Sposoby dawnej nawigacji
W 1486 roku Europejczycy opłynęli Przylądek Dobrej Nadziei, pozostawiając za sobą Atlantyk. Wpłynęli na Ocean Indyjski, od dawna znany Arabom. Jako jeden z najstarszych portów odnotowanych w Afryce Południowej, średniowieczna Sofala powstała na skraju rozległego ujścia rzeki Buzi (na starszych mapach nazywanej Rio de Sofala). Rzeka Buzi łączyła Sofalę z położonym w głębi lądu miasteczkiem targowym Manica, a stamtąd z polami złota Wielkiego Zimbabwe. Gdzieś w X wieku Sofala stała się niewielkim punktem handlowym i została włączona do rozległej globalnej sieci handlowej na Oceanie Indyjskim. Podaje się, że pierwsi mieszkańcy Sofali, którzy przybyli na wybrzeże Afryki Wschodniej, pochodzili z Mogadiszu i szukali tam złota. Kupcy z sułtanatu Mogadiszu przez długi czas utrzymywali Sofala w tajemnicy przed swoimi rywalami z Kilwy, którzy do tego czasu rzadko wypływali poza przylądek Delgado. W latach 80. XII wieku sułtan Sulejman Hassan z Kilwy (w dzisiejszej Tanzanii) przejął kontrolę nad Sofalą i włączył ją do sułtanatu Kilwy oraz sfery kulturowej Suahili.
Techniki nawigacyjne w czasach Kolumba
W czasach Kolumba nawigacja opierała się na dwóch podstawowych technikach:
- Nawigacji zliczeniowej (znanej jako odwzorowanie walcowe równokątne)
- Nawigacji astronomicznej
Nawigacja zliczeniowa
W nawigacja zliczeniowej (dead reckoning DR
) południkom i równoleżnikom odpowiadają odcinki, kąty między nimi są zachowane.
Odwzorowana pozycja na równiku jest dokładna, ale wraz z oddalaniem błąd powiększa się, gdyż na odwzorowaniu wszystkie równoleżniki mają te same długości. Z tych powodów jej używanie ma sens tylko w nawigacji, gdyż bardzo łatwo znaleźć na takiej mapie dowolny punkt o zadanych współrzędnych geograficznych oraz wyznaczać azymuty. Dlatego współcześni nawigatorzy wyznaczają odcinki stosując odwzorowanie Merkatora (wiernokątne walcowe poprzeczne np. w układzie UTM). Mapy nie mogły być używane do wyznaczania pozycji, dopóki w 1569 roku nie opracowano projekcji Mercatora, a dostępne wówczas mapy pokazujące linie brzegowe, główne porty i punkty orientacyjne były błędne.
Nawigacja astronomiczna
Określenie pozycji za pomocą gwiazd jest możliwe tylko wtedy, gdy nawigator dysponuje dokładnym zegarem, a takie urządzenia były dostępne dopiero w XVIII wieku. Wcześniejsi nawigatorzy byli zatem ograniczeni do tych szczególnych przypadków obserwacji, które nie wymagają dokładnego zegara, a nawet wtedy konieczna była znajomość określonych danych astronomicznych. Istniało kilka takich przypadków, pozwalających wyznaczyć szerokość geograficzną — na przykład pomiar wysokości Gwiazdy Polarnej nad horyzontem.
Astrolabium i Kamal
Astrolabium (ἁστρολάβον, astrolabon 'chwytający gwiazdy') – prosty pomiarowy przeziernikowy przyrząd astronomiczny używany w nawigacji do początku XVIII wieku służył do pomiaru kątów wzniesienia, jednak jego działanie opierało się na swobodnie wiszących ciężarkach, które utrzymywały pion. Obserwacje prowadzone z pokładów statków na morzu często obarczone były błędami sięgającymi nawet 5°.
Innym instrumentem był tzw. „kamal”; składał się on ze sznura, po którym przesuwała się prostokątna deseczka. Nawigator trzymał sznur w zębach, napinał go, a następnie przesuwał deseczkę tak, aby jej dolna krawędź pokrywała się z linią horyzontu, a górna dotykała obserwowanego ciała niebieskiego. Pozycja deseczki na sznurze odpowiadała określonej linii pozycyjnej. Ponieważ Arabowie nie dysponowali chronometrami, kamal oraz kwadrant trójkątny były najprawdopodobniej używane wyłącznie do pomiaru wysokości kulminacyjnych w celu określenia szerokości geograficznej. Pozycje które wcześniej zapamiętywano, takie jak położenie portów, kierunki wiatrów i trasy żeglugowe, zapisywano w tekstach zwanych rahmanis.
