Мини-лекции. Радионавигация. Астрономия

   Астрономия. Это слово произошло от латино-греческого: aster «звезда» + nomos «закон». А, что нам взять с этой астрономии? Если очень коротко, то... Мореходная астрономия — одна из наук судовождения. Предметом её является определение места судна и поправки компаса по наблюдениям небесных светил. И всего-то? Ну, в общем-то, да. В основном...

   С поправками вроде бы понятно, — магнитный полюс нам вовсе не полюс. И магнитный меридиан тоже не товарищ! Стало быть всё время это надо учитывать. А в приполярных районах компас можно даже и выкинуть за ненадобностью! Врёт он там и не краснеет...

   А, что значит определить место? Тот кто родом из СССР наверное помнят песню про ребят семидесятой широты? А широты это, что или где? Так как наша земля имеет форму чемодана, то её скрепя сердцем считают шаром или хотя бы эллипсоидом, где-то в чём-то? А посему, чтобы хоть как-то ориентироваться придумали всякие меридианы и параллели и исчертили блин, всю землю вдоль и поперёк! Во-первых придумали ось земли, она же и ось мира. Она же крутится, значит и ось есть. Потом был центр земли, и понеслось... Полюса северный и южный... Плоскости пересекающие землю. Одни вдоль как арбуз через все полюса и центр, другие наоборот перпендикулярно кругами. Следы на земле от тех, что вдоль назвали меридианами, а что поперёк параллелями. Та, что прямо через центр назвали экватором, в переводе с нерусского «уравниваю». То есть делит на равные части землю, на северное полушарие и южное. С меридианами пришлось попотеть, там-то вроде бы делить нечего?.. Но всё-таки придумали.

   Как оказалось, что через каждую точку земли проходит свой меридиан. Шагнул с запада на восток или наоборот всё, ты перешёл с меридиана на меридиан. Но всего этого показалось мало и приняли за начала отсчёта (за ноль [нуль]) меридиан проходящий через Гринвич, тот же Лондон если с Марса смотреть. Даже не отличишь друг от друга?! Экватор разбили на 360° вот только оперировать решили только со 180-и градусами, в смысле только от нуля и до ста восьмидесяти и точка, но?.. Но назвали всё это, долгота. А та, что от нуля и на восток, восточной, а на запад, западной. Долгота получается измеряется в градусах. А, чтобы меньше писанины было перед значением западной стали ставить знак минус. Вот такая «епопея» случилась!

   С широтами та же история! Здесь в качестве экватора выступает любой меридиан. Он также разбивается на градусы, но только от нуля (при пересечении экватора) и до девяносто градусов на полюсах. Стало быть широты как на северном полушарии так же и на южном имеют одинаковые значения. Поэтому по аналогии с долготами назвали северные широты и южные широты, естественно со знаком минус! Так с какой это семидесятой широты ребята? Правильно северной и проходит она как раз по краю света! Через курортные места: Ямалы, Таймыры и Чукотки... Если землю положить набок и как колбасу нарезать кружочками, то линии разреза и будут параллели. А пересекая меридианы они будут соответствовать какому-нибудь углу, так ещё какой-то широте. И, чтобы не ломать сильно голову воображением посмотрите на рис9. Там вроде бы всё ясно? Три красные точки G, L и М всё объясняют. Точка G есть пересечение Гринвичского меридиана с экватором. Точка М место корабля под каким-нибудь нерусским флагом. И, чтобы мы знали где находимся, нужно определить место, — широту и долготу! И только после этого можно принимать хоть какое-нибудь решение.

   Дуга (в градусах) М,L даст нам северную широту, а дуга G,L долготу восточную. Всё, наше место определено. Осталось правильно определить курс корабля и вперёд! Нужно лишь получить эти цифорки и всё! Вот только как? Вот! Вот этим и занимается мореходная астрономия, мать яя. А для самолётов, — авиационная астрономия.

   Как же находясь посреди океана или моря, не имея каких либо ориентиров определить своё место (широту и долготу)? Начнём с широты. Ось земли, она же мира уходит далеко-далеко в космос и прямёхонько упирается в Полярную звезду, ну почти. По науке в Альфа Малой Медведицы. Посмотрите на рис10. Это как бы земля в разрезе? Ось мира попёрлась на Полярную звезду. Прямо на северном полюсе, слева и справа как бы наблюдатели. Стоят они значит, стоят на площадках касательных к поверхности земли. Стоят и смотрят вверх на Полярную звезду. Справа на северной широте 45° наблюдатель видит Полярную звезду под углом в 45° по отношению к горизонту. Слева другой наблюдатель находясь на широте 30° аналогично видит ту же Полярную, но уже под углом в 30°. На северном полюсе, третий под углом в 90°, прямо в зените! А кто-то на экваторе под углом 0°. Видите как всё просто определить широту?! А, как ещё можно? С помощью солнца или других светил, можно. Только осторожно! И дело я Вам скажу муторное, очень если уж про это целые книги пишут. А каждый год выпускают специальные талмуды про всякие светилы, со всякими поправками, подсказками на все случаи жизни!

