明万历漳州窑红绿彩罗经文盘。天津博物馆藏

在海南琼海的更路簿博物馆里，一名游客用自己的指南针跟古老的罗盘比对。新华社记者 张丽芸摄

安徽省黄山市休宁县，万安罗盘制作技艺省级非遗代表性传承人吴兆光正在制作万安罗盘。施亚磊摄（人民图片）

“妈妈快看，这个指南龟好有意思！”在中国科学技术馆的“华夏之光”展厅，一名小朋友拨动木质指南龟模型，当指南龟转了几圈、回到静止状态，其头部依然指向南方。圆形展台上陈列着一组古代指南工具模型，吸引了不少小朋友的目光。从缕悬法指南针、水浮法指南针到航海用水罗盘、旱罗盘，还有形制独特的指南鱼、指南龟，这些展品丰富了人们对指南仪器的认识，生动展现了中国古人的智慧和创造力。

指南针，是用磁针制成的指示方向的仪器，位列中国古代四大发明之一。它被应用于军事、生产、生活、堪舆、航海等方面，是古人开展越洋远航必不可少的工具，促进了经贸文化交流和人类文明发展。

古人很早就发现了磁石互相吸引、排斥和吸铁现象。在世界范围内，中国人较早地使用磁石或磁铁来辨别方向。

早在战国时期的文献里，就提到了“司南”。《韩非子》云：“故先王立司南以端朝夕”。东汉王充的《论衡》对司南的描述更加具体：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。

有学者认为司南是用天然磁石琢磨而成的磁性指向器，是指南针的前身。上世纪40年代，科技史专家王振铎提出了勺形司南、铜质方形地盘复原方案，先后用磁化钨钢和天然磁石制作了具有显著指向性的实物。

中国科学技术馆助理研究员戴逸华告诉记者，关于司南是否为磁石指向仪器，学界存在争议。文物专家孙机曾撰文表示，《论衡》中的“司南之杓”应为“司南之酌”，指的是指南车在地上行驶。“指南车也是中国古代重要的发明，但二者的原理完全不同。”戴逸华解释，指南针指示方向源于地磁效应，而指南车则是依靠齿轮传动系统。

中国科学院自然科学史研究所研究员黄兴近年通过实验复原了勺形司南，论证了司南作为磁石勺的可行性。“但历史上是否真实存在这样的实物，还有待进一步发掘和研究。”戴逸华说。

关于指南针的确切记录出现在唐代。晚唐时期的《管氏地理指蒙》提到铁针磁化后可指示方向，并指出了地磁偏角现象。

五代至北宋初年成书的《九天玄女青囊海角经》载有《浮针方气图说》，是研究指南针和罗盘发展史的关键史料。古人注意到磁针指向不与天文子午正南正北重合，因此设置正针、缝针两套刻度，用来表示地磁与天文方位的偏差（磁偏角）。

北宋时期，磁性指南工具进一步发展，人工磁体代替了天然磁石。北宋庆历四年（1044年）成书的《武经总要》记载了指南鱼的制作方法：将薄铁片剪裁成鱼形，放在炭火中烧至赤红，用铁钳夹住鱼首，让鱼尾正对北方，置入水盆中冷却，然后用密器收藏；用时把水碗置于无风处，平放鱼在水面令其漂浮，鱼首则指向南方。

北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中讲到堪舆师用磁石磨铁针制备指南针，有水浮、缕悬、指甲、碗唇四种安置磁针的方法，并首次明确记述了磁针偏东的实测现象。时代稍晚于沈括的北宋药物学家寇宗奭亦在《本草衍义》中详细记录了缕悬法和水浮法指南针的制作过程。

中国国家博物馆“科技的力量”展览中陈列着王振铎依据古籍记载复原的指南针模型。缕悬法指南针以独根蚕丝作悬线，用蜡粘接磁针中部，悬挂于木架上，架底部为方位盘，磁针垂于盘中心上方。静止时，因地磁作用，磁针两端分指南北方向。

水浮法指南针则是将几段灯草横穿在带磁性的钢针上，放入盛水的碗中，灯草连同磁针浮于水面，磁针即指南北。这种指南针实用性强，最先应用于航海导航。

指南针与方位刻度盘结合，便成了罗盘。古代罗盘分为水罗盘、旱罗盘两种。《浮针方气图说》所描述的正是水罗盘。国内现存古代罗盘实物多为水罗盘，盘身为漆木胎或铜质。中国国家博物馆收藏的明代廿四位铜体水罗盘，体现了宋明以来中国罗盘的一般构造——外圈为二十四等分的圆形方位盘，分别以十二地支、八天干和四卦来表示各个方位；内圈凹陷处可盛水，用于安放磁针。

在南宋时期，旱罗盘已经出现。1985年，江西临川发现了南宋邵武知军朱济南之墓，墓中出土了执罗盘陶俑，为古代风水先生的造型，手中持一件带有指针的罗盘，指针位于罗盘中央，针两端作上下指向，针中部为菱形，中心开孔，为轴支孔。这显然是不盛水、可倾斜手持的旱罗盘。俑座底部墨书“张仙人”三字，故又称“张仙人”俑。这是迄今所知世界最早的旱罗盘实物证据，说明至迟在12世纪，中国已发明并使用轴支式旱罗盘，比欧洲早约100年。