Gdy Vasco da Gama dotarł do wschodniej Afryki w drodze do Indii, stwierdził, że kamal i kwadrant trójkątny są powszechnie stosowane przez Arabów. Europejski krzyżowy pręt (cross-staff) działał na podobnej zasadzie jak kamal, lecz rozpowszechnił się dopiero około 1550 roku. Ahmad ibn Majid (ok. 1435–ok. 1500) uchodzi za jednego z najwybitniejszych arabskich nawigatorów. Portugalczycy nazywali go Malemo Cana, co było zniekształceniem arabskich określeń oznaczających „mistrza żeglugi” oraz „mistrza astronomii nawigacyjnej i matematyki”. Ibn Majid był autorem wielu rahmani, a 19 jego manuskryptów przechowywanych jest w Bibliothèque Nationale.
Pomiar wysokości Słońca w południe, gdy przecina ono południk obserwatora, pozwala określić szerokość geograficzną, jeśli znana jest deklinacja Słońca. Deklinacja słoneczna zmienia się w zakresie 47° w ciągu 182 dni, co oznacza, że dzienna zmiana wynosi mniej niż 1°. Ponieważ 1° było mniejsze niż błąd pomiarowy instrumentów używanych w omawianym okresie, almanach zawierający jedną wartość deklinacji na dzień w pełni zaspokajał potrzeby żeglarzy takich jak Dias i da Gama.
Podobnie pomiar maksymalnej wysokości gwiazdy podczas jej przejścia przez południk obserwatora pozwala wyznaczyć szerokość geograficzną, ponieważ deklinacje gwiazd są stałe. Arabscy nawigatorzy mogli stosować tę metodę na Oceanie Indyjskim, a Portugalczycy rozwijali analogiczne podejście w latach 90. XV wieku.
Rozwój nawigacji astronomicznej w Portugalii
Choć z dzisiejszej perspektywy nawigacja astronomiczna około 1500 roku wydaje się prymitywna, wymagała ona zaawansowanej wiedzy matematycznej i naukowej, dlatego tylko wykształceni i piśmienni marynarze byli w stanie się nią posługiwać. Portugalczycy byli zdecydowanie najbardziej zaawansowanymi europejskimi praktykami tej sztuki; już w 1484 roku król Jan II powołał Junta de Matemáticos (radę matematyków), która opracowała praktyczne zastosowania astronomii dla nawigatorów morskich.
Rabbi Abraham Zacuto z Uniwersytetu w Salamance opracował tablice deklinacji słonecznej dla lat 1473–1478. Jego prace zostały przetłumaczone przez ucznia, rabina José Vizinho, który pełnił funkcję astronoma w ramach Junta. Vizinho opracował następnie praktyczny zestaw tablic słonecznych i sprawdził ich działanie podczas podróży do Afryki w 1485 roku.
Publikacje Junta początkowo nie były przeznaczone do szerokiego użytku. Najważniejsze dzieło, „Regimento do Astrolabio e do Quadrante” (Zasady użycia astrolabium i kwadrantu), było rozpowszechniane w formie rękopisu wyłącznie wśród portugalskich żeglarzy aż do odkryć Kolumba. Po przełamaniu przez niego portugalskiego monopolu na wyprawy odkrywcze, dzieło to zostało po raz pierwszy wydrukowane w 1495 roku.
Wyzwania nawigacyjne XV wieku
Nawigatorzy XV wieku mieli trudności z pogodzeniem wyników nawigacji astronomicznej z obliczeniami nawigacji zliczeniowej, ponieważ nie znali dokładnej długości jednego stopnia szerokości geograficznej. Doskonale potrafili szacować prędkość statku i przebytą odległość, jednak brak wiedzy, że 1° odpowiada 60 milom morskim, prowadził do nieporozumień przy porównywaniu obu metod. Kolumb uważał, że 1° odpowiada 45 milom morskim, opierając się na błędnym założeniu, że arabski astronom Alfraganus (lata 800 – 870) używał mil rzymskich. W rzeczywistości jego stopień odpowiada około 66 milom morskim. Jeśli Junta przyjmowała wartość Alfragana lub wartość Eratostenesa (około 60 mil morskich), wówczas bardziej wiarygodna wydaje się teza, że król Jan II odrzucił propozycję Kolumba z powodów technicznych, a nie z powodu jego wygórowanych żądań.
