Rozwój nawigacji odbywał się według zasady zawartej w przysłowiu, które mówi, że potrzeba jest matką wynalazków. Ludzkość przez długie wieki nie wypuszczała się na „szerokie wody”. Żeglowano najpierw po rzekach, później wzdłuż wybrzeży. Choć więc żegluga była uprawiana od bardzo dawna i spełniała doniosłą rolę, to trudno się doszukiwać w owych czasach podobnych pojęć do dzisiejszych, gdyż nie było wtedy potrzeby prowadzenia statków przez oceany. Nawiasem mówiąc, ludzkość nie była już pierwszej młodości, kiedy się przekonała, że można przez ocean gdzieś dojechać. W owych więc czasach przybrzeżnej żeglugi, nawigacja była z pewnością nie mniejszą sztuką niż dzisiaj, ale nie wymagała tak wymyślnych przyrządów. Polegała prawdopodobnie na dobrym wykorzystywaniu pogody i dokładnej znajomości brzegów. Trudno jest rozgraniczyć wyraźniejsze epoki w dziejach nawigacji, bo i dziś na morzach świata możemy obserwować statki rozmaitych typów i sposoby prowadzenia nawigacji, od najbardziej prymitywnych do ultranowoczesnych. Nie będziemy więc upierać się przy konkretnej dacie rozpoczęcia Wielkiej Żeglugi. Choć wiemy, że epoka okrętów wiosłowych skończyła się zasadniczo około 9 w. p. Chr., to z pewnością niedobitki jej dotrwały późniejszych czasów. Nie możemy także zapominać, że świat nigdy nie szedł z postępem równomiernie.
PIERWSZE LATARNIE
Jeżeli zatrzymamy się na chwilę na tych czasach, kiedy nawigowano jedynie przy brzegu, to dojdziemy do przekonania, że już wówczas musieli ludzie zastosować latarnie morskie. Największą sławę między nimi zyskała sobie latarnia morska, którą Ptolemeusz Filadelfijski kazał zbudować na wyspie Pharos w roku 285 p. Ch., aby ułatwić wejście do portu w Aleksandrii. Latarnia wzięła nazwę od wysepki, na której została zbudowana i dała z kolei swe imię wszystkim budowanym później, bo słowem pochodzącym od Pharos przyjęto nazywać latarnie morskie w wielu językach. Tak jak z licznych, ale niezgodnych ze sobą opisów starożytnych wynika, musiała mieć ona wysokość około 135 m. Ognisko z drzewa, które palono na szczycie, dawało podczas dnia dym, widoczny z odległości jednego dnia podróży ówczesnych okrętów. Gorzej było w nocy, bo światło ogniska niewiele było różne od światła gwiazd. Tak czy inaczej Pharos posłużyła za model następnym budowniczym. Dalsze metamorfozy latarni morskiej polegały właściwie na ulepszaniu samego źródła światła. Z biegiem czasu i z pojawieniem się zdobyczy technicznych, stosowano je na latarniach.
Ognisko z drzewa zastępowano palnikami oliwnymi, naftą, wreszcie elektrycznością. Zastosowano reflektory i pryzmaty skupiające. Idea pozostała ta sama. Wysoka budowla, dobrze widoczna z morza, z punktem świetlnym na szczycie, ustawiona w miejscach charakterystycznych albo „czułych” dla żeglugi.
Drugim przyrządem nawigacyjnym, który swymi narodzinami sięga czasów średniowiecznych, jest kompas magnetyczny. Tak samo jak w wielu innych sprawach, zdania są podzielone co do tego, gdzie mamy szukać początku kompasu. Być może, że w Chinach, bo tam już w zamierzchłych czasach używany był podobny przyrząd. Nie był to wprawdzie morski kompas, bo zbudowany był na wozie w kształcie figurki ludzkiej, z wyciągniętą prawą ręką, pokazującą południowy kierunek; był jednak magnetyczny. Podstawą do budowy tych przyrządów był magnetyt — tlenek żelazawo-żelazowy, a więc rodzaj rudy, jak dziś go nazywamy, a w owych czasach — tajemniczy cudowny kamień, który miał tę własność, że mając swobodę ruchów w płaszczyźnie horyzontalnej ustawiał się wzdłuż linii północ-południe.
PRZYGODA PEWNEGO PASTERZA
Niezabierając palmy pierwszeństwa Chińczykom, którzy mogą się szczycić nieprzeciętnym poziomem kultury, wydaje się, że początków kompasu morskiego należy szukać, używając języka polityków, w basenie Morza Śródziemnego. Nie bez znaczenia będzie w tym względzie fakt istnienia starożytnej legendy, opiewającej przygody pewnego pasterza na wyspie Krecie, pasterz ów miał buty, z pewnością innego kształtu niż żołnierskie, ale także podkute gwoździami i kij pasterski okuty na końcu żelazem.
