Забавна навигация
Сайтът е създаден за тези, които мечтаят да построят яхта със собствените си ръце - яхтата на мечтите си ...
Забавна навигация. Част 7. Водещи светлини.
По-рано обсъдихме проблемите, свързани със създаването на карта, подходяща за морска навигация. Това обаче вече не са нашите затруднения - ние имаме готов лист хартия в ръцете си, показващ на равнина всяка част от сферичната земна повърхност. Но как да определим в коя точка на тази карта се намираме, особено в открито море, където наоколо има само вода и няма наземни ориентири?
Класически пример за решаване на този проблем при липса на навигационни инструменти е даден в романа на Жул Верн "Тайнственият остров". Използвайки две пръчки, свързани с акациев трън като гониометричен инструмент, и правейки изчисления с остра черупка върху плосък камък, издръжливите герои на романа определят с точност плюс-минус 150 мили (или 2,5 градуса) координатите на непознат остров, на който са докарали своя балон.
Първо те определиха ъгловата височина над хоризонта на звездата Алфа Южен кръст и след необходимите корекции изчислиха географската ширина (припомняме, това се случи в южното полукълбо). Те успяха да изчислят географската дължина поради наличието на правилно работещ хронометър. Хронометърът запази времето на меридиана, което беше прието за нула, и направи възможно намирането на разликата в часа на обяд на нулевия меридиан и меридиана на острова. Знаейки, че Слънцето при видимото си движение преминава 15 градуса на час, пътниците лесно постигнаха желания резултат.
Джобният хронометър се оказва единственият точен инструмент, с който разполагат жителите на острова. Но притежавайки широки познания, практически умения и, казано по съвременен начин, желание за творческо решаване на предизвикателствата предпроблемите им, те са успели. Но надеждното и точно определяне на координатите в морски условия изисква използването на специални навигационни инструменти.
На първо място, за измерване на височините на небесните тела е необходим гониометричен инструмент и през вековете човечеството е изпробвало много различни устройства като него, започвайки с най-простите. На сушата, за да се изчисли ъгловата височина на Слънцето (главната пътеводна звезда на древните мореплаватели), беше подходящ само вертикален стълб, а съотношението на неговата височина и дължината на сянката, която хвърля, стана основа за изчисленията. Този метод е използван и от мореплавателите, но той е подходящ само за тихо слънчево време и не е подходящ за намиране на навигационни звезди. И беше необходимо да се измерват височините на осветителните тела при различни условия - по време на накланяне, мъгла, привечер.
В продължение на почти две хиляди години основният гониометричен инструмент на навигаторите беше астролабът (от гръцките думи за „звезда“ и „вземам“). Предполага се, че астролабията е била известна на класика на астрономията Клавдий Птолемей още през II в. пр.н.е. н. д. Към 8 век разпространен е в арабския изток, а от началото на второто хилядолетие – и в Европа. Астролабът в най-обща форма беше кръг с нанесени върху него везни за четене и малък пръстен в горната част за окачване. В центъра на кръга има целева линия или алидада, завъртяна на ос (фиг. 1).
За да се определи височината на светилото, астролабът беше окачен на горния пръстен, единият участник в измерванията насочи мерника към небесното тяло, другият взе четенето. За по-голяма устойчивост на вятър и накланяне астролабът беше направен по-тежък, но дори това не беше достатъчно - трябваше да се включи трети помощник, който държеше инструмента за пръстена.
За да се постигне най-голяма точност, този инструмент трябва да бъде доста голям имасивен, но в музеите по света има много „джобни“ астролаби, изработени от злато и украсени със сложни резби - като цяло, в онези дни астролабът служеше не само за практически цели, но също така беше доказателство за високия статус на своя собственик, като съвременните скъпи мобилни телефони или ръчни часовници.
И най-„фантастичните“ модели от онези времена бяха истински компютри, само механични - благодарение на набор от въртящи се дискове с гениални скали, приложени към тях, беше възможно да се извършват много различни изчисления (по-специално тригонометрични функции) и дори да се правят хороскопи!