Nawigacja była więc przede wszystkim sztuką nawigacji zliczeniowej, którą najbardziej zaawansowani żeglarze starali się weryfikować poprzez obserwacje szerokości geograficznej. W tym względzie niewiele się zmieniło — również dziś obserwacje astronomiczne pełnią głównie funkcję kontrolną.
Nawigacja arabska
Sztuka nawigacji arabskiej wymaga osobnego omówienia. Arabska astronomia była wysoko rozwinięta, co znajdowało odzwierciedlenie w żegludze po Oceanie Indyjskim. Około roku 800 arabscy żeglarze przemierzali Ocean Indyjski od Zatoki Perskiej aż po Madagaskar i dalej do Chin, korzystając z map opartych na układzie współrzędnych X-Y. Mapy te były dokładne, co można zauważyć, analizując wybrzeża Oceanu Indyjskiego na mapie z katalońskiego atlasu z 1375 roku, autorstwa kartografa z Majorki, Cresquesa Abrahama.
Świadczy to o tym, że część wiedzy arabskich żeglarzy była znana mieszkańcom Półwyspu Iberyjskiego jeszcze przed wyprawami XV wieku.
Arabowie używali astrolabiów przez kilka stuleci i starali się rozwiązać problem kołyszącego się pokładu, opracowując dwa instrumenty wykorzystujące widoczny horyzont jako punkt odniesienia zamiast pionu. Jednym z nich był kwadrant trójkątny, którego jedno ramię było wyskalowane szerokościami geograficznymi różnych miejsc. Ustawiając dolną krawędź na horyzoncie, ruchome ramię kierowano na Słońce lub gwiazdę, a punkt przecięcia wskazywał odpowiednią szerokość na skali.
Gdy Vasco da Gama dotarł do portu Malindi we wschodniej Afryce, miejscowy sułtan wysłał z nim Ahmada ibn Majida, aby poprowadził go przez Ocean Indyjski do Indii. Relacje opisujące wejście Ibn Majida na pokład flagowego okrętu da Gamy przedstawiają, jak Arab i Portugalczycy porównywali notatki, mapy i instrumenty. Ibn Majid był już zaznajomiony z portugalskimi metodami i przyrządami nawigacji astronomicznej, a także zaprezentował użycie kamala i kwadrantu trójkątnego. Jedyną zachowaną relacją naocznego świadka z podróży da Gamy jest Álvaro Velho, żołnierza, który odnotował 10 marca 1498 roku, że Arabowie używali kompasów, kwadrantów i map nawigacyjnych.
Usługi Ibn Majida miały dla Vasco da Gamy „nieocenioną wartość”; bez jego pomocy portugalski żeglarz miałby poważne trudności z bezpiecznym przeprowadzeniem statku przez archipelag Lakkadiwów u południowo-zachodnich wybrzeży Indii.
Ahmad ibn Majid – wybitny arabski nawigator
Ibn Majid urodził się w Dżulfār (dzisiejsze Ras al-Chajma w Zjednoczonych Emiratach Arabskich) na początku lat 30. XV wieku i stał się postacią sławną w drugiej połowie tego stulecia. Większość życia spędził jednak w Maskacie, który opisywał jako najbardziej znany port świata swojej epoki.
Jeden z najwybitniejszych i najbardziej zasłużonych arabskich nawigatorów wszech czasów, zdobył sławę na Zachodzie jako ten, który poprowadził Vasco da Gamę — jednego z najsłynniejszych portugalskich odkrywców średniowiecza — z wschodniego wybrzeża Afryki do Indii. Jego rozległa wiedza o morzach wywarła ogromne wrażenie na Portugalczykach, którzy w swoich pismach nazywali go „Mistrzem Nawigacji Astronomicznej”.