   А как же с долготами? Полярной звезды для них не придумали и?.. Зато придумали часы! И, что? Возьмём простенький случай. Корабль только, что пересёк Гринвичский меридиан (GM) и направился на восток рис7. Через некоторое время кому-то стукнуло определиться с местом, определить широту и долготу (ММ). С широтой вроде бы понятно?! А как с долготой быть? И вот когда пропикало 12 часов по Гринвичу в месте нахождения определили местное время. Часики показали 13 часов и 2 минуты, то есть разница в 62 минуты. А, теперь, наша земля делает один оборот за 24 часа (1440 минут). И вот, учитывая, что она совершает оборот в 360° получим, 1440:360 = 4 минуты. А, это значит, что разница в долготах в 1° соответствует разницы во времени равной 4 минутам. Разделим 62 минуты на 4 минуты получим 15 градусов и 30 минут (угловых конечно)! Всё, долгота найдена! Осталось дело за малым, определить местное время! А это солнце (в полдень) справочники, таблицы... Тёмное это дело навигация, тёмное...

   Как Вы уже догадались для решения наших заумных задач нужны часы. И не просто ходики с кукушкой, а хронометр, высокоточный и главное мало зависящий от внешних воздействий! Своего рода хранитель времени. Вот такой Вы и видите на рис3. А кроме этого хранителя на корабле есть ещё палубные, морские часы и конечно секундомер. А, чем же измерять углы или как ещё их называют, высоты светил? Угломерными инструментами. Они наверное самые старые из всех навигационных: градшток, астролябия, квадрант, октант и как результат, рождение секстанта. Астролябию Вы видите на рис8, а секстант в руках у моремана на рис2. Устройство секстанта было таким, что позволяло одновременно видеть как горизонт, так и светило (солнце и пр.). После этого фиксировался угол (высоту) между направлением на светило и горизонтом. Всё это было красиво днём... А, что делать ночью, в смысле где горизонт взять?

   Позже был разработан секстант с несколько иным устройством-принципом ИМС-3. Его оптическую систему Вы и видите на рис5. В чем его отличие от старого секстанта? В том, что в нём присутствует искусственный горизонт на основе жидкостно-воздушного уровня. Типа строительных уровней для проверки горизонтальностей и вертикалей чего-либо? Итак, для любознательных на рис5, цифрами: 1,2,6 и 7 — цветные светофильтры для работы днём; 3 — матовый рассеиватель; 4 и 10 — объективы; 5 — вращающееся зеркало для ночной подсветки уровня; 8 — окулярная насадка; 9 — плоско-параллельная пластинка (главное зеркало); 11 — пятигранная призма (пентапризма); 12 — уровень; 13 — трёхгранная призма; 14,15 — светофильтры ночной подсветки уровня; 16 — лампочка подсветки; 17 — то, что и видит наблюдатель в окуляр, поле зрение секстанта. На перекрестие уровня, в середине пузырёк, а в его центре светило (солнце, звезда).

   Как им пользоваться? Создаётся более комфортное состояние (светофильтрами, лампочкой и рассеивателем) для наблюдения. Затем приводят светило к горизонту рис5-17 и производится отсчёт высоты (угла светила по отношению к горизонту). Всё! дело сделано!

   Так как мы с Вами рассматриваем астрономию применительно к навигации, то нужно немного уделить внимание и звёздам. Пока мы познакомились только с Солнцем и Полярной звездой. Как оказалось, что и другие звёзды могут участвовать в решении навигационных задач. На рис1 Вы видите представление звёздного неба как бы виртуальной сферой (здесь только полусфера). Наблюдатель находится в точке (0). Каждая из звёзд на сфере оставляет след, в том числе и Полярная NP. Так ещё северный полюс сферы. Наша воображаемая сфера была материализована в звёздном глобусе рис4. Глобус помогает ориентироваться в поиске нужных нам звёзд. Если долго смотреть в направление Полярной звезды, то при неподвижности последней остальные совершают хоровод, вращаясь вокруг Полярной. На рис1а Вы и видите продолжительный (с длительной выдержкой) снимок этого хоровода. Вместо звёзд Вы видите протяжённый след от каждой звезды в виде чёрточек-дуг.

   И последнее. Если Вы не читали мини-лекцию о гироскопе и его особенностях, повторю вкратце. Гироскопом можно назвать всё, что вращается и имеет массу. Таким гироскопом является знакомая Вам детская игрушка, юла и не игрушка, — наша Земля. Вспомните как ведёт себя юла? Раскрутившись она вращается не меняя положения своей оси. Но после того как из-за трения энергия начинает уменьшаться и юла нечаянно наклонив свою ось начинает описывать как бы конус. Это так проявляется так называемая прецессия. Земля тоже подвержена этой самой прецессией и тоже описывает свой конус. Вот только всё это на поведении юлы видно через небольшой отрезок времени, почти сразу, то Земля описывает свой конус очень медленно. Медленно, это один оборот в течение 26 тысяч лет! На рис5 Вы и видите маленький кусочек движения оси земли по звёздному небу (синяя дуга). Сейчас ось (как Вы знаете) направлена на Полярную звезду, (Альфа Малой Медведицы). А вот через 2000 лет Полярной звездой будет уже Гамма созвездия Цефей. А в промежутке? А какая нам разница? Нас же уже тогда не будет! А может и Земля накроется медным тазом!?! Или каким-нибудь другим?