Навигация по звездам и солнцу. Ориентирование по звездам: кратко, но это нужно знать. Да и просто интересно

Ориентирование по звездам, Солнцу и Луне

Издавна одним из главных назначений астрономии была навигация — по звездам ориентировались капитаны кораблей в открытом море и проводники караванов в пустыне, многие столетия звезды помогали не сбиться с пути путешественникам — не зря же появилось выражение «путеводная звезда» как синоним надежности. Кстати, компас в Европе известен только с XI века, а до его изобретения только звезды и могли помочь в пути…

Попробуем решить простейшую навигационную задачу — хотя бы приблизительно определить направление на север. (достаточно точно это можно сделать по Солнцу с помощью гномона, однако этот способ в путешествиях не годится)

Ориентирование по звездам

Ночью в средних широтах северного полушария сделать это очень легко — достаточно найти на небе Полярную звезду, она расположена недалеко от Полюса Мира и укажет направление на север с точностью около градуса. Надеюсь, это все смогут сделать. Впрочем, вблизи экватора эта задача может быть не так проста, как кажется — ведь Большая Медведица, по которой мы привыкли ориентироваться на небе, может быть не видна. Так что желательно уметь найти Полярную и по другим созвездиям. Например, примерное направление на нее может дать линия, проведенная через через крыло и хвост Лебедя — Денеб (от ε к α, причем расстояние от Денеба до Полярной вчетверо больше расстояния между Денебом и ε Лебедя) ипи звезды θ и β Возничего, правда, чем дальше такие «указатели» от полюса, тем труднее ими пользоваться…

С поиском же южного Полюса Мира дело обстоит намного сложнее — около него нет достаточно ярких звезд и приходится ориентироваться по хорошо заметному созвездию Южного Креста. Однако будьте внимательны — его легко спутать с «ложным крестом», он намного крупнее и на рисунке отмечен красными линиями немного выше созвездия Южного креста.

Конечно же, ориентирование по звездам не стоит сводить только к этим простейшим правилам, например, в декабре в экваториальных широтах около полуночи из всех упомянутых созвездий можно увидеть только Возничего, зато сияющее в это время в зените созвездие Ориона вполне заменит вам стрелку компаса.

Очень полезно знать, какие зодиакальные созвездия кульминируют в полночь в данное время года — это позволит сориентироваться, даже увидев клочок чистого неба в разрыве облаков.

Ориентирование по Солнцу

Днем главным ориентиром, конечно является Солнце. Для приблизительного определения сторон горизонта с помощью часов служит такой способ: направьте часовую стрелку на Солнце и отметьте на циферблате воображаемое положение часовой стрелки в момент истинного полдня в точке наблюдения (например, для Москвы летом это будет 1 час 30 минут, зимой — 12.30; подробнее расчет момента истинного полдня описан в статье об определении географических координат). Середина дуги между этими точками укажет направление на юг. (Обратите внимание, очень часто при описании этого способа встречается ошибочное указание «делить отрезок между часовой стрелкой, направленной на Солнце и цифрой 1 на циферблате», то есть не учитывается летнее время и поправка на географическую долготу — при таком ориентировании, например, в Санкт-Петербурге летом ошибка составит 15°) Другая причина ошибок при таком способе — неправильный наклон циферблата часов, он должен лежать в плоскости небесного экватора. Поэтому определив приблизительно направление на юг, наклоните часы на угол 90°-φ, приподняв южную часть циферблата и повторите измерения.

Конечно, описанный способ пригоден для средних и высоких широт северного полушария. В южном полушарии Солнце движется по небосводу против часовой стрелки, поэтому для ориентирования направляют на Солнце не часовую стрелку, а деление, соответствующее времени истинного полдня и находится середина дуги между этим направлением и часовой стрелкой. (Естественно, в южном полушарии это будет направление на север)

Вблизи полудня можно обойтись и без часов — достаточно перевести в градусную меру время, оставшееся до полудня или прошедшее после него (одному часу соответствует 15°) и отложить этот угол от направления на Солнце. Кстати, для приблизительного измерения углов можно воспользоваться простым способом — угол между раздвинутыми большим и указательным пальцами вытянутой руки как раз и равен 15°

В тропических и экваториальных широтах ориентироваться по Солнцу можно не всегда — когда оно находится вблизи зенита, определить его азимут затруднительно.