Jednak w świecie arabskim i muzułmańskim jego sława była znacznie większa. Do dziś pamiętany jest jako najwybitniejszy twórca podręczników żeglarskich. Były one pisane szczegółowym, technicznym językiem i zawierały precyzyjną wiedzę o prądach morskich oraz wiatrach, takich jak monsuny, które przez stulecia pomagały statkom płynąć z Półwyspu Arabskiego i Afryki do Indii. Nazywany przez Arabów „Lwem Mórz”, przez setki lat pozostawał patronem żeglarzy muzułmańskich.
Dziedzictwo Nawigacyjne Arabów
Umiejętności nawigacyjne Arabów mają długą historię i stanowią integralną część ich dziedzictwa. Najstarsze na świecie mapy nawigacyjne i geograficzne zostały opracowane przez Kananejczyków, którzy — prawdopodobnie równolegle z Egipcjanami — odkryli Ocean Atlantycki. Później Grecy wysunęli hipotezę, że Ziemia ma kształt kuli.
- Początki:
- Najstarsze na świecie mapy nawigacyjne i geograficzne zostały opracowane przez Kananejczyków, którzy — prawdopodobnie równolegle z Egipcjanami — odkryli Ocean Atlantycki.
- Greckie hipotezy:
- Później Grecy wysunęli hipotezę, że Ziemia ma kształt kuli.
- Arabski rozwój:
- Następnie Arabowie rozwinęli tę wiedzę, a ich mapy dowodzą, że zdawali sobie sprawę z kulistości Ziemi. W dziedzinie sfery armilarnej udoskonalili kalendarz, czyniąc go dokładniejszym niż kalendarz gregoriański, oraz wynaleźli lub rozwinęli starsze instrumenty ułatwiające żeglugę i handel z innymi krajami ówczesnego znanego świata.
W tych stuleciach Arabowie napisali wiele książek o nawigacji i morzu. Ostatnim z wielkich autorów żeglarskich, nazywanym „ostatnim wielkim arabskim kapitanem mórz”, był Ibn Majid, który pochodził z wybitnego rodu.
Następnie Arabowie rozwinęli tę wiedzę, a ich mapy dowodzą, że zdawali sobie sprawę z kulistości Ziemi. W dziedzinie sfery armilarnej udoskonalili kalendarz, czyniąc go dokładniejszym niż kalendarz gregoriański, oraz wynaleźli lub rozwinęli starsze instrumenty ułatwiające żeglugę i handel z innymi krajami ówczesnego znanego świata.
Wywodząc się z długiej linii nawigatorów i uczonych, już od najmłodszych lat interesował się morzem. Jako syn i wnuk zawodowych żeglarzy, był kształcony przez ojca w sztuce żeglugi.
Oprócz umiejętności nawigacyjnych studiował również geografię, astronomię oraz literaturę arabską. Znał na pamięć Koran i był człowiekiem oczytanym, zaznajomionym ze starożytną poezją arabską, historią, literaturą oraz innymi dziedzinami wiedzy.
Ibn Majid jest autorem wielu autorytatywnych dzieł z zakresu nawigacji, w tym około 40 utworów pisanych prozą i wierszem, z których wiele dotyczyło mórz. Wiele z nich zawierało wcześniejsze prace innych żeglarzy, takich jak słynni kapitanowie z IX wieku — Lajth ibn Kahlan, Muhammad ibn Szadhan i Sahl ibn Aban — a także dzieła jego własnych przodków. Zostały one jednak wzbogacone o jego wieloletnie doświadczenie zdobyte na morzu.
Wśród tych dzieł znajduje się jego „Hāwijat”, poemat liczący około 1082 wersów, będący prawdziwą skarbnicą teorii nawigacji. Porusza on takie zagadnienia jak oznaki bliskości lądu, domy księżycowe i kursy kompasowe, Gwiazdę Polarną i inne gwiazdy, a także Ocean Indyjski i szerokości geograficzne jego portów. Nie mniej istotna była jego seria książek zatytułowanych „al-Urdżuza”, obejmująca podobną tematykę.
Być może jego najważniejszym dziełem było „Kitab al-Fawa’id fi Usul ilm al-Bahr wa’l Qawa’id” („Księga pożytecznych rzeczy o podstawach i zasadach nawigacji”), napisana prozą i podzielona na 12 części. Określana jako „kompendium znanej wiedzy teoretycznej i praktycznej z zakresu nawigacji”, obejmuje takie zagadnienia jak początki i historia arabskiej nawigacji do jego czasów, kompas, monsuny, szlaki morskie oraz meteorologię astronomiczną.
