Partneři - Lode.czPartneři - Lode.cz

SPS Praha
CERE
Loděnice Vltava

Úvod > Plavby


Navigace na moři
 
      Technická civilizace mění náš pohled na svět a každodenní zkušenost vytváří nereálný pohled. Dnešní děti vědí, že mrkev roste v supermarketech a koza je zvířátko z obrázkové knížky.

 
Pro většinu z nás je pohled na námořní navigaci podobný. Všichni vědí, že námořníci používají kompas (určí směr a plují). Ti znalejší používají navigační systém GPS a navigace je pro ně jednodušší jak obsluhovat kávovar. Na mapovém plotru určí cíl cesty a zapnou autopilota.

Ve Středozemním moři, kde vidíme z lodě na pevninu a pomoci se dovoláme z libovolného boku lodi to tak může fungovat. V situacích, kdy při plavbě přes oceán vypoví službu technická zařízení a volat můžeme tak maximálně do podpalubí, protože řvoucí moře nám stejně nic jiného nedovolí, vezmeme zavděk těmi zdánlivě primitivními metodami, které používali již naši předci.
Protože budeme chtít vědět nejenom, na které polokouli se nacházíme, nepoužijeme kamal či Jakubovu hůl, ale sextant.


Použití sextantu nám umožňuje získat polohu na moři s přesností lepší jak 2 NM (tedy s chybou okolo 3 km). My si zde popíšeme nejjednodušší metodu s využitím kulminace slunce v čase místního poledne.


Trochu teorie
Vzdálenost na moři se udává v námořních mílích (NM-nautical miles). NM byla stanovena jako 1' (oblouková minuta na rovníku). Budeme-li Zemi uvažovat jako kouli o obvodu 40 000km, pak námořní míli určíme jako vzdálenost, kterou vidíme pod úhlem právě 1 obloukové minuty ze středu Země. Tedy 40 000km :360° :60' = 40 000 : 21600 = 1,852 km. To je náš hrubý odhad.

Určit polohu na moři či na mapě se pak rovná úloze najít naši polohu jako průsečík poledníku s danou rovnoběžkou.
Rovnoběžky pomyslně řežou Zeměkouli vodorovně a hovoříme o zeměpisné šířce (latitude). Ta je severní (N - Nord kladné znaménko např. 15°N), nebo jižní (S - South záporné znaménko např. -20°S). Rovník má souřadnici 0°. Póly pak -90°S (jižní), 90°N (severní). Dvě rovnoběžky se nikde vzájemně neprotínají.
Poledníky pomyslně řežou Zeměkouli svisle. Nultý poledník prochází hvězdárnou v Greenwichy , v Anglii poblíž Londýna. Všechny poledníky se protínají na zeměpisných pólech. Při určování polohy hledáme příslušný poledník - zeměpisnou délku (longitude). Na východ od 0° tého poledníku jsou znaménka kladná např. 020°E (East - východ. Pro jednoznačnost se zeměpisná délka udává vždy jako tři číslice. Proto ta nula před dvacítkou). Na západ pak se znaménkem mínus. Např. -008°W (West- západ a opět tři číslice). Zeměpisná délka se měří v rozmezí 0-180°E a -180°- 0°W.




Jeden z možných zápisů polohy může vypadat takto:
15,34°N ; -021,54°W

Poledník dostal své jméno právě od poledne. Víme, že Slunce ráno při východu je nejníže (právě na obzoru a je skutečně na východě), pak stoupá. Když je na obloze nejvýše, je právě místní poledne (Slunce je na jihu). Pak opět klesá a v okamžiku západu je nejníže (opět na obzoru a na západě). O půlnoci je Slunce na straně "půlnoční" (s tím označením se dnes setkáváme ve starých pohádkách). Slunce je na severu, je noc.


Určení naší polohy podle Sluníčka

Zeměpisná délka
Země se kolem své osy otočí zhruba jednou za den (za 24h). Celý kruh je 360° . Za 1 hodinu Slunce na obloze urazí 360°:24 = 15°. Na 0° poledníku bude v pravé poledne Slunce nejvýše. Budeme-li se nacházet na 015° 30'E, mělo by Slunci trvat právě 1 hodinu a 2 minuty, než urazí na obloze právě těch 15° 30'. Tedy u nás nastane poledne o hodinu později, tedy v 13h a 2 minuty (měřeno ve světovém GMT čase). Je to logické. Bohužel Slunce se po obloze nepohybuje rovnoměrně, proto když změříme čas, kdy Slunce kulminovalo (bylo v poledne nejvýše), musíme podle data měření provést časovou korekci. O kolik, to nám řekne průběh časové rovnice (odchylka středního Slunce od pravého).

Časová rovnice
Vypadá to pěkně, ale realita je trochu záludnější. Ta záludnost vyplývá ze dvou skutečností. Země neobíhá po kruhové dráze, ale po elipse, proto se Slunce po obloze pohybuje během roku různě rychle (skutečnost je taková, že to opět není Slunce, ale Země, která obíhá okolo Slunce). V zimě je Země Slunci blíž (je to skutečně tak) a obíhá rychleji. V létě dál a obíhá pomaleji. Náš čas (na hodinkách) plyne rovnoměrně. Čas měřený podle polohy Slunce je nerovnoměrný. Proto ta korekce.

