國立清華大學歷史研究所乙組

碩士論文

 

 

 

Fettering the Stars: 

Islamic Navigational Knowledge in Ming China 

牽星術：明代中國的伊斯蘭導航知識

 

 

 

 

 

研究生: 林筱倩 (Hsiao-chien Lin)

學號: 101043513

指導教授: 王憲群 (Hsien-chun Wang)

中華民國一○四年六月

 

i 

 

摘要 

 

宋元以來，伊斯蘭世界與中國之間，藉由成熟的海洋技術而有著頻繁貿易的往來，

不同文化之間的交流亦隨之興起。在中國航海史上著名的航海家鄭和（1371‐1433），曾

在十五世紀初期帶領著船隊七次下西洋，航程遠至非洲東岸。歷史材料提及鄭和船隊可能

利用一種名為「牽星術」的導航技術，並使用一種名為「牽星板」的導航儀器。藉由這樣

的儀器，導航員可在夜晚中測量星體和地平線的仰角，並以「指」為測量單位，了解船隻

的位置，以成功達到越洋航行的目的。本論文主旨即在探討這種導航技術與儀器背後的多

文化語言與天文知識的基礎。 

我發現在遠洋航行中，水手必須熟練於時間的掌握及方位的辨識，他們藉由觀察星

體的運行來解決這兩個問題。而在印度洋及阿拉伯海之中，使用泰米爾及馬拉姆語的水手

們，便相當善於運用這樣的導航技術。這樣的技術藉由星體仰角的高度來判斷時間，並以

zām  為單位。zām 是一種古代印度計算時間的方式，主要使用特定亮星及月亮做為觀測

的依據，測量出 「指」，阿拉伯語為 isba  同樣為手指的意思。配合，(إصبع) zām 的計時方

式，得以在汪洋大海中了解航行所花費的時間。水手們更利用在黃昏或清晨時分，藉由亮

星於海平面的位置，來判斷方位。除此之外，在儀器的使用上，類似「牽星板」的航海儀

器有著多種形式的存在。例如，水手在測量的時候，可以使用相同的板子但運用不同的結

點，或者使用不同大小的板子，但繩長不變，亦或是板子大小不同且同時隨結點改變。在

中國史料中，明代李詡《戒庵老人漫筆》等材料顯示，牽星板是一組由十二塊大小不同的

木板組成，顯示華人地區所使用之「牽星板」為板子多塊的類型。而在中國的歷史材料

《武備志》中，除了記載此項航海技術的遺跡，也標示著稱為「針路」的中國傳統航海方

式。此種特殊的繪圖方式，即說明多種文化的導航知識存在於這條航線上。另一方面，我

們亦可從使用方式和儀器的名稱上窺見知識的流動，例如「牽星」一詞在阿拉伯語中為

al‐qaid  同為牽引的意思，為一種記憶天體相對位置的特定記憶方法。令人驚喜的，(تكبيل)

是，更多語言關連如同「牽星」和「指」的例子，隨著航海技術的達發而存在於此條航線

中。綜合以上而言，不論從史料或是語言翻譯上，都可以看出跨文化知識傳遞的軌跡。 

 

ii 

 

最後，我根據《前聞記》的航程記載，逐步說明鄭和越洋航行之時所使用的導航知

識。發現船隊利用季風做為動力，於冬季利用東北季風出發，並順著夏季的西南季風回程。

此外，從《武備志》裡「過洋牽星圖」的記載中，了解船隊主要仰賴現今北極星、昴宿星

團、北河三、南河三、老人星和南十字星，以確認船隻在固定緯度的航線之上。與此同時，

導航員利用「牽星板」等相似儀器，除了確認船隻所處緯度，更測量星體在天空仰角的變

化，搭配 zām 這種計時方式而得知航行時間。

因此，本論文認為，此類航海技術的發展非一蹴可及，鄭和並非第一位於此條航線

上航行之人，鄭和下西洋所使用的導航技術，乃是一個多文化交流之下的成果，包含著伊

斯蘭、印度、與中國等不同文化的導航技術。因此，鄭和的壯舉，其實是多文化交流之下

的結果。

 

iii 

 

Abstract 

Beginning from the Song and Yuan Dynasties, Muslim and Chinese ships frequently sailed 

the  south  China  coast,  Southeast  Asia,  Sri  Lanka,  and  the  Persian  Gulf,  trading  goods  and 

cultures.  The  Chinese  naval  commander  Zheng He 鄭和    (Cheng Ho,  1371‐1433)  lead  seven 

expeditions along  these  sea  routes,  sailing as  far as  the east  coast of Africa  in  the early 15th 

century. Historical sources mention that Zheng He used a navigation method called qianxing shu 

牽星術, which employed a particular instrument named qianxing ban 牽星板. Navigators could 

use this instrument to measure the angle between stars and horizon to find units of zhi 指. They 

used this technique to understand the location of their ships while sailing in the open‐sea. This 

thesis  discusses  the  linguistic  connections  between  different  cultures  and  the  astronomical 

knowledge behind that technology.  

Time and direction were essential to this maritime technology, and this technology united 

these two issues by observing stars. This technique relied on the altitudes of stars and horizon 

to  define  time. Moreover,  it  used  zām,  which  was  a  special  time‐measurement  system  in 

ancient India, as a unit of time and measured the specific bright stars and the moon in terms of 

zhi 指 in Chinese and isba (إصبع) in Arabic. Both words mean “finger.” Also, navigators observed 

the bright stars on horizon in dawn and dusk to understand directions. This technique employed 

the  instrument  qianxing  ban, which  can  be  classified  in  different  types:  those with  knotted 

strings and a single board, those with unknotted strings and boards of different sizes, and those 

with both knotted strings and different sizes of boards.  

By  the  seventeenth  century,  a  treatise  on  armament  technology  reported  that  Chinese 

sailors  carried  magnetic‐needle  routes  marked  with  gen  更.  These  maps  were  typical  of 

traditional  Chinese maritime  technology,  but  also  contained  information  about  the  stars  in 

terms of the unit zhi which was familiar to most sailors in the Indian and Arabic Oceans. Thus, 

these sea‐charts prove the cultural interactions on this sea‐route.  

     Finally, Zheng He’s voyage  is  reconstructed. Zheng He’s  fleet exploited  the power of  the 

monsoon. They relied on the northeast wind to depart in winter, then followed the southwest 

 

iv 

 

wind to return to China in summer. Moreover, Zheng He’s navigators relied on the altitudes of 

Pole  Star, Pleiades, Pollux, Procyon, Canopus  and  Southern Cross  for directions.  In  this way, 

sailors could keep on the right route. Meanwhile, they used qianxing ban to measure the angle 

of stars. They also used the zām time‐measurement system to measure time. In conclusion, the 

qianxing shu and qianxing ban were the result of centuries of cultural communications between 

China, India, and the Islamic world.  

 

v 

 

Contents 

Int roduct ion……………………………………………………1 

Navigational  Skill  and  Lunar  Mansions………………7 

Introduction…………………………………………………………………7 

History  of  Navigation…………………………………………………….8 

Chinese  Navigation……………………………………………………….9 

Arabic   Navigation……………………………………………………….14 

Isba  and  Zām…………………………………………………………..….17 

Navigation  methods…………………………………………………...23 

Qiyas………………………………………………………………………………….….23 

Fettering…………………………………………………………………………….….25 

Abdā l…………………………………………………………………………..…………26 

 

vi 

 

Navigational  Miscellany………………………………………………..……….27 

Monsoon……………………………………………………………………28 

Monsoons  of  the  Arabian  Sea………………………………………………..28 

Monsoons  of  the  Indian  Ocean………………………………………………28 

Lunar   Mansions………………………………………………………….32 

Definition  of  Lunar  Mansions……………………………………..32 

Simple  Astronomy………………………………………………………………….33 

Development  of  Astronomy……………………………………………..…...35 

Lunar  Mansions  in  different  cultures………………………….45 

Astronomy:  Mansions  mark  day  of  month……………………………..51 

Connection  of  Lunar  Mansions  to  Navigational  Astronomy……53 

Use  of  Lunar  Mansions  in  Time‐Keeping…………………………….….54 

Conclusions…………………………………………………………….….55 

How  to  Use  Lunar  Mansions………………………………………………….55 

Relationship  with  Navigation……………………………………………..….56 

Instruments………………………………………………..…..60 

 

vii 

 

