最初航海者通过白天观察太阳的高度,夜间观察北极星的方位来判断所处的纬度,依靠天体定位,航海家使用一种很简单的仪器来测量天体角度,称之为“雅各竿”。观测者有两根竿子在顶端连接起来,底下一根与地平线平行,上面一根对准天体(星星或太阳),就能量出偏角。 然后利用偏角差来计算纬度和航程。这种技术被称做“纬度航行”,在测量纬度比较成功,但确定经度却非常困难。尽管如此,“纬度航行”的方法仍在西欧被很普遍地采用,把自己置于与目的地相同的纬度线上,然后保持在这条线上航行,就能直到目的地。不过这并不是完全科学的,即使在今天,利用天文定位误差仍会在1-2海里左右,那时几乎没有象样的航海工具,误差之大可以想象。 人类最早被发明的航海工具是罗盘,也就是指南针的雏形。最初的时候,人们仅在天气情况恶劣,无法看到太阳和北极星,也不知道船首驶向何方才使用罗盘。航海者会在一块磁石摩擦一个铁针,使其产生磁性,并将其固定在一根稻草上,并悬浮于一碗水中,这样有了磁性的铁针就会自动指向北方。 指南针约在12世纪由中国传入欧洲,后来又被欧洲的航海家改造成“指北”方向。到1250年左右,航海磁罗盘已发展到能连续测量出所有的水平方向,精确度在3°以内。但磁罗盘并不是很快地为欧洲人普遍接受。由于人们还无法科学地解释指针为什么能“找到”北方,而且人们很快发现,这些针所指的北方经常不准确。 因为他们不知道铁针所指的是磁北极,而并非真正的北方(期间的角度被称为磁偏角)。在那时人们无法解释这些现象,因而在一个未知的地方航行就并不是很相信罗盘的指针。所以最初罗盘很具有神秘色彩,一般的航海水手都不敢使用,只有那些大胆而又谨慎的船长才暗暗地使用,把它装入一个小盒内,不让别人看到。 而指南针在欧洲得以广泛使用,则是13世纪后期的事情。