En los comienzos de la navegación, los problemas a resolver fueron la idoneidad de la embarcación y sus medios de propulsión y dirección; esto es, casco conveniente para la necesidad creada, remos, velas y sistemas de timón. El espacio donde se desenvolvía el marino le era conocido y contaba con puntos de referencia en la costa, a la cual no perdía de vista. Su único instrumento auxiliar era la sonda, que le servía para conocer la profundidad del fondo bajo la embarcación, así como su constitución: arenoso, fangoso o pedregoso. Pero viajes más ambiciosos y arriesgados, como la travesía de un cabo a otro de una gran bahía, o realizarlos con niebla, o fuera de ruta debido a una tormenta, obligó a los primitivos navegantes a servirse de medios de guía: primero, llevar aves a bordo que, al ser soltadas, por el rumbo de su vuelo señalaban la dirección de la costa; luego fue la aguja de marear. La polaridad constante del imán y su uso en la navegación eran conocidos desde mucho antes por los chinos, pero empezó a conocerse en Europa hacia finales del s. XII y sus marinos, por medio de los árabes, comenzaron a generalizar la aguja de marear a mediados del s. XIII. A la aguja de marear, todavía muy rudimentaria, se agregó el conocimiento de la orientación en el firmamento de algunas estrellas y luego, a bordo, contaron también con libros portulanos, donde se registraban todas las informaciones útiles para la navegación de cabotaje largo, como vientos, corrientes y mareas locales; rumbos para travesías de un punto a otro, enfilaciones y distancias relativas; fondeaderos, puertos, arrecifes, bajíos, accidentes orográficos y otros detalles interesantes para esa profesión. Después vino la carta de marear o de compás, también denominada portulano, donde las distancias se apreciaban mediante un compás de puntas sobre escalas incluidas en las cartas. Las primeras que se conocen son italianas y mallorquinas, correspondientes a comienzos del s. XIV. Hasta la fecha no ha aparecido ningún portulano vasco-cántabro, a pesar de que a sus marinos deben los cartógrafos del Mediterráneo el conocimiento de costas y mares de la Europa septentrional. Los vascos llevaban más de un siglo haciendo grandes travesías de cabotaje por los mares europeos; no se concibe que las realizaran sin portulanos propios. Una carta de compás o portulano era la representación de una porción geográfica que incluía mares, costas e islas. Estaban dibujadas con trazos de colores sobre pergamino; su base y fuente de información estaba en los libros portulanos -de ahí su nombre-. Las cubría una red de líneas rectas radiales, que señalaban los rumbos a seguir de un punto a otro y que partían de uno o varios focos referidos a los "vientos de la brújula; ocho en un principio, luego dieciséis y más tarde treinta y dos. Los portulanos no incluían referencias a la latitud ni a la longitud, o sea, que no contaban con paralelos ni meridianos. Desde que las naves comenzaron a realizar largos viajes perdiendo de vista las costas, se encontraron los pilotos con difíciles problemas de orientación y situación geográfica, de modo que tuvieron que aprender a manejar instrumentos astronómicos, aunque muy simplificados respecto a los que empleaban los astrónomos en tierra, y tuvieron que contar con un pequeño bagaje de conocimientos de matemáticas y de astronomía, denominada entonces astrología. El proceso fue largo y les llevó muchas décadas del s. XV dominar algo la situación. El arte del piloto estaba en saber navegar a la estima, lo que significaba tener una idea lo más exacta posible del camino recorrido y del lugar donde se encontraba, para situarlo en un punto de la carta de navegación. Hasta entonces para ello había dispuesto -aparte de con su intuición y experiencia práctica- de la brújula, de su conocimiento de las estrellas y de la velocidad de la nave mediante el empleo de la astilla. Esto último se calculaba arrojando al mar un trozo de madera al par de la proa y midiendo el tiempo que tardaba en llegar al par de la popa; conociendo la eslora de la nave, una simple regla de tres daba el resultado. El sistema era tan simple como defectuoso, porque el mantenimiento de la velocidad de la nave pocas veces era constante, ya que dependía de muy variados factores que el piloto debía tener en cuenta: dirección y fuerza del viento, bordadas realizadas, estado del mar, oleaje, corrientes marinas y otros incidentes que perturbaban la navegación. Para finales del s. XV el piloto de altura tuvo que aprender a usar las llamadas tablas de martelogio, para corregir las declinaciones de la brújula -sus desviaciones del Norte geográfico-, y las tablas de declinación solar, para poder calcular la latitud mediante instrumentos de medición astronómica. Se va entrando en el período de la navegación oceánica donde se hace ya necesario que los antiguos portulanos den paso a las cartas de navegación propiamente dichas, a principios del s. XVI, con su red de paralelos y meridianos de grados iguales. Resultaba un avance cartográfico, pero muy incompleto, debido a la dificultad de plasmar una superficie esférica sobre un plano, porque al pretender representar distancias se distorsionan los ángulos y al querer mantener los ángulos se distorsionan las distancias. En estas primeras cartas de navegación "cuadradas" los meridianos, paralelos entre sí, los grados eran iguales a los de los paralelos y perpendiculares a ellos, lo que producía una distorsión de las distancias cuando se navegaba al N. o al S. En las proximidades del ecuador la distorsión era mínima, pero al ir alcanzando latitudes más altas era necesario reducir las distancias, empleando