Introduction………………………………………………………….……60 

Compass  Rose  and  Magnetic  Compass…………………….…62 

A.  Magnetic  Needle  Compass  (Chinese)…………………………….…..64 

B.  Zām  compass  (India,  Arabic)………………………………………….…..68 

Astrolabe……………………………………………………………….…..75 

History,  Greek  to  Arabic…………………………………………………….…..75 

Parts  of  the  Astrolabe…………………………………………………………...76 

Uses  of  Astrolabe…………………………………………………………….…….83 

Results,  latitude,  and  time…………………………………………………..…88 

About  Qianxin  ban  and  Liangtian  chi  …………………….…..89 

The  Liangtian  chi……………………………………………………..…90 

What  is  the  Qianxin  ban……………………………………………..94 

A.   Knots………………………………………………………………………………...95 

B.   Different  sizes………………………………………………………….……..101 

C.  Different  Sized  Boards  with  Knots……………………………..…….101 

Conclusion……………………………………………………….……..102 

 

viii 

 

Zheng   He……………………………………………………….105 

Introduction……………………………………………………….….…105 

Background………………………………………………………….…..106 

How  Did  Zheng  He  Succeed  in  His  Voyage?.................112 

Linguistic  Connections………………………………………………125 

Development  of  Instruments……………………………………127 

Conclusion……………………………………………………………….131 

Conclusion…………………………………………………….135 

Reference………………………………………………………141

 

‐ 1 ‐ 

 

IntroductionIn  the  fifteenth  century,  the Ming  Dynasty  eunuch  admiral  Zheng  He  鄭和(1371‐1433) 

commanded seven expeditionary sea voyages to southeast Asia, South Asia, and even eastern 

Africa.  Historians  hail  the  voyages  as  China’s  greatest  achievement  in  overseas  exploration. 

Actually,  though,  this  sea‐route  had  developed  generations  before  Zheng  He’s  voyage.  For 

example,  Faxian  法顯  (337‐422)  had  traveled  in  search  of  classical  books  on  Buddhism.  In 

Faxian’s account, he described the sea route by reporting  locations and the number of days of 

travel  between  them.  The  sea‐route  he  described  streched  from  Sri  Lanka  to  the  strait  of 

Malacca and back  to Guanzhou 廣州. 1 This  last  location, Guanzhou, was an  important harbor 

which had been developed in Southern Song Dynasty by foreign merchants.2 As the account by 

Faxian  illustrates,  this  sea  route  had  been  traveled  for  several  generations  before  the Ming 

Dynasty. Nevertheless,  historians  are  unable  to  explain  how,  in  terms  of  navigation,  admiral 

Zheng and his mariners managed to sail across the Bay of Bengal or the Arabian Sea. They often 

mention  a  technique  called  “star‐fettering”  (qianxing 牽星) but  cannot  agree how  it worked. 

Clearly,  this  star‐fettering  technique  demands  further  research  and,  given  the  Western 

destinations of Zheng He, a possible coordination with Islamic origins. 

Until  the Ming  Dynasty,  the  great  Zheng  He  expedition  represented  the  high  point  of 

maritime technology. However, because such voyages had been possible for several generations, 

it is more interesting to ask what kind of conditions could produce these voyages. Ming Dynasty 

mariners might have used the stars as a guide. According to a twelfth century record of China’s 

maritime trade, the Phingzhou Table‐Talk (Pingzhou Ketan 萍洲可談, 1191), mariners certainly 

used the stars as a guide: “Navigators know geography. [They] observe the stars at night and the 

sun  in the daytime, and [they] use the compass on cloudy days. (夜則觀星，晝則觀日，陰晦

                                                            1 Ding, Qian 丁謙, 1971, p.10B‐11A. 2 Kuwahara, Jitsuzo 桑原騭藏, 1971, p.30. 

 

‐ 2 ‐ 

 

則觀指南針).” 3 Unfortunately,  this  passage  does  not  provide  any  practical  information  about 

how the stars could be used as a guide and whether any instruments were involved.  

Slightly  more  information,  especially  about  Zheng  He’s  voyages,  can  be  found  in  a 

seventeenth  century military  treatise,  Treatise  on  Armament  Technology  (Wubei  zhi 武備志, 

1621). This book contains a set of schematic charts showing Zheng’s routes  from Nanjing, the 

administrative stronghold  in east China, to Qeshm  Island  in the Strait of Hormuz. The term zhi 

(finger 指) appears next to the dotted lines after certain digits, indicating that it is a navigational 

unit.4 (Figure  1)  The  treatise  also  includes  a  set  of  four  diagrams  entitled  “the  Chart  of  Sea‐

Crossing  by  Fettering  Stars  (Guoyang  qianxin  tu 過洋牽星圖 ,  1621),  which  show  how 

constellations  could  have  guided  Zheng He’s  fleet  from  Sumatra  to  Sri  Lanka  and  Calicut  to 

Hormuz.5 (Figures 48 and 50) 

The  terms  zhi  (finger)  and  qianxing  (star‐fettering)  are  intriguing.  A  sixteenth  century 

notebook (biji), Casual Notes of the Old Man of the Discipline Monastery in Elite Theater (Jie’an 

laoren  manbi  戒庵老人漫筆 1597)  by  Li  Xu 李詡  (1506‐1593),  includes  a  passage  entitled 

zhoubi suanchi 周髀算尺. It is not clear what the zhoubi suanchi is or whether it has anything to 

do with  the  ancient mathematical  treatise  The  Arithmetical  Classic  of  the  Gnomon  and  the 

Circular  Paths  of  Heaven  (Zhoubi  suanjing  周髀算經,  about  First  century  B.C.).  One  more 

sixteenth century source shows that the term zhi relates to navigation. Record of the Tributary 

Countries  of Western  Oceans  (Xiyang  chaogong  dianlu 西洋朝貢典錄,  1520),  a  book  which 

records Ming China’s communication with foreign countries, vaguely suggests that,  in order to 

sail to the Kingdom of Liushan (溜山國), now the Maldives, one has to sail according to the Pole 

Star and take a certain number of digits of zhi as the reference point in their voyage.6 However, 

the text does not tell us exactly how the technique worked.  

  The available Chinese sources also seem to suggest that at least by the fifteenth century 

Ming Chinese navigators used a kind of navigational tool, called “star‐fettering boards” (Qianxin                                                             3 Zhu, Yu 朱彧 1191, p.1644. 4 The charts are named “Zheng He’s Sea‐Chart from Nanjing to Foreign Countries” (Zi Baochuan Chang Kaichuan Chang Cong Longjiang Guan Chu Shui Zhida Waiguo Zhufan Tu 自寶船廠開船從龍江關出水直抵外國諸番圖). 5 Mao, Yuanyi 茅元儀 1621 , p.319. 6 Huang, Shengzeng 黃省曾, 1520, unpaginated. 

 

‐ 3 ‐ 

 

Ban, 牽星板) to measure the angle between the horizon and certain constellations  in units of 

zhi and jiao. Historians of Chinese science argue that both the star‐fettering technique and the 

boards  might  have  an  Islamic  origin.7 In  his  examination  of  the Wubei  Zhi,  George  Phillips 

pointed out that the technique of using zhi to measure the angle between the horizon and the 

stars was  also  used  by  the Moorish  pilot  engaged  by  Vasco  de Gama  in  the  early  sixteenth 

century.8 Yen  Dunjie  嚴敦杰 argueed  that  the  star‐fettering  technique  originated  from  the 

Islamic world  and  that  one  zhi  equals  to  1  36/60  degrees.9 Joseph Needham  suggested  that 

fifteenth‐century  Portuguese  sailors,  who  were  under  Islamic  influence, might  have  used  a 

similar technique. He also noted that the  Islamic  instrument, named the kamal, was similar to 

the  star‐fettering  boards.10 However,  some  Chinese  historians  have  argued  that  the  boards 

evolved out of an ancient Chinese  instrument named the “heaven measuring ruler”  (liangtian 

chi 量天尺).11 

This  argument  about  the  Heaven  Measuring  Ruler  is  implausible.  Different  kinds  of 

astronomical  instruments, mainly  sundials,  have  been  named  Heaven Measuring  Rulers  but 

have  nothing  to  do  with  navigation.  Although  it  is  possible  that  a  certain  kind  of  Heaven 

Measuring  Ruler  was  used  as  a  navigational  tool,  there  is  no  evidence  showing  how  it 

functioned. 

