大航海时代人们是如何在茫茫大海上定位，并测绘发现的新大陆的海岸线的？
一、 识别方向：告别陆地，依靠天体与磁力
一旦离开了熟悉的海岸线，茫茫大海上最迫切的需求便是确定方向。此时，人们不得不依靠那些永恒不变的“向导”：
太阳： 这是最直观的导航工具。在白天，太阳升起于东方，落下于西方。通过观察太阳的高度和运行轨迹，经验丰富的船长能够大致判断出方向。例如，当太阳位于正南（北半球）或正北（南半球）最高点时，便可确定子午线方向。不过，这种方法在阴雨天便失效了。
星星： 夜晚，星辰是船员们的另一双眼睛。
北极星（Polaris）： 在北半球，这是最重要的导航星。它几乎正对着地球的北极点，无论船只航行到哪里，只要能看到北极星，它就始终指示着北方。船员们会学习如何通过周围的星宿（如大熊座的小熊座）来寻找北极星。北极星的高度也与船只所在的纬度大致相等，这为确定纬度提供了重要线索。
其他星宿： 除了北极星，还有许多其他明亮的星宿，例如南半球的南十字座，它们在特定时间出现在天空中的特定位置，也能帮助船员们辨别方向。
罗盘（Compass）： 罗盘的发明无疑是航海史上的一个里程碑。指南针的出现，让人们即使在阴雨天气或乌云密布的夜晚，也能可靠地确定北方。船员们将磁针安装在不受船体晃动影响的支架上，并与罗盘刻度盘配合使用，由此得出的指向（磁北）与地理北极（真北）之间存在一个夹角，即“磁偏角”。经验丰富的航海家会根据不同海域的磁偏角进行修正，以获得更精确的方向。
二、 测量距离：步步为营，积累航程
确定了方向，接下来便是如何测量船只航行了多远。这同样需要一系列的工具和方法：
测程仪（Chip Log）： 这是测量船速最常用的工具。它由一个木块（通常是三角形或扇形，底部有铅块使其竖直沉入水中）和一个长绳组成。绳子上每隔一定距离打一个结，还有一个沙漏。当船只起航时，将木块抛入水中，然后同时启动沙漏。船员们会计算在沙漏流完的时间里，木块拖着绳子从船边滑过了多少个“结”。每个“结”代表一定的速度，从而可以估算出船只在一定时间内航行的距离。这个方法虽然粗糙，但却是当时最实用的测速手段。
航程计算： 通过测程仪估算出的速度，再结合航行的时间，船长和领航员就能计算出航行的大致距离。这个过程需要高度的经验和细致的记录。
三、 确定位置：纬度与经度，解开海洋的密码
如果说方向是航海的“筋骨”，那么精确的位置便是航海的“灵魂”。
确定纬度（Latitude）： 这个相对容易一些。
北极星的高度： 如前所述，北极星的高度（仰角）与船只所在的纬度非常接近。通过简单的仪器（如星盘或象限仪）测量北极星在地平线上的高度，便能大致确定船只的北半球纬度。
太阳的高度： 在一天中的最高点（当地正午），太阳的高度也可以用来计算纬度。这需要已知太阳在赤道上的赤纬（随季节变化）以及测量太阳的高度，然后进行一系列的三角函数计算。
确定经度（Longitude）： 这是大航海时代最艰巨的挑战，也是解开海洋之谜的最后一道关卡。因为地球在自转，同一时间不同经度的地方，太阳的位置是不同的。要确定经度，关键在于知道“格林威治时间”（或当时的标准时间）。
星盘和象限仪： 在陆地上，人们可以通过观察已知天体（如太阳）在特定时间的高度来确定当地时间，进而推算经度。但在海上，船只的晃动使得精确测量天体高度极为困难。
月相和月距： 在18世纪之前，最先进的方法是利用月球的运动。通过观测月球与周围恒星之间的距离（月距），并对照事先编制好的天文年历，可以推算出当时的精确时间，从而与当地时间进行比对，得出经度。这项技术非常复杂，需要极高的天文知识和精确的观测。
航海钟（Marine Chronometer）： 18世纪，约翰·哈里森（John Harrison）发明的航海钟彻底解决了经度问题。这种钟表能在剧烈的海浪颠簸和温度变化中保持惊人的精确度。有了航海钟，船长就可以准确地知道当时的格林威治时间，然后通过观测当地时间（例如通过太阳在正午时的高度），就可以精确地计算出经度。