Ориентирование по Луне

По Луне ориентироваться сложнее всего и точность, как правило, намного ниже, но иногда это оказывается единственной возможностью — часто Луна просматривается сквозь довольно плотные облака, когда звезды совершенно не видны.

Читайте также:  Виды и сигналы тревог. Судовые тревоги. Сигналы судовых тревог. Виды судовых тревог

Ориентироваться по Луне можно с помощью часов, как и по Солнцу, только вместо времени истинного полдня определяется момент верхней кульминации Луны. В полнолуние этот момент совпадает с местной полночью, поэтому ориентирование по полной Луне выполняется точно так же, как и по Солнцу. Беда лишь в том, что визуально определить, действительно ли Луна находится в полнолунии невозможно — в течение нескольких дней вблизи полной фазы вид ее почти не изменяется, а ошибка, вызванная неверной оценкой фазы может быть довольно большой, ведь за сутки Луна смещается примерно на 12° Впрочем, если у вас есть календарь с указанием фаз Луны, то все намного проще.

В первой четверти Луна кульминирует за 6 часов до местной полночи, в третьей четверти — через 6 часов после нее. Это время и нужно применять при ориентировании в этих фазах. Результат в этом случае оказывается точнее, так как моменты четвертей можно легко определить визуально. В общем же случае существует следующее правило: разбейте мысленно диаметр Луны на 12 частей и оцените, сколько частей составляет НЕосвещенная часть диска — на столько часов и будет отличаться время кульминации Луны от местной полночи, молодая Луна кульминирует раньше, стареющая — позже полуночи. Этот способ дает относительно неплохие результаты, но вблизи полнолуния ошибка все же может быть довольно велика. (Около новолуния тоже, но в этом случае лучше ориентироваться по Солнцу). Тем не менее, с некоторым опытом по Луне практически всегда можно определить направление сторон горизонта с точностью 10°-15°.

Кстати, обычный магнитный компас, хоть и удобнее в использовании, но может давать такие же ошибки, а в некоторых районах (вблизи магнитного полюса, в районах магнитных аномалий) он вообще неприменим…

Штурманская книжка.RU

Астронавигация для яхтсмена

«Существует лишь один безошибочный способ определения места и направления пути судна в море — астрономический, и счастлив тот, кто знаком с ним!», — этими словами Христофора Колумба мы открываем цикл очерков — уроков астронавигации. 

Морская астронавигация зародилась в эпоху великих географических открытий, когда «на деревянных кораблях плавали железные люди», к на протяжении веков впитала опыт многих поколений мореплавателей. За последние десятилетия она обогатилась новыми измерительными и вычислительными средствами, новыми методами решения навигационных задач; недавно появившиеся спутниковые навигационные системы по мере их дальнейшего развития сделают все трудности судовождения достоянием истории. Роль морской астронавигации (от греческого астрой — звезда) остается исключительно важной и в наши дни. Цель нашей серии очерков — познакомить судоводителей-любителей с доступными в условиях яхтенного плавания современными способами астрономического ориентирования, которые чаще всего используются в открытом море, но могут быть применены и в тех случаях прибрежного плавания, когда береговые ориентиры не видны или их не удается опознать. 

Наблюдения небесных ориентиров (звезд, Солнца, Луны и планет) позволяют мореплавателям решать три основные задачи (рис. 1): 
1) измерять время с достаточной для приближенного ориентирования точностью;

2) определять направление движения судна даже при отсутствии компаса и поправку компаса, если он имеется;

3) определять точное географическое место судна и контролировать правильность его пути.