Thus,  since  the  sources  had  connections with Western  culture,  these  sources  should  be 

related to other civilizations which were on this sea‐route. Firstly, modern scholars have studied 

the  communication  between  the  Islamic world  and  China.  For  example,  Su  Liangbi 蘇良弼12 

mentioned that from the beginning of the Song Dynasty, there were mosques in Quanzhou, the 

most important port for those doing business with the Islamic countries. The cultural exchange 

started well  before  the  Song Dynasty.  It  is  known  that  Ibn Wahab  el‐Basri met  the  Chinese 

emperor in A.D. 876. El‐Basri travelled from the Red Sea and the Persian Gulf to do business in 

                                                            7 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p.77‐88. 8 Phillips, George, 1898, p.219‐220. 9 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p.77‐88. 10 Needham, Joseph, 1954, p.574. 11 Wang, Lixin 1983, p.122‐189; Hangyun Shihua Bianji Xiaozu 航運史話編輯小組, 1978, p.170‐189. 12 Su, Liang Bi 蘇良弼, 1988, p.81. 

 

‐ 4 ‐ 

 

China. Similarly, Yang Waizhong 楊懷中13 has stated that from the eighth to fifteenth centuries, 

Arabian sailors had trading businesses across the ocean, and that Chinese Muslims were experts 

in navigation starting from the Yuan Dynasty. 

Wei Dexin 魏德新14 has discussed some Chinese Muslims who traveled together with Zheng 

He. One of them, named Wang Jingheng 王景弘, was a Chinese Muslim and an expert sailor of 

the Ming Dynasty.  In addition, Ma Huan 馬歡  recorded  the  landscape,  the  local environment, 

and culture  in his book Yiya Shenglan(瀛涯勝覽, 1451)  . Fei Xin 費信  (1388‐?), who collected 

local  information  and  preserved  the  descriptions  of  different  countries  in  the  book  Xengcha 

Shenglan (星槎勝覽, 1436), also travelled with Zheng He. All of these writers were  Muslims.  

In addition to Chinese travelling to Arabia, Muslims gained greater  influence  in China than 

they had before. The most visible figure of Arabian descendant was named Pu Shougen 蒲壽庚 

(1245‐1284). He managed foreign ships and businesses in Quanzhou from 1250 to about 1275. 

The  Pu  surname was  a  strong  clan  in Quan  Zhou.  They were  a  famous  Chinese Muslim 

family and were experts at interacting with Muslim merchants. Wei Dexin argues that Pu Rihe 蒲

日和, Pu Shougen’s nephew, also travelled with Zheng He and played an  important role  in his 

voyages. 

Zheng He was also born into a Muslim family. The emperor ordered Zheng He to relocate to 

Quanzhou. Chen Guoqiang 陳國強 shows that because he was a Muslim, Zheng went regularly 

to mosques to pray. From Quanzhou, he traveled to the Western Regions with Pu Rihe and other 

Muslims of Quanzhou. Apparently, Zheng had strong connections with Islamic culture and most 

likely was  familiar with  the  Islamic  technology, especially as  far as navigation  instruments are 

concerned. 15 

Zheng  He’s  Islamic  background  could  have  played  an  important  role  in  obtaining 

navigational  knowledge. According  to  the historian of  Islamic  culture Paul  Lunde, the  famous 

sailor Ahmad Ibn Mājid used the Pole Star to determine the  latitude. Ibn Mājid could measure 

its height above the horizon and relate that height to latitude. Keeping the Pole Star at the same                                                             13 Yang, Waizhong 楊懷中 2005, p.191. 14 Wei, Dexin 魏德新 2005, p.233. 15 Chun, Guoqing 陳國強 1988, p.126. 

 

‐ 5 ‐ 

 

height would be equivalent to sailing from east to west or back on same latitude. Ibn Mājid also 

mentioned that to measure of the Pole Star’s height above the horizon, sailors used something 

called the “kamal” (كمال ). Portuguese sailors had found latitude by measuring the altitude of the 

sun. This method was influenced by Arabian sailors of the thirteenth century. Sailors determined 

their latitude according to Pole Star, thus to find their longtitude and time, they had to rely on 

the zām system and lunar mansions.  

The argument  that Chinese navigators had  Islamic  connections holds promise. As George 

Phillips has noticed, isba (إصبع) means finger in Arabic, and one isba is equal to eight zām.16 The 

terminology  is  similar  to  the  Chinese  system mentioned  above. Moreover, G.  R.  Tibbett  has 

pointed  out  that  one  of  the  Arabic  navigational  skills was  called  “fettering”  –  al‐qaid   .(تكبيل)

Thanks  to  Tibbett’s  commentary  and  translation  of  fifteenth  century  Arabic manuscripts  of 

navigation, the evidence is clear that Arab sailors measured the distance between the star Aries 

and Dibban as four isba, or four times the width of a finger. They also used similar methods to 

measure the distance between the stars and the horizon to maintain their courses. When sailing 

along the coastlines, sailors additionally used tides, winds, landmarks, coral, plants, or the types 

of marine  creatures  indigenous  to  the  area,  as markers  of  their  positions. More  importantly, 

observing monsoons  and  ocean  currents  as well  as  the  positions  of  the  stars  and  the  lunar 

mansions would have been crucial for timekeeping and maintaining courses.17 

Therefore,  to  understand  how  Zheng He  and  his  fellow mariners  used  the  star‐fettering 

system and the lunar mansions to sail across the Bay of Bengal and the Arabian Sea, the Islamic 

origins of the star‐fettering system must be considered and the astronomical knowledge behind 

it must be examined. After such a reconsideration of the evidence, an attempt may be made to 

combine Chinese and other civilization sources.  

Chapter  One  will  discuss  the  historical  background  of  China’s  communication  with  the 

Islamic world by  the  fifteenth century. Chapter Two will explain  the art of navigation and  the 

meaning of the isba and zām. In addition, this chapter will explore how Chinese and Arab sailors 

might have used the lunar mansions as a means of time‐keeping. Chapter Three examines how 

                                                            16 Phillips, George 1898, p.219‐220. 17 Tibbetts, G. R.  1981, p.284‐285. 

 

‐ 6 ‐ 

 

the instruments such as the compass, the astrolabe, and the quadrant were used in navigation. 

Chapter Four  tries  to explain  the navigation of Zheng He’s voyage by  simple  steps. Moreover, 

this chapter presents the different works on navigational knowledge in different cultures along 

this sea‐route. Chapter Five presents some conclusions and directions for future research. 

   

 

‐ 7 ‐ 

 

NavigationalSkillandLunarMansionsIntroduction

Navigation  has  a  long  history.  The  Greeks  and  Romans  reported  stories  about  their 

achievements  in navigation. For example, Herodotus wrote  that  the Persian king Darius  (550‐

486  BC)  sent  a  ship  to  discover  a  sea‐route  to  Arabia  and  the  Persian  Gulf.18 To make  this 

discovery, King Darius asked a Greek sailor named Scylax to find the route from India to Egypt. 

Two  centuries  after  Scylax,  Alexander  the Great  asked Nearchus,  his  navarch  or  admiral,  to 

reexplore the same route when he returned the triumphant Alexander from the Indus River in 

Pakistan to the port city of Susa in the Persian Gulf. Through the Ptolemaic Era, Egyptian traders 

used  this  familiar  route  and  established  Socotra,  an  island  of  near  the  Horn  of  Africa,  as  a 

trading‐post on the path between Egypt and India. Clearly, Europeans had been trying to reach 

eastern destinations for many years. However, unlike their Asian counterparts, a written record 

of their navigational techniques has survived.  

Each culture has its own method to navigate, and each culture has its own specific method 

for sailing. No matter what the method was used in each different culture, the identification of 

directions was one of  the most  important techniques. Moreover,  the measurement of time  is 

also a necessary technique for navigation, especially for crossing the open ocean. Due to having 

to  measure  how  long  had  been  sailing,  sailors  used  their  particular  method  to  solve  this 

problem.  For  example,  in  the  Indian  Ocean,  they  measured  the  movement  of  stars  to 

understand the passage of time. These methods of telling time can be traced for  long time to 

show how notions of time developed in different cultures. The notion of measuring of time also 

included the methods and units of counting time. For  instance, Chinese used double‐hour, on 

the other side of the water, Indians and Arabs used zām (زام).  