Най-простият астролаб можете да направите сами - ако не от злато, то поне от картон (фиг. 2). Изключително лесни за производство са и такива гониометрични инструменти от древността като квадрант (фиг. 3), както и градсток, известен също като "Жезълът на Яков" (фиг. 4), наречен така на изобретателя Якоб бен Макир и доста удобен и точен, когато се използва в морски условия. Членовете на известната експедиция на Тор Хейердал на папирусовата платноходка „Ра“ успешно използваха самоделен „нозометър“ от чифт дъски, за да определят географската ширина – нещо средно между астролабия и квадрант (фиг. 5). Но само появата на секстант в ръцете на навигатора направи възможно увереното и точно измерване на вертикални и, ако е необходимо, хоризонтални ъгли.
Секстант или секстант (разрешени са и двата изписвания) е гониометър, използван за измерване на ъгъла между два видими обекта. Основната му особеност е, че наблюдението на обектите, между които се измерва ъгълът, се извършва едновременно. За да направите това, е необходимо да комбинирате изображенията на двата наблюдавани обекта (например хоризонта и слънчевия диск) с помощта на отражениеедин от тях във въртящото се огледало (фиг. 6). (Долното, т.е. фиксирано огледало е подравнено с прозрачно стъкло, което дава възможност да се виждат едновременно и двата наблюдавани обекта в окуляра - единият "директно", а другият под формата на отражение, изпратено от въртящо се огледало).
За определяне на посоката на вертикала (изкуствен хоризонт) в съвременните секстанти се използва ниво на течност или жироскоп, което ви позволява да използвате устройството, без да наблюдавате естествената линия на хоризонта - например, ако е покрита с мъгла.
Двама души независимо един от друг изобретяват секстанта: през 1731 г. английският механик и астроном Джон Хадли и през 1732 г. американският изобретател Томас Годфри. И името на устройството се дължи на факта, че дължината на скалата на секстанта е 1/6 от пълен кръг или 60 °.
Така че, като измерим височината над хоризонта на Слънцето или друга навигационна звезда, можем да изчислим географската ширина. На практика ще е необходимо да се допълнят получените показания с някои корекции, които отчитат грешките на инструмента, условията, часа и датата на измерванията.
Доскоро беше възможно да се определи точно географската дължина на дадено място чрез разликата между местния часов ъгъл на звездата и нейната стойност в момента на наблюдение за Гринуичкия меридиан само с помощта на хронометър. Първият хронометър е проектиран през 1735 г. от Д. Гарисън, но французинът оспорва приоритета на англичанина, като твърди, че съвременният хронометър е изобретен приблизително по същото време от техния сънародник Лероа.
Знаейки нашите координати, можем да поставим най-краткия и безопасен път до точката, от която се нуждаем, на картата. С помощта на транспортир, използвайки меридианите, отбелязани на картата, ще очертаем курса, по който трябва да плаваме. И как, говорейки померански, да легнете на този курс за вашия кораб? И от какво да мериш посоки към морето, като няма бреговевижда ли се?
Определянето на посоките в морето се е превърнало в най-важната задача за човек от първите опити за овладяване на водната стихия. И много отдавна хората разбраха, че е най-надеждно да правят това на повърхността на Земята, използвайки небесни ориентири. Първият такъв ориентир беше Слънцето. Разкривайки строгата закономерност на своето видимо дневно и годишно движение, още в древни времена кардиналните посоки започват да се определят от Слънцето.
Посоката изток-запад е била основната в древния свят. Омир разделя Земята на две части – източна (ден) и западна (нощ). С началото на християнската ера източната страна се свързва с очакваното второ идване на Христос и посоката, в която се намира библейският рай. До Средновековието обратното броене на посоките започва от изток.