Необходимость решения этих трех задач на яхте возникает вследствие неизбежных погрешностей в счислении ее пути по показаниям компаса и лага (или приближенно определяемой скорости). Большой дрейф яхты, достигающий при сильном ветре 10-15°, однако оцениваемый лишь глазомерно; непрерывно изменяющаяся скорость движения; управление «по парусам» при следовании в бейдевинд, лишь с последующим фиксированием компасных курсов; влияние переменных течений; большое количество поворотов при лавировке, — это далеко не полный перечень причин, осложняющих навигацию на яхте! Если счисление не контролируется по наблюдениям светил, погрешность в счислимом месте даже у опытных яхтсменов может превысить несколько десятков миль. Ясно, что столь большая погрешность угрожает безопасности мореплавания, может привести к большим потерям ходового времени. 

В зависимости от применяемых мореходных инструментов, пособий и вычислительных средств точность решения астронавигационных задач будет различной. Для возможности их решения в полном объеме и с вполне достаточной для плавания в открытом море точностью (погрешность места — не более 2-3 миль, в поправке компаса — не более 1°) необходимо иметь: 

  • навигационный секстан и хорошие влагозащищенные часы (лучше электронные или кварцевые);
  • транзисторный радиоприемник для приема сигналов времени и микрокалькулятор типа «Электроника» (этот микрокалькулятор должен иметь ввод углов в градусной мере, обеспечивать вычисление прямых и обратных тригонометрических функций, выполнять все арифметические операции; наиболее удобна «Электроника» БЗ-34); при отсутствии микрокалькулятора можно пользоваться математическими таблицами или специальными таблицами «Высоты и азимуты светил» («ВАС-58»), изданными Главным управлением навигации и океанографии;
  • морской астрономический ежегодник (МАЕ) или другое пособие для расчета координат светил.
Читайте также:  От укусов осы первая помощь. Первая помощь при укусах

Широкое распространение электронных часов, транзисторных радиоприемников и микрокалькуляторов сделало применение астрономических методов навигации доступным самому широкому кругу лиц без специальной штурманской подготовки. Неслучайно отмечается непрерывный рост спроса на морские астрономические ежегодники; это служит лучшим доказательством популярности астронавигации среди всех категорий мореплавателей и в первую очередь — среди моряков-любителей. 

При отсутствии на судне какого-либо из перечисленных выше средств астронавигации сама возможность астронавигационного ориентирования сохраняется, но понижается его точность (оставаясь, однако, вполне удовлетворительной для многих случаев плавания на яхте). Кстати сказать, некоторые инструменты и вычислительные средства настолько просты, что могут быть изготовлены самостоятельно. 

Астронавигация — это не только наука, но и искусство — искусство наблюдать светила в морских условиях и безошибочно выполнять вычисления. Пусть первоначальные неудачи вас не разочаровывают: немного терпения и появятся необходимые навыки, а вместе с ними придет высокое удовлетворение искусством плавания вне видимости берегов. 

Все методы астронавигации, которые вы будете осваивать, многократно проверены на практике, они уже не раз сослужили хорошую службу морякам в самых критических ситуациях. Не откладывайте их освоение «на потом», овладевайте ими при подготовке к плаванию; успех похода решается на берегу! 

Астронавигация, как и вся астрономия, — наука наблюдательная. Ее законы и методы выведены из наблюдений видимого движения светил, из зависимости между географическим местом наблюдателя и видимыми направлениями на светила. Поэтому изучение астронавигации мы и начнем с наблюдений светил — научимся их опознавать; попутно ознакомимся с необходимыми нам в дальнейшем началами сферической астрономии. 

Небесные ориентиры

1. Навигационные звезды. Ночью при ясном небе мы наблюдаем тысячи звезд, однако в принципе каждую из них можно опознать, основываясь на ее расположении в группе соседних звезд — ее видимом месте в созвездии, на ее видимом блеске (яркости) и цвете. 