The zām  is a special and unique method to measure time by the movement of stars. This 

method relies on the observation of experiences from several generations. Ancient astronomers 

observed sun and moon’s orbit. They found the paths and times of their circles and understood 

                                                            18 Herodotus, Histories, 4.44. 

 

‐ 8 ‐ 

 

time passing. For navigation,  sailors did not have  to be as precise as astronomers who made 

calendars.  However,  the  sailors  used  the  observation  of  stars  as  a  reliable  method  to 

understand time.  

Since these bright stars and constellations have strong connections with time‐measurement, 

some maritime  technology  developed  for methods  of  guiding  boats  by  stars.  At  least  three 

methods, the fettering of stars, the qiyas, and the abdāl, comprised the maritime technology for 

guiding by stars. These technologies were all popular  in  Indian Ocean and several civilizations 

were connected in communication by their travels in the Indian Ocean.  

Therefore, returning to Zheng He’s  famous voyage, the  fleet departed  from Nanjing 南京 

and  followed  the  coastline until Southeast Asia,  crossed  the  Indian Ocean and arrived  in  the 

Persian Gulf.  In this way, they encounted several cultures on this  famous sea‐route. Thus, the 

different maritime  technology  of  Chinese  and  Islamic  cultures must  be  considered.  Because 

time‐keeping  is  an  important  part  of maritime  technology,  the  different methods  of  time‐

measurement and the use of the lunar mansions must be explained.  

HistoryofNavigationGreeks used stars (and winds) to describe their bearings from the Homeric era until Roman 

times.19 Other early accounts consider the rising times of the stars and coordinated them with  

latitude. The early sources on navigation report that the first person to find the direct path to 

India was Hippalus. Pliny the Elder explained the report by clarifying that Hippalus discovered 

the uses of the monsoon wind and named it the “Etesian wind.”20 By this account, Hippalus was 

the  first  to understand  the  cycle of  the winds  and use  them  to  return. Obviously,  this  story 

occurred before Arabs developed their sciences of navigation. Although first‐century European 

accounts  describe Hippalus  as  the discoverer, when Arya  Sura wrote  the  Indian  Jatakamala, 

contemporaneous with  the  Periplus  in  first  century A.D.,  he  described  the  arts of  pilots  and 

navigators. Arya Sura described  the early navigational skills  that used bright stars but he also 

descibed the Bodhisattva as a pilot.  

Accordingly the High‐minded One possessed every quality required in such a one. Knowing the course of the celestial luminaries, he was never at a loss with respect to the regions of 

                                                            19 Homer, Iliad,2.145, 9.5, 11.306; Homer, Odyssey, 5.295. 20 Pliny the Elder, Natural History, 6.23‐.26. 

 

‐ 9 ‐ 

 

the  sky;  being  perfectly  acquainted  with  the  different  prognostics,  the  permanent,  the occasional, and the miraculous ones, he was skilled in the establishment of a given time as proper or  improper; by means of manifold marks, observing  the  fishes,  the colour of  the water, the species of the ground, birds, rocks, and so on, he knew how to ascertain rightly the part of the sea; further he was vigilant, not subject to drowsiness and sleep, capable of enduring the fatigue of cold, heat, rain, and the like, careful and patient. 21 

This description is a clue that religion, like trade, could also have an important connection with 

navigation. 

ChineseNavigationThis thesis does not  focus on Chinese navigation, but  it  is must say a  few words about  it. 

Navigation  is only  as precise  as  the needs of  the  traveller.  For example,  a map  from  a 1621 

military  treatise  Wubei  zhi  武備誌  presents  the  itinerary  of  Zheng  He  without  providing 

longitude and latitude. Most of the information shown in this map is just mountains and rivers. 

In addition, the zhenlu 針路 (compass‐needle route), or the distance measured using the twelve 

traditional watches, or “double hours,”  is also an  important part of the  information presented 

here. If this kind of map was used, the ships must have sailed along with the coastline. However, 

because Zheng He used navigational tools  in his voyages, he must have used different kind of 

maps and navigational skills. 

For regular human activity, it was safer to follow the coastline and the groups of islands and 

sail there than enter the open ocean. Moreover, there was no reason to doubt this navigational 

knowledge  which  had  been  accumulated  from  sailors  by  generations.  Zhenglu  is  a  kind  of 

navigation method developed  especially  by  ancient Chinese.  This maritime  technology  arose 

along with the development of the needle compass. According to the magnetized needle made 

of lodestone which was placed above the compass rose, sailors not only realized directions, but 

also  rely on  the  record of maps  to understand  the  sea  road. For example,  the marks on  the 

Treatise on Armament Technology (Wubei zhi 武備志,1621) recorded readings of the compass 

needle with a dotted line and told sailors the waterway and directions.  

                                                            21 Arya Sura, Jatakamala, 14, translated by J S Speyer (first published 1895) 

 

‐ 10 ‐ 

 

 

Figure 1: Selection from Treatise on Armament Technology (Wubei zhi 武備志,1621). The red oval contains the text “滿剌加開船用辰巽針五更.” (Using the chenxun needle to sail from Malaca.)  

In addition, these vestiges of the zhenlu can be found not only on the sea charts, but sailors 

also wrote them down and made something like a guide book for navigation. Versions of these 

books were called the Book of Zhenlu (Zhenlu Bu 針路簿,) or Book of Genglu (Genglu Bu 更路

簿). These old books collect and record maritime experiences from sailor’s lifetime. They could 

even accumulate experiences from several generations of the same sailing family.  

Navigation  by  the  compass  needle  methods  can  be  traced  from  Yuan  Dynasty  in  The 

Customs of Cambodia (Zhenla fengtu  ji 真臘風土記, 1312.) The Zhenla 真臘  in this title  is the 

ancient  name  of  Cambodia.  According  to  this  record,  some water  paths were  indicated  by 

readings of the compass needle: 

又自占城順風可半月到真蒲，乃其境也；又自真蒲行坤申針，過崑崙洋入港…22 

                                                            22 Zhou Daguan 周達觀, 1966, p.1A 

 

‐ 11 ‐ 

 

Sailing with the wind from Champa can take half a month to arrive at Myanmar, and this is 

just at  its border. And going  from Myanmar  the  compass need  reads  kun  shen  (roughly, 

southwest) via Kuanluan Ocean into the harbor.  

The usefulness of the method led to its popularity and it was still used in the Ming Dynasty. 

福州五虎門開船，用乙辰針取官塘，船行三礁東西邊。用丙午針，取東沙山。23  

Sailing  out  of  Fuzhou  (the  capital  of  Fujian  province), Wu  Humen,  use  yichen  (roughly 

southeast) for the compass needle toward Guantang, with the boat passing three reefs on 

the east and west side. Use biengwu  (roughly south‐by‐southest)  for  the compass needle 

toward the Dongsha mountain.  

Sources such as these can still be found nowadays. The Book of Zhenlu, was  incorporated 

into  the  “Maritime  Guide”  (Hanghai  Zhinana,  航海指南,  1965).  This  book was  compiled  by 

Quanzhou  Maritime  Museum  and  preserves  the  accounts  from  local  sailors.  This  book 

contained maritime technology such as tides, winds, and the situation of water flow in different 

seasons. Moreover,  it  included  lots of terminology used by the sailors. One of these technical 

terms  is  zhen  針 which means  the  direction  of  the  compass  needle.  In  addition,  this  book 

describes the shape of mountains or islands which would be seen by sailors as they navigated.  

                                                            23 Chen, Jiarong, Zhu, Jianqiu 陳佳榮、朱鑒秋, 2013, p.69. 

 

‐ 12 ‐ 

 

 

Figure  2:  Image  from  the Hanghai  Zhinana.  A  description  of Mount  Tai‐dun  and  surrounding  locations.  Sailors recorded descriptions of the landscape such as these to identify their location.  

 

‐ 13 ‐ 

 

 

Figure 3: Selection  from  the Hanghai Zhinana, unpublished. This  figure was  taken  from a copy preserved at  the Quanzhou Maritime Museum. This page describes the magnetic‐needle route of navigation along the coast line. It describes  the  return  from Xiamen  to Hainan  Island  in  the  South China  Sea,  and  another  route  from  Taiwan  to Penghu Island. It records the navigational information, including the jiayin zhen 甲寅針 and chouwei zhen 丑未針. These notes represent the details of the Chinese magnetic‐needle navigation method. 