Pewnego dnia poczuł, że stracił siłę w nogach. Z trudem nogi od ziemi odrywał, nie mówiąc już o jego lasce, która znacznie przybrała na wadze. Choć z Krety pochodził, musiał być, niezwykle inteligentnym pasterzem, bo zdjął buty, kij odrzucił i „na bosaka”, lekki już teraz jak piórko, zaczął kopać w tym miejscu. Po niedługiej chwili odkrył zagadkowy kamień, który mu sprawiał tyle kłopotu. Był to rzeczywiście magnetyt.
Z całą pewnością na morzu zaczęto wykorzystywać magnetyt dość wcześnie, choć dowiadujemy się, że dopiero w XIV wieku kompas radykalnie zmienił nawigację.
Igła stalowa, potarta pewną liczbę razy o magnetyt, nabiera cech magnetycznych. Igła owa i tarcza papierowa, znana dawnym żeglarzom jako „Róża Wiatrów” była zaczątkiem kompasu magnetycznego. Trzeba tu dodać, że „Róża Wiatrów" owych czasów nie była podobna do dzisiejszej, na której nawet rumby są już właściwie anachronizmem. Było na niej oznaczone osiem głównych kierunków, skąd wieją przeważające wiatry. Nazwy ich brzmiały z romańska: Tramontano, Greco, Levante, Scirocco, Ostro, Africo albo Libeccio, Ponento i Maestro. Północ była oznaczona kształtem włóczni lub strzały albo literą T od Tramontano.
DZIWNY „KAPRYS" IGŁY MAGNESOWEJ
Podobno genialnym rewolucjonistą nawigacji był niejaki Flavio Gioja z Amalfi, który w roku 1302 zbudował pierwszy morski kompas. Odtąd kompas wszedł w powszechne użycie, choć nie zdawano sobie dobrze sprawy, na jakiej zasadzie działa. 13 września 1492 roku na pokładzie „Santa Maria” zapanowała wielka konsternacja wśród żeglarzy otaczających Kolumba. Stwierdzili bowiem, że igła kompasowa, która zwykle odchylona była nieco na wschód od kierunku północnego — odchyliła się w kierunku zachodnim i to nawet znacznie.
Odkrywcy nowych ziemi nie mieli pojęcia o deklinacji magnetycznej. Kompas magnetyczny prowadził żeglarzy świata przez morza i był ulepszany. Jedną igłę zmieniono w nim na system igieł, podziałkę Róży poprzez rumby zmieniono na stopnie. Kiedy na morzach pokazały się stalowe okręty, odkryto nowe zakłócenia jego wskazań, pochodzące od magnetyzmu okrętowego — dewiację. Nauczono się ją obliczać, czyli określać, nauczono się ją zmniejszać — czyli kompensować. Na temat dewiacji napisano całe dzieła.
Kompas magnetyczny do dzisiaj jest na większości okrętów (i samolotów) nieodzownym i podstawowym instrumentem obok mapy morskiej, najważniejszym dla prowadzenia nawigacji.
CZY ZIEMIA JEST PLACKIEM?
Wspomnieliśmy o mapach, które spełniają w nawigacji zasadniczą rolę. Gdzie szukać ich początku? Przypuszczalnie w starożytnym Egipcie, gdyż tam najprawdopodobniej, najwcześniej rozwinęły się nauki o ziemi i niebie. Z pozostałych po naszych starożytnych przodkach wiadomości, wiemy, że wyobrażali oni sobie naszą planetę w odmiennej formie niż my. Być może wyda nam się dziś nieco dziecinne, uważać ziemię za pewnego rodzaju placek, nakryty kopułą nieba. Wybaczmy to naszym przodkom, bo i my z pewnością wydamy się niejednokrotnie śmieszni następnym pokoleniom.
Wybitny europejski podróżnik wieków średnich Marco Polo (1254—1324) musiał mieć dość dobre pojęcie o geografii i chyba niezłą mapę, kiedy wyruszał na swe wielkie odkrywcze podróże. Pewnie, że obok danych nawigacyjnych, mapy zawierały rozmaite ciekawe obrazki i podobizny strasznych potworów morskich — ale taka była wtedy moda. Jak wiele przyrządów nawigacyjnych, które w nieco zmienionej formie przetrwały do dni dzisiejszych, tak i mapa morska powstała na przełomie wieków średnich i nowożytnych. Jak w wielu dziedzinach życia ludzkiego tak i w żegludze, wiek piętnasty stanowił okres przełomowy. Ludzi ówczesnych ogarnęła gorączka zdobywania świata. Kupcy i królowie prześcigali się w finansowaniu badań odkrywczych. Geografia była najbardziej ulubioną i pasjonującą nauką. Henryk Żeglarz, książę Portugalii, założył swój prywatny uniwersytet niedaleko Sagres, który stał się nieoficjalną akademią geografii dla całej Europy. Mapa wykonana przez mistrza Pedro, nadwornego kartografa księcia, osiągała zawrotne ceny.