Druhá korekce je vynucena skutečností, že rovina ekliptiky (dráha Slunce) je vůči rovníku skloněna o 23,5°. Slunce šplhá po obloze vlastně do kopce a po slunovratu zpět (mění se deklinace). To je další důvod nerovnoměrnosti pohybu. Polohu místního poledne měříme v okamžiku, kdy je Slunce v daný den nejvýše. To ale neodpovídá poloze poledníku, měřeného pomocí našeho rovnoměrného času.
Ta situace je stejná jako kdybychom měřili rychlost našeho pohybu na mapě a šli přitom do kopce. Budeme sice nabírat výšku, ale vzdálenost na mapě se příliš měnit nebude. Když tou samou rychlostí půjdeme po rovině, naše rychlost měřeno na mapě se zvětší. Z tohoto pohledu se vlastně pohybujeme nerovnoměrně i když neustále šlapeme stejně rychle. S naším Sluníčkem je to stejné.

K určení zeměpisné délky (tedy na kterém poledníku se nacházíme) potřebujeme určit přesně místní poledne (okamžik, kdy je Slunce nejvýše) a podle časové rovnice provést korekci. Maximální odchylka může být ?16,5 minuty, tedy maximálně 460 km na rovníku. Přeci jen je to dost.

Jestliže Slunce kulminovalo v 13h 8minut a v časové rovnici podle data měření jsme našli -6 minut, pak správný čas kulminace byl

t = 13h 8min - 6 min = 13h 2min.

Longitude (zeměpisná délka) je tedy na 015°30'E.


K určení zeměpisné délky tedy potřebujeme:
? Přesné hodiny
? Sextant, pro změření výšky (úhlu) Slunce nad obzorem
? Povědomí o korekci pomocí časové rovnice



Průběh časové rovnice je znázorněn na následujícím obrázku.




Zeměpisná šířka
K určení zeměpisné šířky potřebujeme znát kromě výšky Slunce v pravé poledne také datum měření a trochu si započítáme. Důvod, proč to nebude tak jednoduché vyplývá z faktu, že Slunce během roku dostoupá na obloze vždy do jiné výšky. V létě jej máme výše nad hlavou a v zimě níže. To je třeba zohlednit. Proč to tak je vyplývá z toho, že zemská osa je skloněna vůči rovině ekliptiky (oběhu vůči Slunci) zhruba o 23.5°.

To ukazuje následující obrázek.




Díky tomuto sklonu zemské osy se mění tzv. deklinace Slunce v závislosti na datu. Nulová bude v den rovnodennosti a maximální (oněch 23,5°) v den slunovratu. To jsou právě ty okamžiky, kdy začíná jaro, léto, podzim a zima.
Je pravdou, že když je dostatek času (1 den) lze svoji polohu určit s přesností 20 km pouze pomocí hodinek, provázku a klacíku. Skutečně k tomu není víc zapotřebí. Když ovšem pospícháme najdeme si deklinaci v tabulkách. Je to průběh funkce sinus s maximální funkční hodnotou vyjádřenou ve stupních (23,44° jako maximum), a nezávisle proměnnou je čas (datum), kde celý kruh 360° rozdělíme do 1 roku.


To ukazuje následující obrázek.



Máme-li hodnotu deklinace pro dané datum pak se můžeme dát do počítání. Jestliže výška Slunce byla 63,8° a deklinace podle tabulek 17,5°, pak výpočet vypadá následovně:

Latitude (zeměpisná šířka) = 90°+ 17,5°- 63,8° = 43,7°N

Těch 90°je tam proto, že neměříme výšku Slunce od kolmice, ale od horizontu.

Námi určená poloha je
43,7°N 015,5°E



Je to jednoduché, ale je třeba si něco pamatovat

? Maximální výška (kulminace) Slunce nad obzorem v pravé poledne nám udává zeměpisnou šířku.
o Nutná korekce:
podle data měření, musíme v tabulkách najít deklinaci Slunce pro dané datum a provést korekci. (maximální možná oprava je ?23,5°)

? Čas místního poledne (kulminace Slunce) udává zeměpisnou délku (poledník), na kterém se nacházíme.
o Nutná korekce:
podle data měření, musíme v tabulkách najít opravu času podle časové rovnice. (maximální možná oprava je ?16,5 minuty)


Jak se na moři neztratit
Existuje pár zlatých pravidel jak se na moři neztratit

? Zůstat doma
? Když nás to přeci jen na loď láká, svěřit se do rukou zkušeného kapitána
? Nechceme-li dát jen na kapitána, naučit se používat dnes nejběžnější pomůcky - mapu a GPS
? Chceme-li tajům navigace přeci jen porozumět a využívat nejen Slunce, ale i hvězdy, hledat další informace pod hesly celestial navigation, time equation, siderial time, line of position, Nautical Almanac a další.

Přílohy: deklinace.xls | navigace.pps

Zájemce o hlubší vědomosti v oblasti navigace podle Slunce zveme na přednášku autora dne 25.11.04 v 16,15 do budovy ČVUT - FEL, Technická 2 v Praze 6, č.místnosti 132. Účast je zdarma.

bližší informace


online záznam z přednášky

Ing. Ladislav Sieger, CSc., foto autor

<< Předchozí

Přehled článků

Následující >>