escalas de reducción para las diferentes latitudes. La latitud de un punto terrestre es el arco de meridiano medido desde el ecuador; esto es, 0 grados en el ecuador y 90 grados en los polos. Latitud N. o S. la de cada hemisferio. La latitud era una referencia casi exacta en aquellos tiempos, para que el piloto comprobara sobre la carta el acierto o error de su estima, localizando el paralelo del punto donde se hallaba. Los portugueses aplicaron ese sistema durante sus expediciones por la costa O. de Africa camino de la India, tomando marcaciones de latitud en tierra y en el mar de diversos puntos geográficos y comparándolas con las estimas de los pilotos. De los vascos, en cambio, respecto a este aspecto científico nada se sabe, a pesar de que navegaban por el O. de Africa, por las Canarias y las Azores y quién sabe hasta dónde del Atlántico Norte; aparte de que lo hacían habitualmente por el Mediterráneo, Báltico y Mar del Norte, donde según una crónica islandesa de 1412 naves vascas balleneras arribaron a Groenderfjord y al golfo Grunder. Y resulta muy significativo que tuviesen un Colegio de Pilotos en Cádiz durante el s. XV, lo cual implica cuando menos a cosmógrafos y cartógrafos, cuyas ordenanzas confirmaron los Reyes Católicos en el año 1500, fecha en que se publica el mapamundi de Juan de la Cosa, sin que hasta el presente hayan aparecido otros documentos reveladores de su ciencia náutica. No resulta lógico suponer que un pueblo destacado por su secular impulso marítimo y que en toda época desde la Edad Media ha contado con grandes navegantes, así como con una poderosa industria naval y de herramientas y de armas, no aparezca durante esos siglos pretéritos en las nóminas de astrólogos, cosmógrafos, cartógrafos y fabricantes de instrumentos de navegación, como si sus indudables actividades náuticas y técnicas fuesen el producto de la casualidad y no de una larga tradición y conocimiento, de los que Nebrija en su "Crónica de los Reyes Católicos" (1481), decía: "Los que moraban en Vizcaya eran sabios en el arte de navegar y esforzados en las batallas marinas, y tenían naves y aparejos para ello, y en estas tres cosas eran más instructos que ninguna otra nación en el mundo". Desde siglos anteriores conocían los astrólogos-astrónomos que los grados que la estrella Polar se elevaba sobre el horizonte equivalían a la latitud geográfica del lugar de la observación. Pero esa medida no siempre era posible por invisibilidad de dicha estrella, debido a un cielo cubierto o a cualquier otra circunstancia, de modo que discurrieron la manera de obtener la latitud de un punto dado midiendo la altura del Sol al mediodía a su paso por el meridiano. Para que los pilotos pudieran hacerlo en el mar necesitaron dos elementos precisos: unas tablas simplificadas de la declinación solar, puesto que la altura del Sol varía de día en día a lo largo del año, e instrumentos para efectuar las mediciones: cuadrante, ballestilla y, por último, astrolabio. Los universitarios y los cosmógrafos más científicos para mediados del s. XVI empezaron a conocer y aplicar en sus estudios la teoría heliocéntrica de Copérnico (solían hacerlo subrepticiamente por causa de la Inquisición; no hay que olvidar que casi un siglo después lo pasó muy mal Galileo, y que otros sabios acabaron en la hoguera por afirmar que la Tierra no era el centro del Universo). Los marinos en general prosiguieron realizando sus cálculos de situación midiendo la altura de los astros, basándose en tablas que seguían el sistema geocéntrico de Tolomeo. La esfera armilar, el astrolabio y el nocturlabio de las Universidades, pasaron en modelos muy simplificados y mucho más manejables a bordo de las naves. La sencilla aguja de marear pasó a ser una brújula completa articulada con suspensión de Cardano. También los simples relojes de sol, que solamente eran útiles en las latitudes para las que hubiesen sido construidos y que llevaban una brújula adosada, pasaron a ser relojes universales. En la cartografía desde el año 1569 se introdujo la carta "esférica" creada por Mercator, nombre por el que se conoce al geógrafo holandés Gerhard Kauffman. La proyección de Mercator, aún hoy día empleada, a partir de la representación del globo terráqueo como un cilindro, con los meridianos paralelos entre sí pero divididos en grados crecientes hacia los polos, permite que se mantenga la proporción entre paralelos y meridianos. La escala de la carta varía del ecuador a los polos, aunque en la proximidad de éstos ya no es utilizable. Con esto se resolvió de una manera satisfactoria para la navegación un grave problema, puesto que permitía conocer las distancias "reales" con sólo emplear una escala movible para la latitud. Vascos notables conocidos en las ciencias náuticas del s. XVI fueron: Andrés de Urdaneta, filósofo, matemático y astrólogo, que realizó estudios de oceanografía, participó como cosmógrafo en la expedición de Legazpi a Filipinas y luego descubrió en el Pacífico la corriente de Kuro Sivo. Jaime de Zamora, que reconoció las costas de Florida, Flandes, Inglaterra, Irlanda, Escocia y Noruega, siendo autor de un tratado sobre mareas y derrotas. Martín de Rada, cosmógrafo e inventor de instrumentos de navegación y medida. Martín de Hoyarsabal, autor de un derrotero a Labrador y Terranova, escrito en euskera. Andrés de Poza, que impartió cursos de cosmografía y navegación en Bilbao y San Sebastián, autor de un tratado de hidrografía compuesto de dos libros, donde desarrolla el arte de navegar, y un derrotero de los puertos y costas del Atlántico europeo desde Gibraltar. Martín de Zubieta, marino, cosmógrafo y constructor naval.