航海日志（Logbook）： 每一位船长都必须精心维护航海日志，详细记录每天的航行时间、风向、风力、船速、船的航向（用罗盘指示）、观测到的天象、水深（如果可能）、发现的陆地特征等一切信息。这些零散但关键的数据，通过领航员的智慧和计算，一点点地拼凑出船只的航行轨迹，并最终绘制出海图。
四、 绘制海图：从模糊到清晰的描绘
当船队抵达陌生的海岸线时，测绘工作便立刻展开。
海岸线的描绘： 船上的领航员和水手们会用陆地测量常用的方法，如三角测量法来绘制海岸线。他们会在船上使用象限仪或六分仪（一种更精密的测量角度的仪器）来测量陆地上已知地标（如山峰、岬角）相对于船只的角度。通过在不同的位置重复测量，并结合航海日志中记录的航行距离，可以 triangulate（三角定位）出陆地地标的精确位置，并将海岸线的形状绘制在海图上。
水深的测量： 为了了解航道的可行性，测绘人员还需要测量水深。他们会通过测深绳（sounding line）来进行。这是一种带有配重（通常是铅块）的长绳，绳上每隔一定距离标记有刻度。将测深绳垂直下放到海底，然后读取绳子上湿的部分，便能知道该点的水深。船只会在不同的位置进行多次测深，以便绘制出海底地形和标示出浅滩、礁石等危险区域。
航标的设立： 在发现重要港口或航道后，早期可能会在陆地上设置一些标记，作为航行的参照。后来，随着技术的发展，也开始在海中设立浮标或灯塔。
海图的更新： 航海家们会将他们测绘到的信息绘制成海图。这些海图是宝贵的航海财富，代代相传，并不断更新。新发现的航线、岛屿、港口、危险区域等都会被添加到海图上，使得后来的航海者能够更安全、更有效地航行。
总结：
大航海时代人们在茫茫大海上的定位和测绘，是一项集天文学、数学、地理学、物理学以及丰富航海经验于一体的复杂工程。从依靠太阳和星辰辨别方向，到利用罗盘和航海钟确定精确位置，再到通过三角测量和测深绳描绘海岸线和海底地形，每一步都凝聚着人类的智慧与勇气。这些勇敢的航海家们，正是通过这些看似简单却极其精密的手段，一点一点地“丈量”了这个星球，为我们带来了今天这样一个被深刻了解和连接的世界。他们绘制的不仅仅是地图，更是人类探索未知、征服自然的壮丽史诗。
网友意见
泽布罗夫斯基在《圆的历史》一书的第五章《探索地球》专门讲述了这个问题，以下内容即改写自此章。
早在公元前200年，古希腊科学家埃拉托色尼（Eratosthenes）已经开始着手测量地球的周长。他利用夏至日杆子影子的长度测得阳光的入射角以及亚历山大和位于北回归线的塞尼之间的距离，测得地球的周长为21.6万斯塔德，也即略小于4万公里。这个测量值非常接近今天我们测得的精确值，这是个令人震惊的成就。此外，埃拉托色尼通过量测太阳在夏至、冬至、春分和秋分时的轨迹，定义了赤道和回归线的概念。这些工作为航海定位提供了理论基础。
上图为《圆的历史》图5.2，展示了埃拉托色尼测量地球周长的原理。
埃拉托色尼的工作，奠定了经纬度的概念。球体的半径已知，如果能再知道两点的经纬度，那就比较容易计算出两点之间的距离，继而规划航行时间，或者绘制粗略的航海图。由此，航海定位问题转化为了如何在茫茫大海中确定自己所在的经纬度？
这是一张北半球星空的延时曝光照片，斗转星移，因为地球的自转，恒星在天空中的轨迹构成了一个又一个的同心圆。我们注意到，圆心的那颗恒星在这个视野里是不会动的，因为它位于地轴的延长线上。这颗恒星叫做北极星。对于北半球的观察者来说，北极星始终不动，其它恒星围绕北极星旋转。
上图为《圆的历史》图5.5。北极星位于地轴的延长线上，与地球的距离非常非常远，远到了地球的半径与之相比都可以忽略。所以，在地球表面的某个位置观察北极星方向，这条视线与地轴平行。继而，这条视线与地平线之间的夹角，也就是视野中北极星的仰角，就等于该地点的纬度。
