中世纪出现的新型地图
处于教会统治的中世纪，神学世界就是现实世界，所以人们在绘制地图时，并不是依据地理信息绘制，大半是凭教义和想象画出。当时最流行的一种古地图是T-O地图，先画一个圆，圆的中心摆上基督教的圣地耶路撒冷，这是O，上方半圆是伊甸园所在地——东方，左下方和右下方分别是欧洲与非洲，以尼罗河、顿河和地中海三大水系为分界，这就是T形，组成了一幅“上东右南”的基督教神学世界。 很显然，T-O地图的目的不是用于导航，而是为了再现《圣经》描述的世界，所以它很不准确，用现代人的眼光来看，甚至很荒诞（详见大科技百科新说2015年第4期《中世纪可笑的T-O 地图》）。 不过，令历史学家惊讶的是，在13世纪初期，有人发明了另外一种地图——波特兰海图，这是一种新型的海洋地图，一改中世纪神话现实混合在一起的概念化地图，具备精确导航和定位的功能。研究者将这种地图与今天的地图对比，发现偏差竟然特别小，特别是地中海、黑海、红海区域的海岸线、港口数量和形状与今天航拍的相差无几，十分准确，就像当时中世纪的神职人员曾飞到地中海上空俯视过一样。 想象一下，在当时的欧洲，没有坐标，经纬度还不被人知，在波特兰海图之前，地中海的水手没有什么导航的地图，他们只能依靠星盘测量、经验来航海。留给波特兰海图制作者的也就只有这些记录了方向和距离的水手日记，他们是如何将这些日记转化成可视化的地图呢？
如何制作是个谜
现存最早的波特兰海图出现时间大概是1276年，最初绘制的海域集中在地中海一带，随着地理大发现，扩展到非洲好望角、马六甲海峡和亚洲的日本海领域。波特兰海图曾被装订成册，其中最著名的是1375年的《加泰罗尼地图集》。此后几世纪海图采用的符号和颜色，就是从波特兰海图延续下来的。 大多数波特兰海图由上等的牛皮和羊皮手工绘制，由于它们都是手绘的，没有两个海图或者地图集是一样的，但绘制的水域一般会包括整个地中海和黑海、大西洋海岸。地图大小尺寸由羊皮大小决定，大概是100厘米×75厘米，地图的比例接近1︰550万，这就意味着地图上1厘米代表实际距离的55千米，这是自从托勒密地图以来，最早的按照比例来绘制的地图。 地图上，港口的名字和海岸的名称被标在周围，在陆地一边呈直角对着海岸线。陆地信息非常模糊，夹杂着神话与传说。海岸线线条则很简洁清晰，从地图内容判断，很明显波兰特海图主要用于水手航行。 大陆轮廓的细节画在一个网格线中，这些网格线由地图上的16个中心圆发射，16个圆圈显示了16个方向，圆上引出32条放射线，朝向32个方向，组成了一个等量线的有规律的图形，这种绘制手法为首创，现代地图上的经纬网布局模式也可能受到波特兰海图的启发。 然而，尽管波特兰海图在长达4个世纪的时间里被广泛使用，但地图上的网格线有什么用？地理轮廓又到底是怎么绘制出来的呢？地图的制造者没有留下制作方法的线索：没有草稿，没有草图，没有他们的工作的描述。美国国会图书馆现代地图学专家约翰·赫斯勒转向地图本身寻找答案，他用了历史学家们不会使用的方法——数学模型分析。
相当一致的旋转角度
为了分析波特兰航海图和现代航海图之间的差异，赫斯勒采用了一种形态测量技术。首先，赫斯勒挑选了一幅1300年左右的海图进行研究，他通过扭曲点的方式，将现代地图地中海区域的每个点与古老的波特兰海图上的点一一对应。研究结果表明，与现代地图上的点的位置相比，在波特兰海图上的点都有一些轻微的扭曲，这并不奇怪，因为波特兰海图的制作者曾经使用了一些不精确的航海数据，但这些点的扭曲方式很一致，差不多都是经过了8.5度逆时针旋转。这是为什么呢？ 赫斯勒查阅文献发现，这个度数正好是当时的磁偏角。由于地球外核层的铁水移动，磁感应罗盘会与地球磁场发生作用，指南针指向的北方，是地磁北方，不是真正的北极。地磁的北方与地理北方产生的夹角叫做磁偏角。由于铁水的流动变化，随着时间和地点的变化，磁偏角会稍有不同。现代地图制作者通过添加或减去度数来校对位置。当时在中世纪地中海区域，人们还不知道磁偏角现象，依靠指南针测量又不纠正磁偏角正是波特兰海图扭曲的原因。 