Для ориентирования на море применяются лишь наиболее яркие звезды, их называют навигационными. Чаще всего наблюдаемые навигационные звезды перечислены в табл. 1; полный же каталог навигационных звезд имеется в МАЕ.

Картина звездного неба неодинакова в различных географических районах, в разные сезоны года и в разное время суток. 

Приступая к самостоятельному поиску навигационных звезд в северном полушарии Земли, при помощи компаса определите направление на точку Севера, расположенную на горизонте (обозначена буквой N на рис. 2). Над этой точкой на угловом расстоянии, равном географической широте вашего места ?, расположена звезда Полярная — самая яркая среди звезд созвездия Малой Медведицы, образующих фигуру ковша с изогнутой ручкой (Малого Ковша). Полярную обозначают греческой буквой «альфа» и именуют ? Малой Медведицы; она уже несколько столетий используется мореплавателями в качестве основного навигационного ориентира. При отсутствии компаса направление на север легко определяется как направление на Полярную. 

В качестве масштаба для грубого измерения угловых расстояний на небосводе можно применять угол между направлениями от вашего глаза на кончики большого и указательного пальцев вытянутой руки (рис. 2); это примерно 20°. 

Видимый блеск звезды характеризуется условным числом, которое называют звездной величиной и обозначают буквой m. Шкала звездных величин имеет вид: 

 

 

Блеск m = 0 имеет наблюдаемая летом самая яркая звезда северного звездного неба — Вега (? Лиры). Звезды первой величины — с блеском m = 1 в 2,5 раза слабее по яркости, чем Вега. Полярная имеет звездную величину около m = 2; это значит, что ее блеск примерно в 2,5 раза слабее блеска звезд первой величины или в 2,5 X 2,5 = 6,25 раза слабее блеска Веги, и т. п. Невооруженным глазом можно наблюдать только звезды ярче m < 5. 

Звездные величины указаны в табл. 1; там же указан и цвет звезд. Надо, однако, учитывать, что цвет воспринимается людьми субъективно; кроме того, по мере приближения к горизонту блеск звезд заметно ослабевает, а их цвет смещается в красную сторону (из-за поглощения света в земной атмосфере). При высоте над горизонтом менее 5° большинство звезд вообще исчезает из видимости. 

Земная атмосфера наблюдается нами в форме небесного свода (рис. 3), приплюснутого над головой. В морских условиях ночью расстояние до горизонта кажется примерно в два раза большим, чем расстояние до расположенной над головой точки зенита Z (от арабского замт — верх). Днем видимая приплюснутость небосвода может возрасти в полтора-два раза в зависимости от облачности и времени суток. 

Вследствие очень больших расстояний до небесных светил они представляются нам равноудаленными и расположенными на небосводе. По этой же причине взаимное расположение звезд на небосводе изменяется очень медленно — наше звездное небо мало чем отличается от звездного неба Древней Греции. Лишь ближайшие к нам небесные тела — Солнце, планеты, Луна заметно перемещаются на фойе созвездий — фигур, образованных группами взаимонеподвижных звезд. 

Читайте также:  Как наточить нож на точиле. Как правильно точить ножи камнем и точилкой

Сплюснутость небосвода приводит к искажению глазомерной оценки величины видимой высоты светила — вертикального угла h между направлением на горизонт и направлением на светило. Эти искажения особенно велики при малых величинах высот. Итак, еще раз отметим: наблюдаемая высота светила всегда больше истинной его высоты. 

Направление на наблюдаемое светило определяется его истинным пеленгом ИП — углом в плоскости горизонта между направлением на Север и линией пеленга светила ОД, которая получается пересечением проходящей через светило вертикальной плоскости и плоскости горизонта. ИП светила измеряется от точки Севера по дуге горизонта в сторону точки Востока в пределах 0°-360°. Истинный пеленг Полярной равен 0° с погрешностью не более 2°. 