Dzieło to nie tylko zawiera niezrównanie szczegółowe opisy Oceanu Indyjskiego, jego punktów orientacyjnych, tras żeglugowych oraz głównych portów regionu, ale także dostarcza informacji o wyspach takich jak Madagaskar i Komory, a także o Morzu Arabskim i Morzu Czerwonym, które autor nazywa „najbardziej niebezpiecznym ze wszystkich mórz świata”. Z wyjątkiem kilku poprawek szerokości geograficznych, praca ta nie została dorównana nawet w naszych czasach przez inne podręczniki żeglarskie.
Ibn Majid posługiwał się kompasem i mapami nieznanymi wcześniej Europejczykom, a na Zachodzie zasłynął jako przewodnik Vasco da Gamy — według niektórych relacji zmuszony do tego — który doprowadził go do Indii, otwierając tym samym ważny szlak dla zachodnich żeglarzy i zapoczątkowując „epokę odkryć”. Jednak część historyków, takich jak szejk dr Sultan bin Mohammad Al-Qasimi, władca emiratu Szardża, wskazuje, że Vasco da Gamę do Indii poprowadził chrześcijanin z Gudżaratu o imieniu Canani, a nie Ibn Majid.
W 1498 roku da Gama, żeglując wzdłuż wschodniego wybrzeża Afryki w poszukiwaniu pilota, który przeprowadziłby go przez Ocean Indyjski do Indii, spotkał się z nieufnością i wrogością ze strony arabskich kupców i żeglarzy. Jednak w porcie Malindi znalazł Ibn Madżida, który zgodził się go poprowadzić. Jako mistrz nawigacji w tym regionie, jego pomoc przyczyniła się do upadku arabskiej potęgi morskiej na Oceanie Indyjskim. W kolejnych stuleciach arabscy historycy, świadomi konsekwencji pojawienia się Portugalczyków, rozpowszechniali legendę, jakoby Ibn Madżid był pijany, gdy zgodził się wskazać da Gamie drogę do Indii.
Bogaty wkład Majida w sprawy morza przyniósł korzyści naukom takim jak geografia i oceanografia, szczególnie w odniesieniu do Oceanu Indyjskiego. Wiele ważnych wypraw morskich, w tym udana podróż Magellana przez Ocean Indyjski, przypisuje się jego dziedzictwu nawigacyjnemu.
Tak wielkie były jego umiejętności jako znawcy mórz, że ponad 350 lat po jego śmierci sir Richard Burton, płynąc statkiem z Adenu w 1854 roku, widział marynarzy modlących się na jego cześć.
Jako pionier w dziedzinie nawigacji, Ibn Majid pozostaje i pozostanie dumą wszystkich żeglarzy oceanicznych. Po jego śmierci arabskie umiejętności nawigacyjne zostały przejęte przez Portugalczyków i inne narody, jednak zanim do tego doszło, Arabowie wnieśli ogromny wkład w rozwój geografii, nawigacji i handlu światowego.
Bartolomeu Dias — nawigacja
Nie zachował się żaden dziennik ani księga pokładowa Bartolomeu Dias, dlatego jedynym wyznacznikiem jego umiejętności jako nawigatora astronomicznego pozostaje jakość map sporządzonych na podstawie jego danych. Mapy zachodniego wybrzeża Afryki z lat 80. XV wieku wydają się dość dokładne, a kamienne krzyże pozostawione przez Diasa — zestawione z pozycjami, które wyznaczył za pomocą obserwacji astrolabium i kwadrantu — wskazują, że jego pomiary były dokładne z błędem rzędu około dwóch stopni. Obserwacje te wykonywano na lądzie, nie można więc porównywać ich z obserwacjami prowadzonymi na morzu, gdzie błąd sięgał 4°. Tylko raz Krzysztof Kolumb zdołał osiągnąć taką dokładność.
