Как приближенно определить географическую широту места из наблюдений полярной звезды кратко
Обновлено: 05.07.2024
§ 5. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ
1. Высота полюса мира и географическая широта места наблюдения. В одно и то же время вид звездного неба на различных географических широтах неодинаков. Так, например, в Москве высота Полярной звезды около 56°, в Мурманске 68°, во Владивостоке 43°. Поскольку Полярная звезда отстоит от северного полюса мира примерно на 1° (ее склонение δ≈ 89°16'), то и высота полюса мира на разных широтах будет различной. Докажем, что всюду высота полюса мира ( hp ) равна географической широте места наблюдения (φ). Для этого рассмотрим рисунок 15.
В точке О на поверхности Земли находится наблюдатель. AO 1 D = φ — географическая широта места наблюдения (О). Продолжив радиус Земли OO 1 , получим направление отвесной линии OZ . Плоскость горизонта, как вы знаете, перпендикулярна отвесной линии и проходит через точку, в которой находится наблюдатель. Следовательно, касательная SN —полуденная линия. Наблюдатель видит северный полюс мира в направлении ОР (ось мира параллельна оси Земли). PON — высота полюса мира ( hp . ). Легко видеть, что PON = AO 1 O (как углы с соответственно перпендикулярными сторонами). Следовательно,
hp = φ , (2)
т. е. высота полюса мира равна географической широте места наблюдения. Поэтому приближенно географическую широту места наблюдения можно определить, измерив высоту Полярной звезды.
Рис. 15. Высота полюса мира равна географической широте.
Рис. 16. Небесная сфера в проекции на плоскость меридиана.
2. Суточное движение звезд на разныхширотах. Мы знаем (§ 3.3), как происходит суточное вращение звезд на средних широтах (0°
Географическая широта Северного полюса Земли φ = 90°. Значит, там северный полюс мира находится в зените ( hp = 90°), небесный экватор совпадает с горизонтом, а звезды описывают свои суточные пути над горизонтом, двигаясь параллельно ему, и не заходят. Полярную звезду наблюдатель будет видеть у себя над головой.
Географическая широта точек земного экватора φ= 0°. Полярная звезда видна там вблизи горизонта ( hp = 0°). Плоскость небесного экватора перпендикулярна к плоскости горизонта. Все звезды на земном экваторе восходят и заходят, а их суточные пути расположены отвесно по отношению к горизонту. Следовательно, уже по расположению суточных параллелей по отношению к горизонту можно получить представление о географической широте места.
3*. Связь между δ, z (или h ) и φ. Некоторые важные для практических целей соотношения легко получить, проецируя сферу на плоскость небесного меридиана (рис. 16). В точке M 1 находится светило, верхняя кульминация которого происходит к югу от зенита (склонение светила δ1 а зенитное расстояние z 1 ). ,так как , а Поскольку то
Учитывая, что (1), равенство (3) можно представить в виде:
Теперь рассмотрим светило, верхняя кульминация которого происходит к северу от зенита (например в точке ). Находим, что, , а . Так как то:
или с учетом зависимости (1)
Из формул (3') и (4') следует, что, измерив в момент верхней кульминации высоту (зенитное расстояние) светила и взяв из каталога склонение этого светила, можно вычислить географическую широту места наблюдения. Формулы (3) и (4) легко объединить в одну:
Если же географическая широта известна, то легко вычислить высоту светила в верхней кульминации:
(для светила, кульминирующего к югу от зенита);
(для светила, кульминирующего к северу от зенита).
Пример 1. Какой наибольшей высоты достигает Вега (δ = +38°47') в Москве (φ= 55° 45')?
Как уже отмечалось в статье о небесной сфере, при некоторой сноровке, видя картину звездного неба над головой, можно достаточно точно сориентироваться на местности, ведь в зависимости от точки наблюдения, изменяется и “звездная карта” над головой.
Однако, по одному только общему виду звездного неба довольно трудно определить точную географическую широту места наблюдателя. И тут нам на помощь приходит, хотя и не самая заметная, но одна из самых важных звезд – полярная звезда, а точнее – метод определения широты по высоте полюса мира.
Метод определения широты места по Полярной звезде
Наблюдатель, находясь на поверхности Земли в точке К, увидит полюс мира в точке Р. Ось мира и ось вращения Земли параллельны, так как расстояние до полюса мира бесконечно большое. Угол МОК является широтой места, а угол ВКР — высотой полюса мира. Угол МОК равен углу ВКР, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Следовательно, географическая широта места наблюдателя равна высоте полюса мира, т. е. ф=hp.
Простое объяснение метода определения местоположения по Полярной звезде
Немного мудрено, правда? Сейчас объясню по-простому и за одно объясню при чем тут Полярная звезда.