Между другото, историците, които са изучавали скандинавските саги за пътуванията на викингите, са установили, че древните мореплаватели са знаели как да се ориентират по Слънцето, дори когато е било покрито от облаци. За да направят това, те погледнаха небето през специален "слънчев камък" - очевидно прозрачен минерал, който има поляризационни свойства и позволи да се определи в коя посока е Слънцето зад облаците.
Също така, много отдавна, наблюдавайки нощното въртене на небесния свод, пътниците забелязаха, че оста на това въртене минава много близо до звездата от съзвездието Малка мечка, звездата не е най-ярката в северната част на небето, но е забележителна с постоянството на местоположението си в нощното небе. Не е трудно да го намерите при ясно време - основното е да не бъркате Малката мечка с Голямата мечка, която трябва да се използва само като ориентир (фиг. 7).
Китайците нарекоха тази звезда „Единственото небе“, а по целия свят добавиха към името й „Пътеводител“. И когато се формира идеята за полюсите на Земята, разположени почти отгореЗвездата на Северния полюс стана известна като Поларис. Поради постоянството си в небето, Полярната звезда е била използвана в продължение на много векове както за изчисляване на географската ширина на мястото на наблюдателя, както говорихме по-рано, така и за броене на посоки.
В различни страни в миналото различните страни на света са били смятани за основни - изтокът в Древна Гърция, югът в Китай, където дори са казали за „Единното небе“, че то „гледа“ на юг (очевидно от север?). Съвременните навигатори броят от посоката към Северния полюс и дълго време се смяташе, че тази посока е към Полярната звезда.
Изглежда, защо капитанът на малък кораб се нуждае от всички тези „звездни мъдрости“? Всъщност е малко вероятно да се сдобиете със секстант и да се справите с таблици за превод, тъй като сте сравнително близо до брега. В края на краищата в наши дни има GPS достъпен дори за обикновен берач на гъби. Все пак си струва от време на време да вдигнете глава към небето.
Именно поради причината, че плувате в една и съща повече или по-малко локална зона, е доста лесно да „свържете“ позицията на Слънцето към кардиналните точки в различни часове на деня и годината. Ако запомните ежедневния му ход, може да свърши добра работа. Възможно е новата технология да се провали в най-решаващия момент (например поради баналното разреждане на батериите), а при липса на компас само Слънцето ще ви покаже пътя към дома - например, ако в тясна скела с монотонни брегове не можете да разберете къде е входът и къде е изходът (на реката, поне посоката на течението ще помогне!).
Както в случая с Полярната звезда, много дълго време хората вярваха, че стрелката на компаса също сочи право на север. Повечето историци на науката смятат, че китайците са изобретили компаса, въпреки че има мнение, че тойе бил използван от моряците на Средиземно море още по времето на Картаген и обикновено е бил пренесен на изток от войниците на Александър Велики.
Във всеки случай явлението магнетизъм е открито много преди нашата ера. Гърците свързват това явление с името на Херкулес, а китайците говорят за майчината любов на магнита към желязото. В Европа дори имаше поверие, че крайбрежните скали, направени от магнитна желязна руда, привличат към себе си кораби с железни части и могат да извадят закрепващи гвоздеи от корпусите им, което кара корабите да се разпадат и умират.
Съдейки по най-древното описание на компаса, достигнал до нас, това е яйцевидно парче магнетит, поставено в лъжица, лежаща върху полирана бронзова плоча. Магнетитът постави лъжицата по линията север-юг. Преди много векове се появиха конструкции, при които за намаляване на триенето магнитна игла беше окачена на конец, монтирана на върха на вертикална игла или плаваща в течност, прикрепена към поплавък. Между другото, можете сами да изградите последния вариант - децата ще бъдат възхитени!
Просто трябва да намагнетизирате игла или кламер (с постоянен магнит или с помощта на импровизиран индуктор от парче тънка жица и батерия), да залепите получената стрелка в парче корк и да я поставите в чаша с вода - най-простият компас е готов (фиг. 8).