量線的有規(guī)律的圖形，這種繪制手法為首創(chuàng)，現(xiàn)代地圖上的經(jīng)緯網(wǎng)布局模式也可能受到波特蘭海圖的啟發(fā)。
然而，盡管波特蘭海圖在長達4個世紀的時間里被廣泛使用，但地圖上的網(wǎng)格線有什么用？地理輪廓又到底是怎么繪制出來的呢？地圖的制造者沒有留下制作方法的線索：沒有草稿，沒有草圖，沒有他們的工作的描述。美國國會圖書館現(xiàn)代地圖學專家約翰·赫斯勒轉(zhuǎn)向地圖本身尋找答案，他用了歷史學家們不會使用的方法——數(shù)學模型分析。
相當一致的旋轉(zhuǎn)角度
為了分析波特蘭航海圖和現(xiàn)代航海圖之間的差異，赫斯勒采用了一種形態(tài)測量技術。首先，赫斯勒挑選了一幅1300年左右的海圖進行研究，他通過扭曲點的方式，將現(xiàn)代地圖地中海區(qū)域的每個點與古老的波特蘭海圖上的點一一對應。研究結(jié)果表明，與現(xiàn)代地圖上的點的位置相比，在波特蘭海圖上的點都有一些輕微的扭曲，這并不奇怪，因為波特蘭海圖的制作者曾經(jīng)使用了一些不精確的航海數(shù)據(jù)，但這些點的扭曲方式很一致，差不多都是經(jīng)過了8.5度逆時針旋轉(zhuǎn)。這是為什么呢？
赫斯勒查閱文獻發(fā)現(xiàn)，這個度數(shù)正好是當時的磁偏角。由于地球外核層的鐵水移動，磁感應羅盤會與地球磁場發(fā)生作用，指南針指向的北方，是地磁北方，不是真正的北極。地磁的北方與地理北方產(chǎn)生的夾角叫做磁偏角。由于鐵水的流動變化，隨著時間和地點的變化，磁偏角會稍有不同�，F(xiàn)代地圖制作者通過添加或減去度數(shù)來校對位置。當時在中世紀地中海區(qū)域，人們還不知道磁偏角現(xiàn)象，依靠指南針測量又不糾正磁偏角正是波特蘭海圖扭曲的原因。
隨后更詳細的研究也證實了這一點。根據(jù)歷史記錄，在1300年至1350年間，地中海的磁偏角下降了2度，與這種變化相一致，這個時期末，這個地方的位置旋轉(zhuǎn)度數(shù)減少了兩度。在接下來的150年里，磁偏角再次變成11度，地圖的偏離度數(shù)也與之對應。這就為波特蘭航海圖的制作方法找到了一個線索——使用指南針定位和測量方位角。這一研究結(jié)果也與指南針傳入歐洲的時間一致，公元12世紀末到13世紀初，中國的指南針由海路傳入阿拉伯，再由阿拉伯傳入歐洲，13世紀初，也是波特蘭航海圖出現(xiàn)的時間。
波特蘭海圖上的網(wǎng)格線也與羅盤使用有關，研究者們認為32條射線與羅盤上的方位線相吻合，水手們就是按這些線條來決定羅盤方向，讓他們把海岸線尤其是地中海附近的海岸線畫得非常準確。
結(jié)合這些研究，人們認為當時的航海家已經(jīng)知道如何用指南針確定方向測算位置，測量船速的航位推算方法和三角數(shù)計算方法也早就發(fā)明了，經(jīng)過計算可以得出航行過程中兩個點的方向和距離，這就是波特蘭航海圖的數(shù)據(jù)來源。
由于地中海一直是貿(mào)易的中心地區(qū)，這一地區(qū)包括方向和距離的海岸數(shù)據(jù)也會更詳實，記載這些數(shù)據(jù)的水手日記曾經(jīng)被集中整理，形成了大西洋海岸、地中海和黑海的大量幾何數(shù)據(jù)，繪圖者正是根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制地圖。不過，當時的歐洲人雖然知道地球是個球體，但不知道如何計算曲率，不知道如何在一張平面的地圖上描繪地球彎曲的表面。因此，如果在地中海，這些圖是非常實用的，因為一個港口到另一個港口的距離相對很小，誤差也很小，但在廣闊的大洋上航行時，波特蘭海圖就派不上用場了。
到底是誰制作的？
這個推測似乎很合理。然而，考慮到洋流和風向的影響，每個水手的船只會中途偏離既定航向，他們記錄的位置數(shù)據(jù)會有差異，繪圖者們怎么選擇剛好比較準確的數(shù)據(jù)呢？而且當時的指南針得達到多么精準，才會讓整幅地圖和現(xiàn)在地圖對比，偏差度數(shù)恰好是磁偏角？
2014年荷蘭烏特勒支大學的一名大地測量學博士推翻了這個假設。他發(fā)現(xiàn)在最古老的波特蘭海圖中，運用了類似墨卡托投影法的方法，比起墨卡托投影法的發(fā)明早了近三個世紀。地中海和黑海的海岸線也過于準確，是中世紀歐洲的技術遠遠不可能做到的，實際上要到19世紀，歐洲的制圖技術才能達到這種準確度。而地圖顯然與古希臘地理學家托勒密用的古典地圖制法完全不同，所以，他推測地圖的制造應該不屬于歐洲。同時，該博士還推翻了來自阿拉伯世界和東方的可能。阿拉伯人雖然航海知識豐富，天文學、數(shù)學也很發(fā)達，但現(xiàn)存的最早的伊斯蘭地圖來源于15世紀，量性分析顯示它們比波特蘭海圖精確性低。
同時期，東方能與之匹敵的地圖大概就是《鄭和航海圖》，繪制于明朝1425至1430年間，時間大概在鄭和第六次下西洋之后。但《鄭和航海圖》采用的是中國傳統(tǒng)的山水畫立體寫景形式繪制的，并沒有達到波特蘭航海圖抽象制圖的水準。
烏特勒支大學的這位博士提出了可能的來源：君士坦丁堡。但是，另外一些歷史學家認為這更不可能，自西方古典時期以來，君士坦丁堡并沒有為科學知識的發(fā)展做出什么貢獻，他們大多部分知識繼承自古希臘和阿拉伯。而且，波特蘭海圖精確地繪制出了英國和法國的海岸線，當時君士坦丁堡感興趣的是東歐，西歐并不是他們感興趣的領域。
那么，究竟是誰制造了這些航海圖呢？這個謎題也許只能等待著考古學家們更多的考古發(fā)現(xiàn)。
責編：科普知識網(wǎng)