Wyznaczenie szerokości geograficznej Przylądka Dobrej Nadziei przez Diasa wydaje się być bardzo precyzyjne, a gdy dziewięć lat później Vasco da Gama dotarł tam drogą morską, wysiadł na ląd, aby sprawdzić szerokość geograficzną, uzyskując zadowalające wyniki. Kolumb przebywał w Lizbonie, gdy Dias powrócił, i zanotował na marginesie księgi, że Dias określił szerokość geograficzną Przylądka Dobrej Nadziei na 45° szerokości południowej, co oznacza błąd zawyżony o około 13°. Samuel Eliot Morison przypisał ten błąd Diasowi, jednak trudno pogodzić tak znaczną pomyłkę z doskonałym trafieniem do lądu przez Gamę po trzymiesięcznej żegludze poza zasięgiem widoku lądu. Albo Kolumb się pomylił, albo też publiczne ujawnienie tej informacji było elementem dezinformacji portugalskiej korony, mającej na celu utrzymanie tajemnicy odkryć — podobnie jak wówczas postępowano z danymi z almanachów nawigacyjnych.
Dias odbył wiele podróży, zarówno jako dowódca, jak i pilot okrętowy, choć należy pamiętać, że jego szczegółowe badania zachodniego wybrzeża Afryki prowadzono w zasięgu wzroku lądu. Powrót do Portugalii z Przylądka Dobrej Nadziei również odbył się przy użyciu nawigacji przybrzeżnej, jednak metoda ta wymaga dużego kunsztu żeglarskiego; większość wejść na mieliznę zdarza się właśnie w pobliżu lądu, a Dias przemierzył tysiące mil nieznanego wybrzeża, nie tracąc ani jednego statku.
Samo opłynięcie Przylądka Dobrej Nadziei przez Diasa jest szczególnie godne uwagi. Po długim okresie walki z przeciwnymi wiatrami aż do 29° szerokości południowej skierował się na południowy zachód, poza zasięg widoku lądu, aż natrafił na wiatry pozwalające mu płynąć bezpośrednio na południe w obrębie zachodniego dryfu wiatrowego, a następnie na wschód przez wzburzone morza, skręcając na północ dopiero wtedy, gdy był pewien, że znajduje się na wschód od wybrzeża, wzdłuż którego wcześniej żeglował. Wylądował na wybrzeżu Natalu i w ten sposób otworzył drogę do Indii. Ten śmiały manewr na nieznanych, burzliwych wodach przyniósł znakomite rezultaty; wszystko wskazuje na to, że Bartolomeu Dias był żeglarzem obdarzonym wyjątkową intuicją morską.
Oryginalny dziennik Kolumba zaginął, lecz Bartolomé de las Casas sporządził streszczenie zawierające cytaty i parafrazy, które dziś uchodzi za zapis pierwszej wyprawy. Choć powstało wiele transkrypcji i tłumaczeń tego skrótu, wielu historyków podaje ich wiarygodność w wątpliwość.
W dzienniku Kolumba odnotowano kilka obserwacji Polaris (Gwiazda Polarna), jednak nie ma żadnych zapisów, by kiedykolwiek dokonywał obserwacji innych ciał niebieskich. Kolumb po raz pierwszy wspomina o swoim kwadrancie w zapisie z 24 września 1492 roku. Podczas pierwszej wyprawy miał również na pokładzie astrolabium, lecz nigdy go nie użył — prawdopodobnie dlatego, że nie potrafił się nim posługiwać. Po dotarciu do Indii Zachodnich w 1492 roku Kolumb wykonał kilka pomiarów kwadrantem, ale były one rażąco niedokładne — często z błędem przekraczającym 20° — i w końcu zrezygnował z korzystania z tego przyrządu, uznając, że wymaga naprawy po powrocie do Hiszpanii.
Morison rozwinął szeroką argumentację, według której Kolumb dokonywał obserwacji niewłaściwej gwiazdy, jednak sam uznał to za mało prawdopodobne, zwłaszcza że błąd powtarzał się wielokrotnie. Bardziej przekonująca wydaje się późniejsza hipoteza James E. Kelley Jr., który zauważył, że wyniki Kolumba odpowiadają arcus tangensom zmierzonych wysokości, a ponieważ wiele ówczesnych kwadrantów posiadało skalę tangensów, Kolumb najpewniej odczytywał niewłaściwą skalę na swoim przyrządzie. W każdym razie Kolumb najwyraźniej nie ufał swoim pomiarom.
Latarnia Morska na Cape Point