 

‐ 14 ‐ 

 

ArabicNavigationThe  geographic  knowledge  used  by  navigations was  no  fossilized  cultural  import.  Arabs 

used Ptolemy’s geocentric astronomy  to compute  the positions on  the earth. The degrees of 

longitude (distance along a north‐south line) which separated two cities could be determined by 

the height of the Pole Star. The degrees of latitude (distance along an east‐west line) could be 

found by differences  in the observed times of eclipses. Because Arabic astronomers predicted 

the sun’s position and calculated eclipses by  the  techniques described  in Ptolemy,  they could 

enlarge and update his Geography with their travels. This  information was useful  for religious 

reasons: From ninth to  fourteenth century, Arabic astronomers worked to calculate the qibla, 

which  is  the direction of Mecca  from a given  locality. The  final  result of  these  investigations 

greatly improved trigonometric knowledge.  

Not only did the requirements for prayer determine the Muslim conceptions of geography, 

the requirement that prayers be offered at certain times created the Muslim conception of time. 

According  to the Koran, observant Muslims needed to offer ṣalāh   or ritual prayers The ,(صالة)

times  of  these  prayers  were  astronomically  determined.  These  times  are  just  after  sunset 

 ,العشاء) maghrib) when the day begins, according to the Muslim calendar, around nightfall ,المغرب)

isha) when the stars can first be seen, at dawn (الفجر, fajr), just after midday or noon (الظھر, zuhr), 

and  in the afternoon   asr). Thus, observant Muslims who prayed regularly also became ,العصر)

well‐practiced  in astronomical  timekeeping,  including both calendrical measurements and  the 

observation  of  hours  by  day  and  night.  Because  prayers were  a  public  practice,  the Muslim 

conceptions of time and space extended beyond the limited circles of astronomy. 

Moreover,  Muslim  astronomers  knew  how  to  determine  latitude  and  longitude  from 

observations  of  the  azimuth24.  As  Arabs  converted  and  standardized  an  increasingly  large 

empire,  they adopied  the  intellectual  traditions of  the people  they encountered. Thus, Arabic 

astronomy  was  influenced  by  Indian  philosophy,  such  as  the  Siddhantas  of  Aryabhata  and 

Brahmagupta,  from  the eighth century.  Indian astronomy had been  translated  into Pahlavi  in 

                                                            24 An arc of the horizon is measured between a fixed point and the vertical circle passing through the center of an object. In astronomy and navigation, this arc is usually measured  clockwise from the zero at north  through 360 degrees.  

 

‐ 15 ‐ 

 

order to write the Zij‐i Shah, or the Astronomical Table of the King, which was produced in the 

ninth  century.  In  short,  Arabic  astronomers  played  an  important  role  by  absorbing  Indian 

knowledge and western techniques. As a result, they developed good astronomy and navigation. 

Some portion of this knowledge travelled with the merchants who probably relied on the same 

route that Faxian took. 

Thus, thanks to Tibbetts, the description of navigation by the famous Arabic sailor named 

Ibn  Mājid  (1421‐?)  has  been  translated.25 In  his  introduction  to  this  translation,  Tibbetts 

summarized navigation on the  Indian Ocean before the time of  Ibn Mājid.  Ibn Mājid  identifies 

twelve  “useful  things”   فائدة) fā i͗da)  and  gives  a  chapter  to each of  them  in  this book. By  Ibn 

Mājid’s style of composition, the “useful things” are lessons on navigation, rather than tools or 

elements of navigation: 

1. How to use compass points and lunar mansions. In this part of his book, Ibn Mājid mentioned 

rhumbs and zām (زام). In modern Chinese studies, zām is mentioned several times, however, no 

one  explains  clearly what  the  zām  is.  In  the  first  chapter,  Ibn Mājid  explained  it  is  unit  for 

distance. 

2. A  summary of  the basic principles of  the  sea.  Ibn Mājid  includes  lunar mansions,  rhumbs, 

route distances,  latitude measuring,  signs of  land,  the  seasons of  the  sea,  the  instruments of 

ship among the second chapter. 

3. Lunar mansions. Here, Ibn Mājid focused on explaining the lunar mansions. A lunar mansion 

is a part of the ecliptic, through which the moon orbits around the earth. Ibn Mājid explains the 

names and locations of all twenty eight constellations, tells after how many days each mansion 

rises and sets, and names the bright star in each mansion. Knowing the days on which each star 

rises into the sky is an important technology for sailors to avoid getting lost.  

4. Compass  rhumbs.  There  are  nine  compass  rhumbs which  Ibn Mājid  names  from  north  to 

south  but  he  identifies  number  three  pair,  al‐Naʿsh  and  Suhail,  as  especially  good.  In  his 

discussion of these rhumbs, Ibn Mājid makes mention of the iṣbaʿ and concludes that this is the 

best way to measure latitudes throughout the whole of the Indian and Arabian coasts. Ibn Mājid 

also used  the “fettering”  to  figure out  the directions  for setting out  for  lands  in Sind, Bengal,                                                             25 Tibbetts, G. R. 1981 p.68.  

 

‐ 16 ‐ 

 

China and Red Sea. Here, “fettering” means to tie, or prevent from moving. The Chinese word 

qian 牽 also has  this meaning. Moreover, as  Ibn Mājid described,  this method of  fettering  is 

very  similar  to  the method used  to  sail  in  the Arabian Sea. For every  iṣbaʿ of  increase  in  the 

height of the pole star, sailors shoud know the change in latitude.  

5.  Ibn Mājid gathers several topics  into a chapter: stars used as extra rhumbs, other works on 

astronomy  and  geography,  the  Roman months,  and  the  planets.  In  this  chapter,  Ibn Mājid 

mention the planets as days of the week and discusses the planets, but does not relate them 

directly to navigation. 

6.Three sorts of sea route. Ibn Mājid names three types of sea routes. The first one is the route 

along the mainland, the path of trade  (dῑrat al‐mul, مول    The second one developed from .(ديرة

the dῑrat al‐mul and was called  the absolute path of  (dῑrat al‐maṭlaq,  قديرة مطل ) by which the 

ships enter or  leave by using measurements. The  third path  is  the path of necessity  (dῑrat al‐

iqtidā ,͗ ديرة اقتضى ) which is based on calculations from familiar places. In this case, the ships set 

out from a geographically known place and travel toward a geographically know place.  

7.  The  Maldives  and  South‐East  Asia.  In  this  chapter,  Ibn  Mājid  describes  measurements 

according to the Little Bear, the constellation Ursa Minor. He explains the latitude of Ceylon by 

measurements of the pole star. Moreover, he introduces latitude measurements from the Red 

Sea and discusses common failures in taking latitudes.  

8. Oceanic  environments.  Ibn Mājid  describes  typhoons,  other occurrences  at  sea,  seaweed, 

birds, and how to use these environments on a voyage.  

9. Description of the coasts of the world, and measurement of the earth.  

10. A geography of places  like the Arabian Peninsula, Madagascar, Sumatra, Java, Ceylon, and 

Zanzibar. 

11.Seasons. Ibn Mājid reports the seasons which are suitable for beginning a voyage and for the 

return. 

12. Sea routes, unclear areas, and dangers. 

Other  information on the navigation theory  in the fifteenth century  Islamic world comes 

from  other  sources.  In  Alfred  Clark’s  paper  “Medieval  Arab  Navigation  on  the  India Ocean: 

Latitude Determinations,” he classified four ways that Arabs checked their latitude in Medieval 

 

‐ 17 ‐ 

 

times. The  first way was  to use  the pole star. The  latitude can be determined  from  the angle 

between  the  Pole  Star  and  horizon.  The  second  method  was  called  a  “single  star  on  the 

meridian.” The meridian makes an  imaginary  line  from north to south. The Pole Star or other 

bright stars will stand along on this line. This meridian  line can be used as a standard to check 

the distance from other constellations. From these measurements, the  latitude can be known. 

The  third way  is “substitutes”,  (abdāl, ابدال). By  this way,  the measurer must chose  two  stars, 

equally symmetric in altitude along the meridian. Finally, the last way of determining latitude is 

“fettering” (al‐qaid, قيد). Obviously, according to experience, the measurer of the latitude could 

follow  the bright  star  to  find another bright  star. Because  the  location of  these  two  stars on 

celestial sphere is known, the measurement can be related to the latitude. This way of knowing 

latitude  is more complicated, but  it can be useful because  it can be used even when the pole 

star can’t be measured because of clouds.  

Ancient  Arabic  navigational  techniques  show  a  rich  knowledge  of  navigation.  A  deep 

understanding of  these techniques seems  to be a necessary condition  for navigating by stars. 