Niedługo po tych czasach, bo już w następnym wieku szesnastym, kartografia nowożytna doczekała się swojego ojca. Był nim Gerard Merkator (1512—1594), Holender, a podobno z pochodzenia gdańszczanin. On to wymyślił nowy sposób rzutowania powierzchni ziemi na płaszczyźnie, od jego nazwiska nazwany „rzutem Merkatora”. Na siatce Merkatora prostokątnej, do dzisiaj buduje się mapy morskie.
Kapitalne znaczenie „rzutu Merkatora” polega na tym, że można na takiej mapie kreślić kursy jako linie proste (loksodroma) przecinające południki pod tym samym kątem. Kompas magnetyczny i mapa morska w „rzucie Merkatora” są to bazy, na których opiera się dzisiejsza nawigacja.
POCZĄTKI WIELKIEJ ŻEGLUGI
Mając te bazy, świat wyruszył na wyprawy odkrywcze i podboje. Rozpoczęła się „Wielka Żegluga" po oceanach. Kiedy powstał log? Log jest to przyrząd do mierzenia szybkości statku. Najstarszy jego typ, „log rzeczny”, przetrwał do dzisiejszych czasów. Ma on postać trójkątnej deszczułki przymocowanej w specjalny sposób do logliny, na której w odpowiednich odległościach zawiązano szereg węzłów. Mierzenie szybkości polega na tym, że deszczułkę wyrzuca się do wody za rufą a loglina na skutek szybkości luzuje się. Liczba węzłów wyluzowanych w jednostce czasu da nam szybkość statku. Nie trzeba chyba dodawać, że w czasach Kolumba, zamiast stopera używano piaskowej klepsydry. Kiedy więc log powstał — trudno dociec. Na pewno jednak w czasach wielkich odkryć musiano go koniecznie i rozsądnie używać.
Kiedy żeglarze zdobywcy oderwali się od brzegów, będąc wiele dni albo i miesięcy w morzu, musieli kontrolować przebieg podróży. Znaki na lądzie dawno znikły, wiatry i prądy miotały ich statkami. Jedynymi znakami, jakie im pozostały, były na niebie gwiazdy w pogodną noc, a w dzień — słońce.
Astronomia jest starą nauką i powstała przypuszczalnie w starożytnym Egipcie. Zastosowanie jej w nawigacji musiało nastąpić już w czasach nowożytnych. Zadaniem, które miano przy pomocy astronomii rozwijać, było znalezienie pozycji statku, czyli szerokości i długości geograficznej.
Znalezienie szerokości geograficznej nie nastręczało większych trudności. Można ją było obliczyć, mierzyć wysokość słońca nad horyzontem w czasie kulminacji (to jest w południe), albo z wysokości Gwia¬zdy Polarnej — czy też Krzyża Południa na półkuli południowej. Trzeba było jedynie wymyślić przyrząd do mierzenia wysokości.
NARODZINY SEKSTANTU
Najstarszym takim przyrządem o którym wiemy, musiało być chyba „astrolabium". Było to koło z podziałką stopniową, zaopatrzone w pion i celownik ruchomy, przez który obserwator patrzył na ciało niebieskie. Oś obrotu celownika była w środku koła. Takim to instrumentem mierzono wówczas wysokość ciał niebieskich. Instrument ten z biegiem czasu ulegał ulepszeniom i poprzez kwadrant, oktant, doszedł do sekstantu, którym dziś się posługujemy, mierząc wysokości ciał niebieskich z dokładnością dziesięciu sekund kątowych.
Gorzej było z obliczeniem długości geograficznej. Do obliczenia długości geograficznej potrzebna jest znajomość dokładnej różnicy czasu mieiscowego w miejscu obserwacji, i na zerowym południku. (Podówczas był nim południk Ferro). Potrzebny był jednym słowem instrument do mierzenia czasu. Rozpisano konkursy, ofiarowano wielkie nagrody. Szukanie rozwiązań ogarnęło umysły mędrców i prostaczków.
Dość powiedzieć, że chronometr został zbudowany przez stolarza poddanego JKM króla angielskiego. Chronometr, czyli miernik czasu, to przyrząd (zegar), który mógł w warunkach morskich dokładnie mierzyć czas. Z chwilą zastosowania go, zostały stworzone warunki do prowadzenia nawigacji na wielką skalę. Narodziła się nawigacja w pojęciu nowożytnym.
Wszystko, co potem nastąpiło, było jedynie ulepszeniem żelaznych zasad i podstaw nowożytnej nawigacji. Opowiemy o tym w następnym artykule.