В Северном полушарии, где мы с вами и находимся, Полярная звезда служит незаменимым навигационным инструментом. Почему? Потому что, при наблюдении с поверхности Земли, она расположена от Северного полюса мира на расстоянии менее 1°, то есть указывает почти точно на него.
А теперь представьте: вы стоите на земле и видите в небе полярную звезду. Вы – это точка А. Горизонт прямо по направлению вашего взгляда – точка Б, а звезда над головой – точка В. Берем условный “транспортир”, ставим его на прямую соединяющую точку А и Б, и смотрим на сколько градусов от нашей прямой АБ отстоит точка В.
Полученное значение и есть широта того места, где вы находитесь в настоящий момент!
Например, если мы стоим на экваторе Земли, то Полярная звезда находится ровно на линии горизонта, т.е. угол составлял бы 0 градусов (широта 0). На территории России, полярная звезда видна при взгляде “по диагонали” и угол до неё составляет диапазон от примерно 40 до 70 градусов.
На небосклоне Полярная звезда ВСЁ ВРЕМЯ занимает практически одно и то же место. Поэтому угол между горизонтом (кто тут говорит про плоскость Земли?! ) и Полярной - это и есть широта. На полюсе она будет точно над головой (широта = 90).
приближено можно транпортиром и отвесом, угол в гр между направлением на полярную звезду и плоскотью земли будет равен геогр широте
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Ориентирование по Полярной звезде является наиболее известным способом ориентирования в северном полушарии Земли. Сама Полярная звезда является поляриссимой, то есть из всех видимых невооруженным глазом звезд располагается ближе всего к оси вращения Земли, а ее видимое положение в течение ночи меняется незначительно по сравнению с другими небесными телами.
Кроме того, в отличие от магнитного компаса, работа которого связана с магнитными полюсами Земли, по Полярной звезде можно определить направление именно на северный географический полюс. Магнитный компас указывает на магнитный полюс, находящийся примерно в 500 км от полюса географического, и потому его показания менее точны, чем направление на север, определяемое по Полярной звезде.
Ориентирование по звездам в море
Определить точное положение в открытом море очень сложно. Сегодня большие корабли и лайнеры, мелкие суда снабжены современными системами навигации, которые прокладывают путь и укажут отклонения от курса в градусах с точностью до минуты.
Однако истории известны случаи вирусных атак компьютерного оборудования, которые вынуждали в течение долгих недель дрейфовать мореплавателей в море в ожидании IT-специалиста.
Многие великие открытия и путешествия были совершены задолго до внедрения компьютеров на борта морского судна. Викинги и полинезийцы, известные ученые-первооткрыватели и простые путешественники руководствовались своими навыками ориентирования на местности с помощью природных знаков и ночного неба.
Как первые мореходы находили дорогу
Полинезийцы бороздили по просторам Тихого океана на своих каноэ еще задолго до того, как Колумб открыл Америку. Они преодолевали тысячи километров между островов Полинезии и всегда достигали места назначения. Их главными ориентирами были Солнце, звезды, луна, ветер и течение.
К тому же археологам удалось найти древние карты, которые были ими составлены. Они были сделаны из ракушек и палочек, и существенно отличаются от тех, которые известны нам.
Викинги не отставали, и путешествовали между Северной Европой, Америкой, Британскими островами, Исландией и Гренландией. Их отличала интуиция, необыкновенная внимательность и производимые расчеты. Они плавали по течению, пристально наблюдали за китами, а на каждом борту жил обученный ворон, которого отправляли в разведку за подсказку, в какой стороне находится берег.
Также для ориентирования использовались солнечные часы. Они могли высчитать примерную скорость корабля, считали дни, проведенные в пути, и даже использовали поляризацию света, чтобы найти дорогу в плохую погоду. Однако расчеты были неточными, а отсутствие ветра, туман и пасмурная погода стали основой для легенд, в которых храбрые викинги сбивались с пути и терялись.
Битва за долготу
Впервые теория о координатах, позволяющих точно определить текущее положение, появилась в Древней Греции в 200 году до нашей эры. Долгие размышления величайших ученых позволили к 100—160 годам нашей эры разработать точную концепцию географической долготы и широты.
Основателем теории был Клавдий Птолемей. Его теория могла бы позволить мореплавателям узнавать свое приблизительное положение и своевременно корректировать курс, но вычислить координаты оказалось сложнее, чем предполагал ученый. Если определить широту можно по Солнцу, Луне и другим небесным телам, то вычислить долготу было практически невозможно.