Hence,  in the paragraphs below, the units of measure for navigation  in the  Indian Ocean, and 

relate these units to a set of simple skills for navigating by the stars.  

IsbaandZāmIn Arabic, an arc measured in the sky could be called either tirfa (ِاْلِتَواء , a loanword from 

Latin curva, curve) or  isba. A navigator measured the angle between the Pole Star (or a bright 

star, or pair of bright stars, as Clark described) and the horizon at a given time.  In Arabic, the 

word isba means “finger.” When used in a navigational sense, an isba is a unit of measure for an 

arc on the surface of the celestial sphere. Although this name of this unit may have originated 

from  the practice of navigators measuring with  their hands,  the value of  the unit  represents 

almost exactly on modern degree. Moreover, because the arc represents the unit of the angle 

between horizon and Pole Star, it also represents a unit of latitude. These units were the basic 

measurements for the navigators, but they also subdivided them. Some studies explained that 

measurement of the degree, one  isba  is also equal to eight zām. For example, George Phillips 

 

‐ 18 ‐ 

 

has suggested that in Arabic isba means finger and one isba is equal to eight zām.26 In addition, 

Tibbetts reported that Arab sailors measured the distance between the star Aries and Dibban as 

four isba, which means four times the width of a finger.27 

Today,  scholars  debate  exactly  how  many  of  these  units  equal  corresponded  to  a 

modern  degree.28 Yen Dunjie  has  inspected  the markings  on  instruments  to  find  that  1  isba 

equals  1°  36´.  They  have  consulted  the  seventeenth  century  military  treatise,  Treatise  on 

Armament  Technology  and  Chart  of  Sea‐Crossing  by  Fettering  Stars   to  determine  the 

magnitude of the isba. This sea‐chart preserves some contemporary notations, such as “華蓋五

指”(Cassiopeia,  five  fingers),  “北辰星一指平水”  (Pole  Star,  one  finger  above  horizon). 

Whatever the value of the isba, this map uses the isba first to record angles, but also to record 

the height of the Pole Star at different locations. 

 When Yen Dunjie reconsidered these sources, he argued that the zhi equals to 1° 36´, or 1° 

+ 36/60 °, and originated from the Islamic world.29 He studied the term isba in several contexts 

and used  the celestial coordinate  system  to  reconstruct  its value. Yen also explained how he 

figured out the value for this measurement. At some known latitude confirmed by the altitude 

of the Pole Star, one isba is very close to 1° 36’ and one zām is almost equal to 0° 12’.30  

In  another  reconsideration  of  ancient  sources,  Zhao  Lujun 趙鹿軍 tried  to  calculate  the 

magnitude of the isba by examining thirty‐eight locations marked in the sea‐chart preserved in 

the Treatise on Armament Technology. From  these measurements, Zhao arrived at each  isba 

having  a  value  of  two  degrees.31 In  contrast  to  this  conclusion,  José Manuel Malhão  Pereira 

drew on experiences on real naval voyages and arrived at a result of an isba being equal to 1°37’ 

degree.32  

One  explanation  of  these  differences may  lie  in  the  fact  that  a word  can  have  two 

meanings. Although  isba  is a  technical  term,  it need not have  the same magnitude among all 

                                                            26 Phillips, George 1898, p. 219‐220. 27 Tibbetts , G. R., 1981, p.316. 28 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p. 77‐88. 29 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p. 77‐88. 30 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p. 77‐88. 31 Zhao, Lujun 趙鹿軍；Yan, Xi 楊熺, 1985, p.116. 32 José, Manuel Malhão Pereira, 2003, p.27. 

 

‐ 19 ‐ 

 

authors. Different values for a unit of measure are a minor difficulty compared to the different 

uses of  its  fractional unit,  the  zām. One of  the meanings of  zām  is  the part of  the  circle or 

sphere,  specificaly  one  eighth  of  an  isba.  These  zām  were  the  “octaval minutes”  used  by 

navigators. Another meaning, though, is one eighth of a day. From this meaning, zām came to 

mean the distance sailed during a zām. For this reason, sailing for south or north will reduce or 

increase the number of isba in the measurement of the Pole Star, so the distance which the ship 

has sailed can be related to changes in the measurement of the Pole Star. 

 Given that the earth’s circumference is about 40,075 kilometer and that a ship sails fast 

enough  to  raise  the Pole Star by 1  isba each day, how  far does a  ship  sail  in 1  zām? Let  the 

circumference of the earth be measured as 360°. Thus, 1° is about 111.3 kilometer. Yen Dunjie 

reports that 1 isba is equal to 1° 36´, (or 1 + 36/60 °). The equation may be written 

1 isba  1° 36´ 1 isba  1° + 36/60° 1 isba  60/60° + 36/60° 1 isba  96/60° 60 isba  96° 60/96 isba  96/96° 5/8 isba  1° 0.625 isba  1° 0.625 isba  111.3 km 1 isba  111.3 km / 0.625 1 isba  178.08 km 

But, from the relationship of time measurments, 1 isba is equal to 8 zām which is again equal to 

24 hours.If a ship sails north or south for one day, it raises or lowers the Pole Star by 1 isba.33 If 

a ship can move the Pole Star 1 isba in 24 hours, how fast is the ship moving? 

  Speed = Distance / Time 

  178. 08 km / 24 hours  

7.42 km / hour 

Since 1 zām equals 3 hours, a ship that travels fast enough to raise the Pole Star one isba in 

one day travels roughly 22.26 km over the surface of the ocean in 1 zām. This value agrees very 

well with  the approximation  that a zām  is 20 km, an explanation of  zām commonly  found  in 

                                                            33Tibbetts, G. R. 1981, p.297.   

 

‐ 20 ‐ 

 

navigational accounts.34According to this explanation, ship sailing a distance of one  isba needs 

to sail for a time of eight zām, or in other words, for one day.  

Zām not only can be converted  into  isba but also mean a division of  time  in Sanskrit. 

Here one zām is equal three hours. This measurement of time was used in ancient India.35 The 

Indian sailors dialects also has several terms such as wam, bam, tan, bagan, and maaru. Some 

of these words seem to be phonetically related to zām. In these uses, one zām indicated a time 

equal to three modern hours. In the case of sailing, though, the terms which relate to sailing on 

the open‐sea measure time and distances relative to each other.36  

On the other hand, the tirfa method demonstrates what the same words actually meant 

in Arabic. Tirfa measurements were calculated  in zām which had  long been used  in the  Indian 

Ocean37 as a measurement of distance sailing. There were eight zām in each day in ancient India. 

They separated the twenty‐four hours  into eight parts. Each day time and night time has four 

zām.  It was measured  in royal courts also called yamam  in Tamil.38In this usage, the zām was 

the distance travelled by a ship on a fixed bearing in order to raise its latitude by 1 isba.39 That is, 

the zām means a period of  time  for how  long  the  ship had been  sailing. For  this  reason,  if a 

navigator sails north and measures the Pole star until  it rises by one  isba, the time taken was 

equal take eight zām (twenty‐four hours). The circumference of Earth  is  large, though. That  is 

why  even  though  the  isba  is  not  a  large  division  of  the  instrument,  it  still  indicates  the 

measurement of an arc. This arc,  in turn, can be converted  into zām, which  is connected with 

ideas of time‐measurement.  

                                                            34 Arunachalam, B. 2008, p.202. 35Arunachalam, B. 2008, p.202. 36 Arunachalam, B. 2008, p.202. 37Tibbetts, G.R. 1981, p.299. 38 Arunachalam, B. 2002, p.14. 39 Tibbetts, G.R. 1981, p.299.  

 

‐ 21 ‐ 

 

 

Figure 4: Diagram which shows the relationship between one isba and 8 zām.  

So, how did  the  zām work with navigation?  Ibn Mājid gave examples. Suppose  there are 

two ships sailing to the northwest. Both ships see the Pole Star to the north by northwest. Both 

ships “raise” the Pole Star by one isba, but one ship sails 14 zām and the another sails 16 zām. 

Ibn Mājid describes how  to  find which directions  the  ships  sailed. As  Tibbetts  elaborates,  in 

which Ibn Mājid did not explain for zām clearly for navigation. The basic mistake is the example, 

there  are  also  two  ships,  one  sailing  to  the  northwest,  another  sailing  to  the  north–by‐

northwest. After the Pole Star rise one isba, the first north‐bound ship has travelled eight zām 

and north‐by‐northwest‐bound  ship has  travelled 10  zām. However, we  can not assume  that 

the sum of the two short sides of a triangle minimally equals the longest side.  

