1701083248
牵星板是观测星辰地平高度的仪器。高度测出后，就可以计算船舶夜间所在的地理纬度了。明代牵星板是一套由12块正方形木板和一块四角缺刻的象牙制的小方块组成。12块正方形木板，最大的每边长约24厘米，以下每块递减2厘米，最小的一块每边长约2厘米。四角缺刻的象牙方块，缺刻四边的长度分别是最小的正方形木块边长的1/4、1/2、3/4和1/8。如用牵星板观测北极星，方法是左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上边缘是北极星，下边缘是水平线，这样就可以测出所在地的北极星距水平的高度。测量时可以用12块木板和象牙块四缺刻调整使用。求得北极星高度亦即求得了所在地的地理纬度。这种用牵星板观测的方法，叫“牵星术”。郑和下西洋时，曾派专人负责观测，因此往返都有“牵星为记”。牵星一般是看北极星，在低纬度看不到北极星时，观测华盖星（即小熊星座β、γ星），另外还定出—些其他方位星进行观测，如织女星、灯笼骨星等。
1701083249
1701083250
郑和下西洋绘制的航海地图从明代茅元仪《武备志》第240卷中可以看到，标题是“自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图”（计分20图，40面，连接起来是一幅横条形图）。图上绘有沿岸地形（山脉）、岛屿、礁石、浅滩以及最突出的针路。针路记载开船地点、航向、航程和停泊处所等。航向是记罗盘针位（郑和航海所记罗盘针方位的《针位编》一书，可惜没有流传下来）。航程用更计算。依据特定的针位，再参以航程的测算，便可顺利地抵达预定的目的地。在该图上观测的牵星记录和测量的水深也都有记载。这幅图在东西交通史和航海史上占有非常重要的地位。
1701083251
1701083252
横渡印度洋的宝贵记录
1701083253
1701083254
郑和率领舰队自明永乐三年至宣德八年（1405—1433）将近30年的时间里，先后七次抵达了亚洲和非洲的三十多个国家。在促进我国和亚、非人民的友好往来，通商贸易和文化交流方面都作出了贡献。从航海史的角度来看，郑和下西洋的重大意义在于他和他率领的舰队首创了我国横渡印度洋的记录。
1701083255
1701083256
郑和七次远航的时间和所到达的地区如下：
1701083257
1701083258
1701083259
1701083260
1701083261
从上表可以看到郑和在第五次和第六次远航时都到达了非洲东海岸赤道附近的地区。我国与非洲东海岸国家虽然早在唐宋时期已经有了来往，但在郑和以前的来往，都是沿阿拉伯海的航路直接或间接进行的。因此，郑和可以说是我国开辟横渡印度洋航线的第一人。在郑和航海图上写道“官屿溜（今马尔代夫群岛的马累）用庚酉针二百五十更船收木骨都（束）”，庚酉针是正西略偏南，航行方向完全说明了这一点。
1701083262
1701083263
1498年达·伽马沿非洲西海岸绕过南端的好望角到达非洲东海岸的时候，由于一位阿拉伯航海家伊本·马季得（Ibn Majid）的导航才顺利地横渡印度洋到达印度半岛的南部。因此，郑和的远航在世界航海史上的地位是十分出色的。
1701083264
1701083265
随同郑和远航的马欢、费信和巩珍，分别著有《瀛涯胜览》、《星槎胜览》和《西洋番国志》等书，他们比较详细地记述了沿途所经三十多个国家的风土人情和地理情况，从而大大增加了中国人民的域外地理知识。
1701083266
1701083267
1701083268
1701083269
1701083270
图8－3 郑和航海地图
1701083271
1701083272
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078208]
