Файл: Черниев, Л. Ф. Азбука судовождения.pdf

ципе совмещения в поле зрения наблюдателя трубы сек­ стана прямо видимого горизонта и дважды отраженного

от зеркал светила.

Секстан принадлежит к точным штурманским прибо­ рам (рис. 27). Он состоит из рамы 1, лимба 2, большого зеркала 8, малого зеркала 7, астрономической или зем­ ной трубы 10, алидады 3, бесконечного винта с отсчетным барабаном 4, светофильтров перед большим и ма­ лым зеркалами 6, 5, подъемного механизма 9. Большое зеркало перпендикулярно к плоскости лимба секстана и вращается вокруг оси, перпендикулярной к лимбу. Ма­ лое зеркало также перпендикулярно к плоскости лимба, но неподвижно. Оба зеркала установлены так, что их отражающие поверхности направлены друг к другу.

При измерении высоты наблюдатель смотрит через трубу на горизонт. Лучи от светила падают на большое зеркало, отражаются от него и падают на малое зерка­ ло. Затем отражаются от малого зеркала и попадают в поле зрения трубы. Такой ход лучей будет только при определенной установке большого зеркала, вращающе­ гося вокруг оси. В поле зрения трубы светило должно

100

быть совмещено с горизонтом. Когда дважды отражен­ ное изображение светила и горизонт совмещены, т. е. ус­ матриваются по одному направлению, то угол между направлениями на действительное светило и горизонтом равен удвоенному углу между зеркалами. Угол между зеркалами измеряют с помощью лимба. Так как оциф­ ровка штрихов на лимбе увеличена в два раза, то, сни­ мая отсчет с лимба, получают величину измеряемой вы­ соты светила.

Для определения места судна астрономическим спо­ собом необходимо знать истинную геоцентрическую вы­ соту светила, т. е. угол между плоскостью истинного го­ ризонта и направлением из центра Земли в центр свети­ ла. Высоты светил в море измеряют секстаном над ли­ нией видимого горизонта. Если наблюдают Солнце или Луну, то измеряют высоты нижнего края светила. Для того чтобы перейти от измеренной секстаном высоты к истинной, необходимо ввести ряд поправок, основные из которых следующие: астрономическая рефракция, накло­ нение видимого горизонта, радиус светила и параллакс.

Лучи от небесных светил, проходя через земную ат­ мосферу, преломляются. В атмосфере лучи идут по изо­ гнутой кривой, обращенной выпуклостью в сторону зенита. Поэтому у глаза наблюдателя возникают два направления: одно на истинное положение светила, а дру­ гое на его видимое место. Угол между этими направле­ ниями составляет астрономическую рефракцию. Она всегда как бы приподнимает светило. Величина астро­ номической рефракции зависит от высоты светила. У го­ ризонта, где луч проходит сравнительно большую тол­ щину атмосферы, рефракция достигает наибольшей ве­ личины — 35'. Эта величина почти равна видимому диа­ метру Солнца (32'). Если светило находится в зените, то его рефракция равна нулю, так как лучи от него па­ дают перпендикулярно атмосфере. Астрономическая ре­ фракция зависит от температуры, влажности и давле­

101

ния атмосферы, поэтому ее величина у горизонта часто колеблется и иногда достигает значительных отклоне­ ний. Астрономическая рефракция является наибольшей поправкой, и ею всегда исправляют измеренные высоты.

Вторая поправка — наклонение видимого горизонта, т. е. угол между плоскостью истинного горизонта и на­ правлением на видимый горизонт. Наклонение горизонта зависит от высоты глаза наблюдателя над уровнем мо­ ря. Чем больше высота глаза, тем больше наклонение горизонта, и наоборот. В числовой коэффициент накло­ нения горизонта входит величина, характеризующая земную рефракцию. Земная рефракция часто изменяет свою величину, а это влечет за собой изменение накло­ нения горизонта. Величина наклонения горизонта может изменяться в одну и другую сторону относительно зна­ чений, которые приведены в таблицах. Эта особенность понижает точность астрономического определения места судна в море.