 

 

 

 

 

 

Figure 5: Diagram which relates one possible arrangement of the zām in a triangle. The dimensions of the triangle may vary by wind. 

10 zām  8 zām 

2 zām 

 

‐ 22 ‐ 

 

Actually, when these details are combined with zām and other directions,  it can be found 

that  the  hypotenuse  of  triangle  is  actually  described  by  the  directions  on  the  compass.  The 

figure below shows the Arabic compass, with the number of zām added to the directions. These 

zām indicate how long a ship would have to sail in each of these directions in order to reach the 

same  distance  to  the  north.  These  numbers  of  zām were  from  Sulaimān who was  another 

famous  navigator  and  lived  later  than  Ibn Mājid.  Very  possibly  he  could  have  relied  on  Ibn 

Mājid’s idea and used them to navigate the Arabian Sea and the Persian Gulf.40 

Thus, since these numbers are a little different, it could be very possible that the different 

sailors had different  ideas according  to  their personal or experiences  from  their navigational 

familiar.  After  all,  technical  navigational  knowledge  was  transmitted  between  cultures  and 

accumulated from several generations. 

 

Figure 6: An Arabic compass‐rose. The arrows in the middle of the compass are very similar to the “wind roses” marked on sea‐charts. As Tibbetts described, directions were also named by zām, and the names actually contained elements of spherical trigonometry which could be used with stars to tell navigators how long to sail in each direction. ( G.R. Tibbetts, 1981, Arabic Navigation In The Indian Ocean Before The Coming Of The Protuguese, London, Royal Asiatic society books, p.297.) 

                                                            40 Tibbetts, G.R. 1981, p.302. 

 

‐ 23 ‐ 

 

Navigationmethods

QiyasQiyas can be assumed to be general navigation methods. The most famous and important 

of the qiyas is the technique of using the Pole Star. The Pole Star is like the axis of heaven and 

all stars move around this. As we have seen, sailors measured the Pole Star, or when they were 

close  to  the  equator,  they  at  least measured  the  nearby  stars.  The  Pole  Star will  change  its 

altitude from the horizon depending on the observer’s location. They may have measured with 

their fingers to find the angle between the stars and the horizon. For this reason, sailors used 

the isba as the unit for measuring the angle between the Pole Star and horizon. The arc which 

measures  the elevation of  the pole  from  the horizon,  thus expresses  “degree of  latitude” or 

“degree  of  longitude”.  This measurement  is  not  expressed  as  a  degree,  but  simply  as  the 

distance to the equator or the meridian. 

However,  a  complete  knowledge  of  this  qiyas  concerning  the  Pole  Star  involves  other 

elements  of  astronomical  knowledge.  For  example,  the  stars  near  the  Pole  Star  are  also 

important. Actually, there is no star at the North Pole. Thus, sailors needed to know that jah is 

the Arabic name of the star which stands near the North Pole and jady is the name of Capricorn. 

(When both of them rise at same time, it is a good omen in Arab world.) This empty area can be 

separated  into two parts. One empty part  is called “eastern” and another empty part  is called 

“western.” These directions may be  indicated by an astrolabe or  lodestone. However, due  to 

the  precession,  the  Pole  Star  is  very  close  the  real North  Pole,  and  that  is why  the  degree 

between horizon and Pole Star is almost the latitude on geography.41 

There  are  three  conditions  that  make  the  qiyas  method  useful.  The  first  condition  is 

weather.  In order  to  take  these measurements, a sailor would have  to hold an  instrument as 

steady as possible with hands and teeth. These instruments cannot be used well in strong winds 

and strong waves.  

Along with  the qiyas of measuring  the Pole Star, Arabic  sailors used  the 32  rhumbs with 

tirfa, zām, and qiyas. The qiyas of measuring  the altitude of a star as a guide  to  latitude was 

                                                            41 Yan, Dunjie 嚴敦杰, 1966, p.77‐88. 

 

‐ 24 ‐ 

 

combined with the compass rose and the division of the ship  into 32 parts. Also, the boat was 

imagined  like  the needle of a big compass on  the open sea and  the  rhumbs were marked by 

constellations.  For  example,  Farqadan  (two  stars  near  Ursa Minor)  stood  opposite  the  star 

Achernar (α Eridani). These stars represent the bow of ship and poop, respectively, but they are 

also used to mark directions. 

The second method of qiyas relied on Farqadan and Sulbar. The two stars of Farqadan rises 

at dawn with Libra (Zubanan) and Sulbar is the same star as Achernar. In the fettering method, 

sailors preferred to use al‐shiʿ'rā (الشِّعرى, Sirius) and al‐waqui (Vega), because Sirius  is brighter 

and  clearer  to observe. According  to Tibbetts, Arab  sailors used  the Pole Star as a  standard, 

because Sirius and Vega stand at almost  the same altitude of heaven  for  these  three stars  to 

form an isosceles triangle.  

Europeans calculated the “raising of the Pole.” This method is similar to the tirfa method of 

Persian origin. This method considered the distance travelled by a ship and calculated the time 

in terms of zām which had been used for a long time in the Indian Ocean. One zām equal three 

hours, eight zām equal twenty‐four modern hours and eight zām is one isba. Until the fifteenth 

and sixteenth century, though, zām were also an angular measure for navigators, which meant 

the surface of the sea and was an arc unit in navigation.  

 

 

‐ 25 ‐ 

 

 

Figure 7: Diagram of Finding Latitude. When people stand at different laitutides and observe the same star, the star appears at different relative positions. In this example, the angle between the Pole star and the horizon is different for observers at A and B.  

FetteringThere  were  other  methods  of  using  stars  for  qiyas  measurements.  These  were  used 

especially  when  the  Pole  Star  could  not  be  observed  on  cloudy  days.  For  example,  in  the 

“fettering” method, sailors used familiar stars. Each particular star or constellation had links to 

other stars or constellations. By comparing  the  two observations,  the sailors could determine 

the  time.  Stars observers  also used  this  simple  skill  to memorize  stars positions.  In different 

times and places, different stars were used. Sometimes they used Achernar with the rising of 

Sirius and other times they used Achernar with the setting of Vega.  

Unfortunately, there  is no system which covers the whole range of possibilities. As noted 

above, sometimes sailors used Vega and sometimes they used Sirius. In the sky, Vega and Sirius 

are at almost the same altitude. If one star can be observed, the observation of the other one 

will also probably be accurate. Ibn Mājid prefered to use Sirius as his standard when he sailed 

near Oman and the Persian Gulf.  

Moreover, the technique of  fettering also has a similar meaning  in Chinese. The word  for 

fettering may be translated as qian 牽 in Chinese. This word also means “to hold up”, or “to tie 

 

‐ 26 ‐ 

 

together,” like the combination of stars on starry night. This word is connected with the qianxin 

ban  牽 星 板 ,  the  so‐called  “star‐fettering  boards”  which  are  mentioned  as  navigation 

instruments  in  Chinese  sources.  In  addition,  it  is  could  be  possible  that  this  device worked 

according to an underlying theory which was brought from the Islamic world.  

Abdāl

Another method  presented  in  accounts  of measurements  of  latitude  is  the  abdāl.  This 

method is used for two stars when they were at the same altitude in the sky. For example, Vega 

and Capella are two bright stars which stand at a suitable position. 

 

 

Figure 8: Diagram for Finding the Meridian. When two bright stars stand on the same altitude, sailors could imagine the trangle for these two stars and make the meridian line. In this example, Vega and Capella mark the meridian. As a result, it is easy to observe the passage of the bright star and understand time.  

These  two bright stars are at almost same altitude. That  is why abdāl  relationships were 

related to the meridian. Sailors used these stars which stood at the same altitude to imagine the 

meridian  line between these two stars. Sailors could tell time according  to which star was on 

the meridian or by which  lunar mansion crossed this  line. For this reason, the  lunar mansions 

also become very important in the knowledge of Arab navigation technology.  

 

‐ 27 ‐ 

 

NavigationalMiscellanyOther  knowledge  was  also  useful  to  navigation.  Much  of  this  information  was  not 

astronomical. This general knowledge  related geography and meteorology  (weather patterns) 

to navigation.  