Для этого необходимо было вычислить разницу между временем текущего положения и некой воображаемой точки в этот же момент. В первую очередь моряки с трудом определяли точное время в текущей точке, а узнать его в другой фиксированной (которой могла быть точка отправления или Гринвичский меридиан) было еще сложнее. Даже приблизительные вычисления не подходили, ведь отклонение в 1 градус от долготы на экваторе приравнивается к 110 км.
Это интересно! Проблема определения времени во второй фиксированной точке настолько долго оставалась неразрешимой задачей, что Людовик XVI обвинил астрономов Франции в плохой работе. По его мнению, именно они повлияли на череду неудач по открытию новых земель.
Начиная с XVI века, все ведущие морские державы (Испания, Голландия, Португалия, Италия, Англия) настолько стремились стать основателями наиболее точного и надежного метода определения долготы, что между ними была яростная борьба. Английское правительство объявило, что главным призом для первооткрывателя станет баснословная сумма – 20 тыс. стерлингов. В XVIII веке часовщик Джон Гаррисон представил миру свое творение – хронометр и получил большую часть заявленного приза.
В это же время был создан секстант — прибор для ориентирования по солнцу. Он был детищем сразу нескольких ученых: Исаака Ньютона, Джона Хедли, Томаса Годфри.
Используя эти два инструмента, моряки могли точно определить текущее положение. Для этого штурман, используя секстант, измерял высоту солнца над горизонтом и вычислял точное время. Полученный результат сравнивали с показаниями хронометра, который показывал время по Гринвичу. Путем вычитания получалась долгота.
Что мы имеем сегодня
Сегодня морякам не нужно заниматься сложными вычислениями, ведь на борту установлены автоматические системы навигации. Это позволяет морякам уделить большее внимание изучению окружающей обстановки: погоды, скоростью корабля, рельефу дна. На основании наблюдений принимаются порой судьбоносные решения. Компьютеризация и автономность работы позволяет сделать судоходство безопасным.
Чаще всего используется навигационная система ECDIS, и если судно отказывается от бумажных карт в пользу электронных, то устанавливают как минимум 2 независимых компьютера и отдельными дисплеями.
Что будет, если вдруг все сломается
Дублирование навигационной системы не дает гарантию того, что компьютеры не дадут сбой или откажут. Для этого может быть множество причин: от системных требований обновления карт, до хакерской атаки. В ходе эксплуатации моряки определяют наиболее слабые и уязвимые места. Разработчики их корректируют, и каждый раз создают что-то новое.
Система GPS тоже может ошибаться: она восприимчива к электромагнитным вспышкам, а сбить корабль с курса могут даже пираты. Они покупают устройство, которое своим сигналом блокирует связь с путником. На приборной панели судна все датчики будут в норме, а сам корабль будет захвачен злоумышленниками и направлен в неизвестном направлении.
Чтобы не допустить подобных промахов в открытом море, многие мировые академии продолжают обучать курсантов старинным методам ориентирования по звездам, Солнцу и Луне, ведь такие ошибки чреваты катастрофами. Судно может столкнуться с коварными рифами или сесть на мель.
Однако затеряться судну среди множества морских путей довольно сложно – рано или поздно на горизонте появится другой корабль и вызовет на помощь бригаду спасателей.
Потеряться можно практически везде. Главное, не поддаваться панике и вспомнить все подсказки природы о том, как можно сориентироваться на местности не только днем по Солнцу, но и ночью по звездному небу.
Ближайшая и самая яркая цефеида
Полярная является ближайшей к Земле и самой яркой переменной звездой типа Дельта Цефея
с периодом 3,97 дней. Такие звёзды называются
цефеидами
— звездами, периодические изменения яркости которых обусловлены их пульсациями. Но Полярная — очень нестандартная цефеида [псевдо-цефеида], так как ее пульсации затухают за период в несколько десятков лет. В 1900 году изменение её яркости составляло ±8 %, а в 2005 — приблизительно 2 %. Кроме того, за это время звезда стала в среднем на 15 % ярче.
Полярная звезда, на самом деле, представляет собой тройную звёздную систему. В центре системы располагается сверхгигант (Полярная А
Как ориентироваться по звездам
Если вечер и ночь приближаются с невероятной скоростью, а вы находитесь под открытым небом без возможности добраться до дома в ближайшее время, то нелишним будет найти себе безопасное место для ночлега. Легче всего ориентироваться с помощью карты, компаса или же GPS-навигатора, но их может не оказаться под рукой. В этом случае пригодится умение ориентироваться по звездам.
Ночное небо должно быть ясным, безоблачным. Небесные тела всегда перемещаются по одинаковой траектории. А чтобы воспользоваться этим фактом, важно знать некоторые нюансы, как ориентироваться по звездам.
Читайте также: