Морехідна астрономія

Морех про дная астрон про мія, розділ практичної астрономії , Що задовольняє потреби судноводіння. Предметом М. а. є розробка способів визначення за небесними світилами і навігаційним штучним супутникам Землі (див. навігаційний супутник ) Місця судна в море і поправки приладів курсоуказанія. М. а. входить до складу науки про судноводінні .

Визначення місця судна в море, т. Е. Його географічної широти j і довготи l, проводиться за допомогою вимірювання висот світил над видимим морським горизонтом або над площиною штучного горизонту, створюваного на судні різними способами. Застосування кутомірних приладів з штучним горизонтом розширило можливості визначення місця судна астрономічними способами, а також підвищило точність вимірювання висот і світил.

Кожне значення h істинної висоти світила (див. небесні координати . ) Дозволяє отримати одне рівняння для визначення координат судна, тому для визначення місця судна в море необхідно не менше двох вимірювань висот світил. Рішення сферичного трикутника з вершинами в полюсі світу, зеніті спостерігача і місце світила, т. Е. Так званого параллактического трикутника , Призводить до рівняння:

sin h = sin j × sin d + cos j × cos d × cos (t гр + l), (1)

де d і t гр -склоненіе і грінвічський годинний кут світила відповідно. Величини d і t гр вибираються з морського астрономічного щорічника на момент спостережень. Довгота l відлічується на схід від Гринвічем меридіана: t гр + l = t м є місцевий годинний кут світила. Коли світило знаходиться на меридіані спостерігача у верхній кульмінації (t м = 0), то рівняння (1) дає наступне рішення: j = d ± (90 ° - Н), де Н - висота світила у верхній кульмінації, т. Н. меридіанального висота; знак мінус береться в разі кульмінації світила до С. від зеніту.

Якщо рівняння (1) вирішити відносно t м, то вийде такий вираз:

cos t м = sin h × sec j × sec d - tg j × tg d. (2)

Знаючи широту j свого місця, можна за формулою (2) отримати і довготу l = t м - t гр.

За двома вимірами висот можна визначити і широту, і довготу місця; при більшій кількості вимірів можна також оцінити і точність виробленого визначення. Користуючись т. Н. счислімим місцем судна, т. е. координатами (jе, l е) місця, знайденими графічно або аналітично за курсом і пройденого відстані, можна кожне з отриманих рівнянь представити у вигляді рівнянь помилок або геометрично тлумачити його як висотну лінію положення. Рівняння лінії положення має вигляд:

D h = Dj × cos A + DW × sin A. (3)

Для побудови лінії положення поєднують численне місце корабля (jе, l е) з початком координат (див. Рис.) І відкладають по одній осі приріст широти Dj, а по інший - приріст відходу D W = Dl × cos j. Якщо відкласти від счислимого місця у напрямку, який визначається азимутом А світила, різниця D h = h - he між висотою світила, знайденою з спостережень, і його численне висотою, обчисленої по счислімим координатами, то знайдеться точка К, звана визначальною точкою. Лінія положення проходить через визначальну точку у напрямку, перпендикулярному азимуту світила.

Місце судна визначається точкою перетину двох ліній положення, постійних і спостережуваних двох світил. У разі більшого числа спостережень лінії положення, як правило, не перетинаються в одній точці, а утворюють фігуру похибки. Вероятнейшее місце судна може бути знайдено по цій фігурі або графічними прийомами, або аналітично.

Визначення поправки приладів курсоуказанія проводиться порівнянням наблюденниє пеленга на світило з азимутом А цього світила, розрахованим за відомим його відміні d, годинному куту t м = t гр + l і широті місця спостереження. Азимут А може бути обчислений за формулою:

ctg A = cos j · tg d · cosec t м - sin j · ctg t м. (4)

У тих випадках, коли одночасно з пеленгацією світила вимірюється і його висота, азимут може бути розрахований по одній з формул:

sin A = cos d · sin t м · sec h, (5)

cos A = sec j · sin d · sec h - tg j · tg h. (6)

Для розрахунку азимута світила видані спеціальні таблиці.

Висота світила над видимим морським горизонтом вимірюється секстантом (Секстаном).

Відлік, отриманий на лімбі секстанта, для визначення висоти світила h над істинним горизонтом виправляється шляхом введення інструментальної поправки секстанта, поправки індексу і поправок, що враховують нахил видимого горизонту, рефракцію, полудіаметр світила і його паралакс.

Історична довідка. Уже в далекій давнині для орієнтування на незнайомій місцевості і визначення напрямку шляху використовувалися спостереження небесних світил. Зростання промисловості і торгівлі і пов'язане з цим розширення мореплавання призвели до розпочатого в 15 в. розвитку методів і конструювання приладів для визначення місця судна у відкритому морі. Широке поширення набули астрономічні інструменти, пристосовані для спостережень світил на суднах, - градштокі, відбивні квадранти , астролябії , армілярні сфери . Були обчислені ефемериди Сонця і планет, необхідні при виконанні спостережень. В цей час з астрономічних спостережень вміли визначати тільки широту місця. У 16-17 вв. були висловлені ідеї визначення довготи, засновані на спостереженнях кутових відстаней між Місяцем і зірками і затемнень супутників Юпітера. Точний метод визначення довготи місця, в основі якого лежить обчислення різниці між місцевим годинним кутом світила і його значенням на момент спостережень для меридіана Грінвіча (l = t м - t гр), увійшов в практику М. а. лише у 2-й половині 18 ст., коли був сконструйований хронометр.

З початку 19 ст. розробляється теорія спільного визначення широти і довготи місця; в 1808 ньому. математик К. Гаусс запропонував метод, що вимагає рішень 5 рівнянь; в 1824 рус. геодезист Ф. Ф. Шуберт опублікував оригінальний метод спільного визначення j і l. Однак ці методи виявилися незручними для практичного застосування. У 1843 американський моряк Т. Сомнера опублікував спосіб визначення місця судна, заснований на тому, що изолиния, відповідна значенню виміряної висоти, т. Е. Коло рівних висот, на невеликому протязі зображується на карті прямою лінією (див. Сомнера спосіб ). Висотні лінії положення він будував по точках їх перетину з двома паралелями, близькими до паралелі счислимого місця. Російський військовий моряк А. А. Акімов запропонував (опублікував в 1849) інший спосіб побудови лінії положення - по одній точці її перетину з счислімим паралеллю і по її напрямку; при цьому вперше було використано властивість перпендикулярності висотної лінії положення до напряму на світило. У 1875 французький моряк М. Сент-Ілер запропонував спосіб проведення висотної лінії положення через визначальну точку перпендикулярно напрямку на світило. Цей метод використовується і в 20 ст. Велике значення в розробці сучасних методів М. а. і в послідовному застосуванні узагальненого методу ліній положення до вирішення астрономічних завдань мають роботи радянських учених Н. Н. Матусевича і В. В. Каврайського.

Літ .: Матусевич М. М., Морехідна астрономія, П., 1922; Білобров А. П., Морехідна астрономія, Л., 1954; Курс кораблеводіння, т. 1-6, Л., 1958-68; Космічні маяки і навігації, [М.], 1964; Dutton's. Navigation and piloting, 2 ed., Annapolis, 1958; Kershner RB, Transit program results, «Asronautics», 1961, v. 6, № 5.

А. Н. Мотрохов.

Мал. до ст. Морехідна астрономія.