Сегодня простыми словами расскажем про основы астронавигации — метода понимания, где именно вы находитесь на Земле, опираясь лишь на положение звезд и планет.
Уметь складывать и вычитать — достаточно
С древних времен астронавигация служила для определения позиции кораблей в открытом море, но в эпоху GPS потребность в ней отпала - работу взяли на себя спутники.
Это не значит, что ориентацией по звездам больше никто не занимается. Звезды остаются резервным способом навигации для морских судов на случай проблем с GPS, а еще в мире есть огромное число яхтсменов, которые практикуют ее для спорта и удовольствия.
Представьте: иметь навык, который позволяет без особого труда плавать по морям примерно так же, как плавали сотни, даже тысячи лет назад - без электронных приборов, через наблюдение звезд, по которым ориентировались еще люди античности.
Многие думают, что для этого необходимы продвинутые знания математики и геометрии. В действительности все, что вам нужно из школьного курса, — умение складывать и вычитать числа. Ну и вспомнить, что углы измеряются в градусах со значком “°”. Остальное сделают секстант и астрономические таблицы.
Уже испугались слова “секстант”? Напрасно!, Обещаем: это самое сложное слово, которое будет в этой статье.
Основы астронавигации
Напомним, для определения положения на поверхности Земли используют воображаемую сетку из долготы (линии, которые тянутся через весь земной шар от полюса к полюсу) и широты (кривые, параллельные экватору).
Сочетание долготы и широты в градусах — координаты, которые используют в любой навигации. Их нам и нужно найти.
В астронавигации ориентируются по Луне, ярким планетам — Венере, Марсу, Сатурну и Юпитеру и по самым ярким звездам. Но главным образом — по Солнцу, ведь часто приходится иметь дело с дневной навигацией.
Итак, представим, что солнечные лучи, которые достигают Земли, всегда параллельны друг другу. Это не совсем так, но для астронавигации крайне важно запомнить и принять эту упрощенную картину мира (хотя бы на время наблюдений).
Где-то на поверхности Земли всегда есть точка (постоянно меняющая положение из-за вращения планеты), через которую солнечный луч мог бы пройти прямо в центр Земли. Ему, конечно, помешают тысячи километров породы, но представим это в голове. Человек, стоящий в этой точке, увидел бы Солнце под прямым углом (90 градусов) непосредственно над собой.
А где-то далеко есть мы - на яхте со сломанным GPS, и солнце мы видим под другим, непрямым углом. А еще нам очень нужно понять, где мы.
Проведем воображаемую линию из центра земли до нашей лодки
Первый этап: на яхте нужно узнать угол между горизонтом и расположением Солнца, а также координаты той самой точки, где Солнце прямо сейчас «светит» в центр Земли.
Первое мы можем быстро и просто сделать с помощью прибора — секстанта, а второе - узнать из актуальных астронавигационных таблиц, которые стоит брать в любое плавание (таблицы есть и онлайн, но на случай проблем с интернетом стоит взять бумажные или офлайн-копии).
Второй этап: нужно вычислить получившиеся углы. Допустим, секстант показал 50 градусов. Получается, угол между воображаемой прямой линией, выходящей из центра земли в нашу лодку, и углом солнца над горизонтом будет равен 90°-50°=40°.
Так, стоп. А зачем вообще мы рисовали линию до лодки, почему провели это вычисление? А потому что вот эти два угла из-за параллельности солнечных лучей равны!
Третий этап: зная угол между нашей яхтой и точкой, где Солнце сейчас «смотрит» в центр Земли под прямым углом, можно посчитать расстояние от яхты до этой точки.
Один градус - это 60 морских миль (морские, а не обычные мили используют как раз потому, что их удобно считать в градусах). Значит, расстояние составит 60*40°=2400 морских миль или 4444 километра.
Мы уже на полпути, и самое сложное позади!
Осталось нарисовать круги
Данные, которые мы получили, конечно, полезные, но расстояние до какой-то точки само по себе ничего не говорит о нашей долготе и широте.
В действительности оно показывает, что мы можем находиться в 4444 километрах вокруг той самой точки, которую подсмотрели в таблицах. То есть все, что мы можем пока сделать - это нарисовать на глобусе (обычная карта не подойдет) круг, в любой точке которого мы потенциально можем находиться.
Не внутри, не снаружи круга, а именно в любой точке самой окружности
Догадались, что будет дальше? Правильно, нужно больше кругов!