1701083273
三 先进的冶金技术
1701083274
1701083275
空前的生产规模
1701083276
1701083277
直到明末以前，我国的冶金技术，在采矿、冶铁、制钢、铸造、锻造和锌的冶炼等方面一直处于世界先进行列。
1701083278
1701083279
明代的冶金生产，主要是铁、铜、锡、银、金、铅、锌等，产量和规模大都较宋元时期有所增长。洪武末年，朱元璋取消了限制民间开采铁矿的禁令，“令民得自采炼，每三十分取二”【9】，促进了民间炼铁业的发展。这时期炼铁的规模也是空前的，如遵化铁场的大鉴炉高1丈2尺，一炉可容矿砂两千多斤；正德四年（1509年）投入生产的炼铁炉10座，年产生铁49万斤，炒钢炉20座，年产熟铁21万斤，钢铁6万斤。河北省武安县发掘的明代炼铁炉高1丈9尺，内径7尺，外径10尺。明中叶以后较大的铁场至少有六七个1丈高的炼铁炉，小场也有三四个。一般大场佣工两三千人，小场也有千人左右。铁场多设在矿山、林区附近。有些铁场包括开山采矿、伐木烧炭、矿石冶炼、器具制造以及相互间的运输等，有科学合理的安排与布局，已经初具联合企业的雏形。经营这类大规模的铁场，“皆厚资商人出本，交给厂头，雇募匠作”【10】。生产铁制器具有铁锅和农具等。广东佛山是明代的重要铁产地之一，这里的铁矿品位高，质量好，致有“铁莫良于广铁”【11】之说。冶炼之后，就在附近的佛山镇铸造铁锅、铁线、铁钉、铁针等，佛山铁锅，驰名中外，远销南洋各地，是广州出口货物中的重要商品之一。
1701083280
1701083281
1701083282
1701083283
1701083284
图8－4 河北武安出土的明代炼铁炉
1701083285
1701083286
江西德兴、铅山的铜场和在云南开采锡矿和银矿等的规模和产量也都很可观。清初云南的铜场又有很大发展，据记载“大场丁六七万，次亦万余”【12】。最大的汤丹铜场，产量最高年产1300万斤，可见规模是很大的。
1701083287
1701083288
明代铸造的万钧钟（永乐年间，即1403—1424年铸的大钟，现存北京西郊大钟寺内，钟身高5.9米，外径3.3米，内径2.9米，重约42吨）和锻造的千钧锚，不论从铸、锻技术和生产规模看，在当时世界上都是比较先进的。
1701083289
1701083290
采矿技术
1701083291
1701083292
采矿技术，到了明代，除用铁锥、铁锤等敲打锤击之外，还使用“烧爆”和“火爆”法采矿。
1701083293
1701083294
用“烧爆”法和“火爆”法采矿，见于记载的，如陆容在《菽园杂记》卷14中说：“旧取矿携尖铁及铁锤……今不用铁锤，惟烧爆得矿。”“烧爆”可能是用火烧矿床后，再用水淋，利用热胀冷缩的变化，使矿床爆裂，便于开采。至今在河南西部明清金矿矿洞里还有火烧矿体的遗迹。又如《唐县志》卷3记载明万历二十四年（1596年）用火爆法采矿时，有“山灵震裂”，“鸟惊兽骇，若蹈汤火”的描述。由此分析，该法可能是用火药爆破技术采矿，才能产生这样强大的爆破力。
1701083295
1701083296
1701083297
在采煤技术方面，宋代已有一套比较完整的技术措施。据鹤壁古煤矿遗迹，当时采煤是先由地面开凿圆形竖井，再依地下煤层的情况开掘巷道，然后把需要开采的煤层凿成若干小区。井下排水是用辘轳往外抽水，或把地下水引进采完的坑中贮积起来。关于采煤的文字记载以《天工开物》最为详细，书中记载：“凡取煤经历久者，从土面能辨有无之色，然后掘挖。深至五丈许，方始得煤。初见煤端时，毒气灼人。有将巨竹凿去中节，尖锐其末，插入炭中，其毒烟从竹中透上，人从其下施拾取者。或一井而下，炭纵横广有，则随其左右阔取。其上支板，以防压崩耳。”其中不但记述了找矿、采矿的情况，而且记述了排除瓦斯和防止塌陷的措施。