随后更详细的研究也证实了这一点。根据历史记录，在1300年至1350年间，地中海的磁偏角下降了2度，与这种变化相一致，这个时期末，这个地方的位置旋转度数减少了两度。在接下来的150年里，磁偏角再次变成11度，地图的偏离度数也与之对应。这就为波特兰航海图的制作方法找到了一个线索——使用指南针定位和测量方位角。这一研究结果也与指南针传入欧洲的时间一致，公元12世纪末到13世纪初，中国的指南针由海路传入阿拉伯，再由阿拉伯传入欧洲，13世纪初，也是波特兰航海图出现的时间。 波特兰海图上的网格线也与罗盘使用有关，研究者们认为32条射线与罗盘上的方位线相吻合，水手们就是按这些线条来决定罗盘方向，让他们把海岸线尤其是地中海附近的海岸线画得非常准确。 结合这些研究，人们认为当时的航海家已经知道如何用指南针确定方向测算位置，测量船速的航位推算方法和三角数计算方法也早就发明了，经过计算可以得出航行过程中两个点的方向和距离，这就是波特兰航海图的数据来源。 由于地中海一直是贸易的中心地区，这一地区包括方向和距离的海岸数据也会更详实，记载这些数据的水手日记曾经被集中整理，形成了大西洋海岸、地中海和黑海的大量几何数据，绘图者正是根据这些数据绘制地图。不过，当时的欧洲人虽然知道地球是个球体，但不知道如何计算曲率，不知道如何在一张平面的地图上描绘地球弯曲的表面。因此，如果在地中海，这些图是非常实用的，因为一个港口到另一个港口的距离相对很小，误差也很小，但在广阔的大洋上航行时，波特兰海图就派不上用场了。
到底是谁制作的？
这个推测似乎很合理。然而，考虑到洋流和风向的影响，每个水手的船只会中途偏离既定航向，他们记录的位置数据会有差异，绘图者们怎么选择刚好比较准确的数据呢？而且当时的指南针得达到多么精准，才会让整幅地图和现在地图对比，偏差度数恰好是磁偏角？ 2014年荷兰乌特勒支大学的一名大地测量学博士推翻了这个假设。他发现在最古老的波特兰海图中，运用了类似墨卡托投影法的方法，比起墨卡托投影法的发明早了近三个世纪。地中海和黑海的海岸线也过于准确，是中世纪欧洲的技术远远不可能做到的，实际上要到19世纪，欧洲的制图技术才能达到这种准确度。而地图显然与古希腊地理学家托勒密用的古典地图制法完全不同，所以，他推测地图的制造应该不属于欧洲。同时，该博士还推翻了来自阿拉伯世界和东方的可能。阿拉伯人虽然航海知识丰富，天文学、数学也很发达，但现存的最早的伊斯兰地图来源于15世纪，量性分析显示它们比波特兰海图精确性低。 同时期，东方能与之匹敌的地图大概就是《郑和航海图》，绘制于明朝1425至1430年间，时间大概在郑和第六次下西洋之后。但《郑和航海图》采用的是中国传统的山水画立体写景形式绘制的，并没有达到波特兰航海图抽象制图的水准。 乌特勒支大学的这位博士提出了可能的来源：君士坦丁堡。但是，另外一些历史学家认为这更不可能，自西方古典时期以来，君士坦丁堡并没有为科学知识的发展做出什么贡献，他们大多部分知识继承自古希腊和阿拉伯。而且，波特兰海图精确地绘制出了英国和法国的海岸线，当时君士坦丁堡感兴趣的是东欧，西欧并不是他们感兴趣的领域。 那么，究竟是谁制造了这些航海图呢？这个谜题也许只能等待着考古学家们更多的考古发现。
波特兰海图是地图绘制史上最大的谜团之一。想象一下，一群中世纪的绘图师，手中的测绘工具只有指南针、沙漏和摇摇晃晃的小帆船，却将欧洲南部、黑海、北非的海岸线极为精确地记录下来。也许他们能爬的最高地方不过是帆船的桅杆，而他们的海图却几乎像是从卫星照片上翻刻下来的一样。他们到底是如何做到的？
最早的一幅波特兰海图是《比萨港海图》（Carta Pisana），出现时间大概是1276年。这幅海图的出现极为突兀，可以说是第一幅科学的现代海图。与中世纪那种混沌模糊，糅合了地理、传说、神话的古世界地图（Mappa mundi）极为不同，形成鲜明的对比。波特兰海图的绘制方法与古希腊地理学家托勒密用的古典地图制法完全不同，同时其32个方位的划分方法也和现代的经纬度测绘法不同。