Как уже говорилось ранее, у светил, имеющих боль­ шой видимый угловой диаметр (Солнце, Луна), измеря­ ют высоты нижнего края диска. Для расчетов необходи­ мо знать высоту центра светила. Поэтому измеренную высоту исправляют поправкой за угловую величину ради­ уса и получают высоту центра светила. Значение угло­ вой величины радиуса светила берут из Морского астро­ номического ежегодника (МАЕ). Это навигационное пособие, необходимое штурману для расчетов астрономи­ ческих определений места судна и поправки компаса. Ежегодник составляет и разрабатывает Ленинградский институт теоретической астрономии Академии наук

СССР, а издает главное управление навигации и океанографии МО. В МАЕ приводятся данные о положении светил на все даты года и на целые часы гринвичского времени, а это дает возможность вычислять положения светил на любое время; различные таблицы упрощают расчеты при определении места судна.

102

Рис. 28. Круг равных высот

В Ежегоднике все координаты светил отнесены к центру Земли. Наблюдатель измеряет высоты светил с поверхности Земли, поэтому в положении светил возни­ кают кажущиеся смещения. Это явление называют па­ раллаксом. Для того чтобы измеренные высоты привести к центру Земли, их исправляют поправкой за параллакс.

В чем заключается идея астрономического определе­ ния места судна в море по линиям равных высот?

Если во время измерения высот двух каких-либо све­ тил заметить моменты по хронометру, который установ­ лен по гринвичскому времени, то с помощью МАЕ мож­ но вычислить их гринвичские часовые углы irpi и Ар2> а

также склонения этих светил 6i и 62, т. е. небесные коор­ динаты, указывающие положение светил на небесной сфере. Так, гринвичский часовой угол—дуга небесного экватора от гринвичского меридиана до меридиана све­ тила, а склонение — дуга меридиана светила от небесно­

го экватора до светила.

Изобразим Землю и небесную сферу так, чтобы их центры находились в центре Земли 0 (рис. 28). Дуга

Ю З

qq' — земной, а дуга QQ' — небесный экваторы. Точки Pn и Pn соответственно будут земной полюс и полюс мира. В точке Гр находится Гринвич, а его зенит — на небесной сфере в точке Zrp. На Земле гринвичский мери­ диан изображается дугой р^ Грд, а на небесной сфере — меридиан, проходящий через зенит Гринвича Pn Zrp Q. Рассмотрим на небесной сфере светило, находящееся в точке А. Проекцию этого светила на земную поверх­ ность (точка а) принято называть полюсом освещения.

Теперь измерим секстаном высоту светила А и вы­ числим его зенитное расстояние 2 = 9 0 °—h. После этого, приняв за центр полюс освещения а светила А, постро­ им окружность со сферическим радиусом, равным полу­ ченному зенитному расстоянию. Все точки этой окруж­ ности обладают тем свойством, что они будут равно удалены от полюса освещения на расстояние 2 = 9 0 °—h.

Из этого вытекает важный практический вывод, а именно: если измерять высоты светила А из любой точ­ ки окружности ai Рь то все высоты будут равны между собой. Такая особенность свойственна только точкам этой окружности, поэтому ее называют окружностью равных высот. В дальнейшем, как это принято в судо­ вождении, ее будем называть кругом равных высот, или кругом равных зенитных расстояний.

Итак, если измерить высоту светила А и вычислить его зенитное расстояние 2, затем из полюса освещения а сферическим радиусом, равным полученному зенитному расстоянию, провести круг, то можно утверждать, что место судна находится где-то на этом круге равных вы­ сот. Но это еще не определяет точное место судна.

Необходимо еще измерить вусоту второго светила, вычислить его зенитное расстояние и, воспользовавшись им, провести второй круг равных высотОчевидно, что судно должно находиться и на этом круге.