也就是说，如果你去视野中找北极星，发现它在你的头顶正上方，也就是仰角为90度，那说明你所在的纬度就是90度，你正踩在北极点上。如果你去视野中找北极星，发现它在地平线处，仰角为0，说明你所在的纬度就是0度，你正在赤道上航行。如果仰角为30度，说明你现在的位置是北纬30度。
北纬的问题解决了，南纬呢？虽然没有相对应的「南极星」，但是，我们发现南十字星座的中心点可以近似起到「南极星」的作用。这样的观测虽然不够精确，但是对于航海定位来说，已经足够了。
由于北极星和南十字星座的存在，借助合适的测量仪器，有经验的航海家可以很轻松的确定自己所在的纬度，但是，经度的测量就要困难的多了。纬度是一系列的平行线，而经度是一系列在极点相交的线。地球在东西方向自转，不存在「东极点」「西极点」，所以也没有什么「东极星」「西极星」。
但是，航海家们还是发现了一个规律。这个规律与星空无关，与时间有关。我们今天知道时区的概念，比如，现在是北京时间凌晨2点，是美东时间中午1点。如果我已知，现在的北京时间是凌晨2点，现在的当地时间是中午1点，那么，我是不是可以反推出，我现在所在的时区是美东时区呢？继而，我可以知道我所在的经度就是美国东部所在的经度。
所以，经度的测量问题，转化为了已知位置的时间和当前位置的时间的测量问题。地球自转周期是24小时，也就是24小时旋转360度，每小时旋转15度，每4分钟旋转1度。如果以出发的港口作为参照点，比如从伦敦出发，以格林威治时间作为标准时间，以格林威治所在的经线作为0度经线。之后在航海过程中的某个位置，格林威治时间是凌晨1点，当地时间是上午9点，相差8小时，也就是，这个位置与格林威治之间相差8乘以15等于120度，也即现在所在的位置是东经120度。
问题又来了，茫茫大海中，怎么确定格林威治时间？怎么确定当地时间？
当地时间的确定，靠的是日晷。在甲板上弄一个日晷，用太阳影子的方向来确定时间。格林威治时间的确定，靠的是钟表。在伦敦出发的时候，把钟表调到格林威治时间，此后就再也不调整。
说起来很简单，但是，真正实施起来却比较困难。因为这种方法严重依赖于一只精确可靠的钟表。否则，效果会大打折扣。虽然古希腊人就发明了经度理论，但因为受制于钟表的制作工艺，直到18世纪，航海家才能精确测量自己所在的经度。这也是为什么今天很多名表都有「航海款」的来历。
由于经度测量的不方便，航海家们又想出了近似的测量方法。如果我在某个位置测量得出了比较精确的经度值，然后我记录此后航行的方向和距离，不就能在地图上推算现在所在的位置吗？航行的方向可以用指南针近似确定。从船头扔一块木头到海里，用钟表开始计时，直到船尾经过这块木头为止，然后船的长度除以这段时间，就能得到航行的近似速度。
比如，我沿着赤道航行，10个小时前，我所在的精度是西经29度25分，然后我以每小时8.3英里的速度向东航行了10小时。已知地球的周长大约是2.5万英里，对应于360度，也就是每一度为69.4英里，每一分为1.15英里。也就是说，我走过的距离是10乘以8.3等于83英里，弧度的改变为83除以1.15等于72分。也就是说，83英里的弧长对应的圆心角是72分左右，所以我现在所在的经度是西经29度25分再减去72分，等于西经28度13分。
为了计算方便，航海家们把1.15英里定义为1海里，1海里的弧长对应于地球圆心角的1分。南北方向每航行1海里，意味着纬度变化1分；在赤道上东西方向每航行1海里，意味着经度变化1分；如果在非赤道上东西向航行，需要乘以纬度cos的倒数作为修正系数。
速度单位「节」同样也来源于此，1节等于每小时1海里。直到今天，海里和节依然广泛应用于航海和航空领域，因为它们能很容易的把航行的距离变化转化为地球的经纬度变化，继而确定我们在地球表面的位置。
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