Опознав Полярную, найдите на небосводе созвездие Большой Медведицы (см. рис. 2), которое иногда называют Большой Ковш: оно расположено на расстоянии 30°-40 от Полярной, причем все звезды этого созвездия — навигационные. Если вы научились уверенно опознавать Большую Медведицу, то сможете находить Полярную без помощи компаса — она находится по направлению от звезды Мерак (см. табл. 1) на звезду Дубхе на удалении, равном 5 расстояниям между этими звездами. Симметрично Большой Медведице (относительно Полярной) расположено созвездие Кассиопеи с навигационными звездами Кафф (?) и Шедар (?). В морях, омывающих берега СССР, все упомянутые нами созвездия ночью видны над горизонтом. 

Отыскав Большую Медведицу и Кассиопею, нетрудно опознать расположенные вблизи них другие созвездия и навигационные звезды, если воспользоваться картой звездного неба (см. рис. 5). При этом полезно знать, что дуга на небосводе между звездами Дубхе и Бенетнаш приближенно равна 25°, а между звездами ? и ? Кассиопеи — около 15°; эти дуги также можно применять в качестве масштаба для приближенной оценки угловых расстояний на небе. 

В результате вращения Земли вокруг своей оси наблюдается видимое нами вращение небосвода в сторону Запада вокруг направления на Полярную; каждый час звездное небо поворачивается на 1ч = 15°, каждую минуту на 1м = 15′, а за сутки на 24ч = 360°. 

2. Годовое движение Солнца на небосводе и сезонные изменения вида звездного неба. В течение года Земля совершает в космическом пространстве один полный оборот вокруг Солнца. Направление с движущейся Земли на Солнце по этой причине непрерывно изменяется; Солнце описывает показанную на звездной карте (см. вкладку) пунктирную кривую, которую называют эклиптикой. 

Видимое место Солнца совершает по эклиптике собственное годовое движение в направлении, противоположном видимому суточному вращению звездного неба. Скорость этого годового движения невелика и равна 4/сутки (или 4 м/сутки). В разные месяцы Солнце проходит различные созвездия, образующие на небе зодиакальный пояс («круг животных»). Так, в марте Солнце наблюдается в созвездии Рыб, а далее последовательно в созвездиях Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога, Водолея. 

Созвездия, расположенные на одной полусфере с Солнцем, засвечиваются им и днем не видны. В полночь на юге видны созвездия, отстоящие от места Солнца в данную календарную дату на 180° = 12ч. 

Совокупность быстрого видимого суточного движения звезд и медленного годового движения Солнца приводит к тому, что наблюдавшаяся сегодня в данный момент картина звездного неба завтра будет видна на 4м раньше, через 15 суток — на 

раньше, через месяц — на 2 часа раньше, и т. д.

3. Географическое и видимое место светила. Карта звездного неба. Звездный глобус. Наша Земля имеет сферическую форму; теперь это наглядно доказывается ее снимками, выполненными космическими станциями. 

В навигации полагают, что Земля имеет форму правильного шара, на поверхности которого место яхты определяют две географические координаты: 
Географическая широта ? (рис. 4) — угол между плоскостью земного экватора eq и направлением отвесной линии (направлением силы тяжести) в точке наблюдений О. Этот угол измеряется дугой географического меридиана места наблюдателя (кратко — местного меридиана) еО от плоскости экватора в сторону ближайшего к месту наблюдений полюса Земли в пределах 0°-90°. Широта может быть северной (положительной) или южной (отрицательной). На рис. 4 широта места О равна ? = 43° N. Широта определяет положение географической параллели — малого круга, параллельного экватору. 

Географическая долгота ? — угол между плоскостями начального географического меридиана (согласно международному соглашению он проходит через Гринвичскую обсерваторию в Англии — Г на рис. 4) и плоскостью местного меридиана наблюдателя. Этот угол измеряется дугой земного экватора егре в…

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here