The  tides, winds,  landmarks, water‐coloration and other geographic  features all  together 

were called ishārat. For sailors, these were all the basic things they needed to know, such as the 

coastline, the sand colors in different depths of the levels of the sea. The ishārat also included 

familiar situations of the appearance of the shore when they were close land and what features 

could  first  be  seen  on  the  horizon.  All  the  descriptions  of  Red  Sea  include  some  of  these 

landmarks and features. For example, the environment of the atolls near the Maldives are often 

described in detail. Moreover, the sea‐snake was listed as a common observation off the Indian 

coast when coming from Arabia. These descriptions even extend to cuttle fish and specific types 

of birds, like umm ṣanānī, the munjī and the kuraik which were easily identifiable.    

Another  important element  in Arab navigation was the use of bearings, which they called 

majra.42 The compass was used  to know  the direction and  the compass needle  identified  the 

direction  on  the  compass  card.  This  card  used  rhumbs. When  Europeans  crossed  the  Indian 

Ocean, they used a magnetic compass needle or lodestone or some other compass‐like device, 

combined with the rhumb to avoid getting lost on the open sea. Arabs named these directions 

with  reference  to  the  image of  the boat on open  sea.  In  this picture,  the boat was  like a big 

compass needle and it was separated into 32 parts.  

Crossing  the  open‐sea was  the most  important  and  necessary  situation  for  using  lunar 

mansion as a navigational skill. For sailors, sailing along  the coastline was  the best and safest 

way to avoid getting lost. However, when navigational technology developed and people want 

to save time, sailing on the open sea became a progressive choice.  

                                                            42 Tibbetts, G. R. 1981, p.290. 

 

‐ 28 ‐ 

 

Monsoon

MonsoonsoftheArabianSeaThe season for  leaving from Arabia to India was determined by the southwest monsoon. 

The  southeast monsoon began  in March on  the eastern  shores of Africa. This wind normally 

blew eastward until June. This wind drove boats to reach the coast of Gujarat until late May or 

early June.43 

For  the  return  trip,  navigators  relied  on  the Northeast monsoon.  This monsoon  blows 

from mainland  India  and  carries  no  rain.  This monsoon  began  in  early October  in  the  Sind 

province  of  Pakistan  and  reached  Ceylon.  This monsoon  blew  until March  in  the  next  year. 

Sailors who sailed the Arabian Sea were familiar with this monsoon as well.44 Together, the two 

monsoons made a “round trip” which was dependant on the calendar and the sailor’s country 

of departure. 

MonsoonsoftheIndianOceanFor the navigators who sailed the Indian Ocean, the winds also represented the directions. 

For Indian navigators, there were some mnemonic devices which associated the technical terms 

for  the  winds  with  the  areas  which  lay  in  those  directions.  Sailors  were  familiar  with  the 

monsoons and  their directions. For example,  they knew  the strong monsoon  from  the south‐

west drove ships to Malabar and Lakshadweep, and the name of this wind of meant “cloud” in 

Tamil Nadu.45   

In addition, some winds were even named by  the morning rising and evening setting of 

specific  stars  from  horizon.  For  example,  the  Arab  katru  (Arab wind) was  named  after  the 

setting of  the star Arab  (Antares). Likewise,  the Sothi katru  (Sothi wind) was named after  the 

rising of  the  star  Swati  (Arctrus). Moreover,  some winds were  associated with  some  specific 

areas,  like  the  ela‐katru  which  meant  “the  Ceylon  wind”  in  southern  Tamil  Nadu  and  the 

northwesterly Poysachi vara, which meant “Persian wind” in Konkan. 46 

                                                            43 Tibbetts, G. R. 1981, p.364‐367. 44 Tibbetts, G.R. 1981, p.371. 45 Arunachalam,  B. 2009, p.206. 46Arunachalam,  B. 2009, p.206. 

 

‐ 29 ‐ 

 

 

Figure 9: Wind‐Compasses used around India.Different regions of India referred to the directions by different wind names. (source: B. Arunachalam, 2009, p.19. ) 

Wind  is an  important condition for navigation, not only to power the ship but also to tell 

sailors the direction. The monsoon is the main power to cross the open‐sea but in many specific 

places,  the winds are different with  respect  to  information  for navigation. Thus, according  to 

different harbor, Arunachalam reported each direction named by the wind. When a full set of 

eight  directions  can  be  found,  these  are  another  type  of  compass  and  can  be  called  “wind 

compasses”. 

We know  this  information not only  from Chinese sources, but also  from  Islamic material. 

They  called  the  southwest monsoon  from  Arabia  to  India was  the  Rih‐al‐Kaw  or  the  Rih  al‐

 

‐ 30 ‐ 

 

Dabur.47 The southwest monsoon began in March at the east African coast and grew strong and 

spread until June to arrive at the Indian peninsula. On the other side, the Arabic name is for the 

northeast monsoon Rih Azyab or the Rih al‐Saba. This monsoon sprang from the mainland with 

no  rain  and  began  in  early October  in  Bengal  in winter. When  the  season was  coming,  the 

monsoon could change, and that mean it was time to sail. And that is what the Swahili called rih 

al‐qila ain for “wind of two sails”.  

There are some empiprical knowledge about sailing in Indian Ocean. When sailors departed 

from China, it was hard to predict the exact day or time of wind change from north to Northeast 

wind. Normally they departed before May, as experience. If they departed later than the tenth 

of June, on they could not arrive at Hormuz on this voyage.48 On the other side, from Omen or 

Yemen on the Arabic peninsula back to India, boats can almost sail all year, especially from May 

to  July, when  the Southwest wind was  strong  in  the  summer  season.  In  this  situation,  sailors 

went  from Red Sea back to  India, from Ceylon to Sumatra. Due to the Northeast wind,  it was 

also hard to sail when departing in November.  

The monsoon method was used well and it can also be seen in this record on maps. There 

are two figures that point out how the monsoon important on was this sea route. Moreover, it 

also marked the wind direction and seasons. This  is a map by Herman Moll  (1654‐1732), who 

was  an  important  geographer  in  England  in  seventeenth  century.  Although  this  map  was 

published in eighteenth century, the information of monsoon shows us sailor still relied on this 

to  navigate.  This map  contained  the  Indian Ocean,  the monsoon  direction,  and  eight‐seven 

newly discovered island.49 

To understand wind represents a huge intellectual endeavor which drew from a wide range 

of sources. However, when the voyage  is considered holistically, the monsoon winds were still 

important even until the eighteenth century. 

                                                            47 Tibbetts, G. R. 1981, p.368. 48 Tibbetts, G. R. 1981, p.372. 49 According to the introduction of exhibition “Geo|Graphic: Celebrating Maps and their Stories,” held at the National Library Board, in Singapore. 

 

‐ 31 ‐ 

 

 

Figure 10: Map of Asia Herman Moll (1715). This figure was taken from the exhibition “Geo|Graphic: Celebrating Maps and their Stories,” held at the National Library Board, in Singapore. This map marks the wind direction by the arrows and also describes them with a month. The monsoon corresponds with the departure and return season. The Northeast wind is in the winter and the Southwest wind is in the summer in the Southeastern area.  

 

Figure 11: Map of Asia Herman Moll (1715). This figure is also taken from the exhibition, “Geo|Graphic: Celebrating Maps and their Stories,” held at the National Library Board, Singapore. The monsoon winds follow the rule that the Northeast wind is in the winter and the Southwest wind is in the summer. The regularity of these winds helps navigators cross the Arabic Sea from India.  

 

‐ 32 ‐ 

 

LunarMansions:The  lunar mansions were  a  kind  of  ancient  technology  of  observation.  There were  two 

methods to account for its origins. In the first method, ancient astronomers observed the circle 

of moon  and  its  relationship  to  the ecliptic. Then  they  separated  the  circle  into  the  stations 

based on  the  average number of days  the moon  took  to pass by  all  the  stars. By  the other 

account, the method developed from observing the bright stars on the horizon during the dawn 

and evening.  In the course of the average  lunar month, the astronomers checked which  lunar 

mansions  the moon occupied before sunrise. The distance  the moon moved every day of  the 

lunar month was identified as a lunar mansion.  

Before the  Islamic Empire grew up, the Bedouin had used this system and called  it anwā’ 

Moreover, some Indian systems of astronomy from pre‐Islamic dates also used Lunar Mansions. 

For some specific areas in India, astronomers chose this method to the observe pathway of the 

moon.  Thus, when Muslims  found  this  Indian  knowledge,  they  adopted