Удовлетворить условию, чтобы судно одновременно находилось на обоих кругах равных высот, возможно

J 04

только в том случае, если судно будет находиться в точ­ ке пересечения этих кругов. Но круги равных высот пе­ ресекаются в двух точках, расстояние между которыми очень большое и исчисляется тысячами миль, например, если одна точка находится в Тихом океане, то другаяможет оказаться в Атлантическом или даже где-то наматерике. В какой именно точке находится в данный мо­ мент судно, всегда подскажут счислимые координаты,, так как ошибка в счислении редко достигает 30—401 миль.

Все рассмотренные построения для определения мес­ та судна легко выполнить на земном глобусе. Чтобы на него нанести полюс освещения, необходимо знать коор­ динаты: широту и долготу. Так как светила по отноше­ нию к своим полюсам освещений находятся в зените,, то небесные координаты светил, и географические коор­ динаты полюса освещения будут иметь следующую за­ висимость: географическая широта равна склонению, а1 долгота — гринвичскому часовому углу светила. Скло­ нение светила и гринвичский часовой угол, как ранее упоминалось, рассчитывают с помощью МАЕ по заме­ ченному времени хронометра в момент наблюдений.

После нанесения полюсов освещений на земном гло­ бусе необходимо вокруг них начертить круги равных вы­ сот с радиусами, равными зенитным расстояниям изме­ ренных светил. Ближайшая к счислимому месту точка пересечения кругов равных высот будет действительным местом судна, т. е. обсервованной точкой.

Чтобы построить круги равных высот на земном гло­ бусе с учетом необходимой точности в V дуги, потребу­ ется большая сфера, диаметром примерно около 7 м. Та­ кие размеры земного глобуса практически не позволяют работать с ним. Удобнее пользоваться имеющимися на судне морскими картами, на которых ведется прокладка.

На морских картах вблизи счислимого места судна часть круга равных высот заменяют прямой, которую

105

Рнс. 29. Графические по­ строения высотных ли­ ний положения при аст­ рономических определе­ ниях места судна

называют высотной линией положения. Все построения на карте выполняют от счислимого места судна.

Сущность построения высотной линииположения на карте заключается в следующем (рис. 29). От счислимой точки в направлении полюса освещения светила, которое определяется азимутом светила, откладывают разность между истинной, т. е. полученной из наблюдений, и счис­ лимой высотами. Счислимая высота вычисляется по специальным формулам для счислимого места судна. В конце отложенного отрезка разности высот наносят точку, которую называют определяющей. Через эту точ­ ку проводят линию, перпендикулярную направлению на полюс освещения. Полученная линия и есть высотная

.линия положения. Если такое построение выполнить для второго светила, то в результате получим вторую линию положения. Точка пересечения этих двух линий положе­ ния будет обсервованным местом судна. У обсервованного места судна на карте записывают судовое время в момент наблюдений и отсчет лага. Дальнейшее счис­ ление пути ведут от полученной обсервованной точки.

Такова общая идея определения места судна по вы­ сотным линиям положений. В практике астрономических

106

Рис. 30. Звездный глобус

определений места судна наблюдения часто проводят так, чтобы одно из наблюдаемых светил находилось в меридиане, вблизи меридиана или являлось Полярной звездой. Частные случаи выгодны тем, что в них значи­ тельно сокращается объем вычислений и, следовательно, меньше затрачивается времени для получения оконча­ тельного результата. Например, если для вычисления и

Для определения места судна штурман днем измеря­ ет высоты Солнца, а вечером и утром, когда хорошо ви­ ден горизонт, — высоты звезд и планет. Это время совпа­ дает с сумерками. Хорошо видны планеты и яркие звез­ ды, но не всегда их удается опознать и определить на­ звания, особенно если часть неба покрыта облаками. В таких случаях штурман пользуется звездным глобу­ сом, который помогает ему определить названия звезд и планет, подобрать звезды для наблюдений и заранее приближенно определить их высоту и направления.

Звездный глобус (рис. 30) — это пустотелый шар, изображающий небесную сферу с нанесенными на нем основными кругами, линиями и положениями звезд. Для определения, например, названия звезды штурман по

107