В качестве ориентира мы снова можем использовать Солнце, например, через пару часов после первого измерения. Мы вновь измеряем угол от горизонта до солнца с помощью секстанта, снова смотрим в таблицы и ищем, где находится та заветная точка, а затем считаем расстояние до нее и рисуем новый круг.
На реальном глобусе наши круги под таким ракурсом, конечно, будут выглядеть вытянутыми
Раз мы можем находиться только на окружности, наше местоположение может быть только на одном из пересечений кругов — внизу или вверху. Поскольку на практике эти пересечения географически оказываются очень далеко друг от друга, путаницы не возникает, и позицию выбирают правильно.
Можно выбрать и другие небесные тела, по которым есть данные в таблицах, и нарисовать больше кругов для большей точности.
Хорошо, а что если у нас нет глобуса, и рисовать круги мы не можем? Тогда придется пойти на еще более странные допущения...
Представим, что земля плоская
Чтобы выполнить следующий трюк, нам действительно будет удобнее считать, что земля плоская. Дело в том, что мы будем работать с более мелкими масштабами, где кривизна Земли имеет меньшее значение.
Но это не все странности. Также нам потребуется наугад предположить, где мы находимся — по долготе и широте, и нанести эту точку на плоскую карту. Еще нам нужно снова определить по таблицам, где прямо сейчас находится точка, где Солнце «смотрит» в центр Земли.
Зная координаты нашей предполагаемой позиции и расстояние до реальной «солнечной точки», мы можем вычислить, какой угол между горизонтом и солнцем увидел бы наш секстант, если бы мы действительно находились в этой предполагаемой позиции.
Это работает по простой формуле: нужно вычесть из 90 градусов расстояние между нашей предполагаемой позицией и «солнечной» точкой. Это расстояние мы можем легко узнать, так как предполагаемые долгота и широта известны.
Сделав это, мы можем сравнить значение «предполагаемого» секстанта с показаниями нашего секстанта там, где мы реально находимся. Если они совпадают, значит, мы угадали нашу позицию верно!
А это секстант. Зеркала сводят в телескоп два изображения: одно нужно навести на горизонт, второе — сначала навести на небесное тело, затем опустить его до горизонта с помощью регулируемой ручки внизу. Когда небесное тело «коснется» горизонта, можно записать получившийся на шкале угол.
Обычно один человек проводит измерение, другой записывает точное время и угол. На солнце крайне важно смотреть через специальные фильтры, которые есть на каждом современном секстанте, иначе можно повредить глаза!
Но скорее всего показания не совпадут. Тогда мы сделаем примерно то же, что с пересекающимися кругами на глобусе, но на этот раз нарисуем пересекающиеся линии на плоской карте.
Мы уже нарисовали точку нашей предполагаемой позиции, но для начала проверим, как отличаются показания реального и «предполагаемого» секстанта. Допустим, если угол солнца над горизонтом в предполагаемой позиции — 42 градуса, а наш реальный угол — 41, нам нужно «передвинуть» нашу предполагаемую позицию на 1 градус от солнца (так как чем меньше угол, тем дальше от солнца, а чем больше - тем ближе).
При первом измерении (яхта справа) «солнечная» точка находилась далеко к юго-востоку от края карты. При втором измерении (слева) — переместилась на запад, поэтому коррекцию делаем в другом направлении
Сделав это, мы рисуем линию перпендикулярно направлению к солнцу. Фактически это часть окружности, которую мы нарисовали бы на глобусе, но малые масштабы карты позволяют сделать ее линией.
Через какое-то время мы проводим те же измерения и коррекцию на данные секстанта, но уже для второй предполагаемой позиции (на картинке — слева), которую так же наугад наносим на карту вместе с линией.
Если две линии пересекаются, наша яхта примерно в точке пересечения. Если нет, мы где-то ошиблись и нужно рисовать больше линий, чтобы найти это пересечение. Больше линий — больше точности: если 3 линии пересекаются, наша позиция, вероятно, где-то внутри треугольника на пересечении.
Готово! У вас есть приблизительные широта и долгота, если все сделали правильно — с точностью в среднем от 1 до 5 квадратных морских миль. В теории можно добиться точности в 0,1 квадратной мили, но на практике такое получается редко.
Разумеется, это не все, что вам потребуется в астронавигации: нужно научиться читать таблицы и использовать секстант, учитывать передвижение яхты и вносить прочие коррективы в расчеты. Но если вы поняли упрощенные концепты выше, фактически вы уже знаете, как работает астронавигация.
