Жердің бойлық координатын анықтау үшін хронометрді пайдалану әдісі

Кіріспе

Хронометрлік бойлық – 18 ғасырдың бірінші жартысында Джон Харрисон жасаған теңіз хронометрі арқылы бойлықты анықтаудың навигациялық әдісі. Бұл әдіс, кез келген аспан денесінің секстанты арқылы бақыланған позициялық сызығы бақылаушының болжамды ендігін кесіп өтетін бойлықты есептеудің астрономиялық тәсілі болып табылады. Позициялық сызықты есептеу үшін бақылау уақыты белгілі болуы керек, яғни аспан денесінің Гринвич сағаты бұрышы (Гринвичтен батысқа қарай өлшенетін аспан ұзындығы) және ауытқуы (аспан ендігі, экватордан солтүстікке немесе оңтүстікке қарай өлшенетін) белгілі болуы керек. Бір ғана бақылаудан бір ғана позициялық сызық алынады, оны күндіз, теңіз көкжиегі мен күн көрінетін кезде кез келген уақытта жүргізуге болады. Нақты орны анықтау үшін бірнеше аспан денесі мен теңіз көкжиегін көру қажет. Бұл әдетте таңертең және кешке ғана мүмкін болады. Теңіз көкжиегі мен аспан денесі арасындағы бұрыш секстантпен өлшеніп, уақыты тіркеледі. Секстант көрсеткіші "секстант биіктігі" деп аталады, ол кестелерді пайдаланып "нағыз биіктікке" түзетіледі. Аспан денесінің нақты ауытқуы мен сағаттық бұрышы, өлшеу уақытына сәйкес астрономиялық кестелерден табылып, "нағыз биіктікпен" бірге болжамды ендікпен формулаға енгізіледі. Бұл формула "нақты сағаттық бұрышты" есептейді, ол болжамды бойлықпен салыстырылып, оған түзету енгізеді. Бұл түзету болжамды орнына қолданылады, содан кейін түзетілген бойлықта болжамды ендік арқылы позициялық сызық жүргізіледі, бұл сызық аспан денесінің азимутына (бағытына) 90° бұрышпен орналасады. Бақылаушының орны позициялық сызық бойындағы бірде-бір нүктеде болуы мүмкін, міндетті түрде анықталған бойлықта емес. Егер екі немесе одан көп бақылау бірнеше минуттың арасында жасалса, "нақты орны" анықтап, позициялық сызықтардың қиылысқан жерінде бақылаушының орны белгіленеді. Аспан денесінің азимуты (бағыты) астрономиялық кестелерді пайдаланып анықталады, оған уақытты да білу қажет. Осыдан кеме жүргізушіге уақытты өте дәл білу қажеттігі көрінеді, себебі байқалатын аспан денесінің орны да сондай дәлдікпен белгілі болуы керек. Күннің орны градустар мен минуттармен экватордан солтүстікке немесе оңтүстікке, ал Гринвичтен шығысқа немесе батысқа қарай беріледі, ағылшыздар оны Бастапқы Меридиан деп атады. Дәл хронометрге зор қажеттілік 18 ғасырдың ортасында ағылшын Джон Харрисонның кемедегі стандартты уақыт өлшегіш ретінде танымал болған H4 үлгісін жасауымен қанағаттандырылды. Франция сияқты көптеген елдер өздерінің бағдарлық бойлықтарын стандарт ретінде ұсынды, бірақ әлемдік кеме жүргізушілер британдықтардың кестеленген бағдарлық бойлықтарын қабылдады. Британдықтар қабылдаған анықтамалық бойлық Бастапқы Меридиан деп аталды және қазір көптеген елдер оны барлық бойлық өлшеулерінің бастапқы нүктесі ретінде қабылдайды. 0 градус бойлықтағы Бастапқы Меридиан Англияның Гринвич қаласындағы Корольдік обсерваториядан өтетін меридиан бойымен жүреді. Бойлық Бастапқы Меридианнан шығысқа және батысқа қарай өлшенеді. "Хронометрлік бойлықты" анықтау үшін кеме жүргізушіге Бастапқы Меридианның жергілікті уақытына орнатылған хронометр қажет. Бастапқы Меридианның жергілікті уақыты тарихи түрде Гринвич орта уақыты (GMT) деп аталды, бірақ қазір халықаралық сезімталдыққа байланысты Координацияланған әмбебап уақыт (UTC) деп қайта аталды және ол "зулу уақыты" деп белгілі.

Longitude by chronometer is a method, in navigation, of determining longitude using a marine chronometer, which was developed by John Harrison during the first half of the eighteenth century. It is an astronomical method of calculating the longitude at which a position line, drawn from a sight by sextant of any celestial body, crosses the observer's assumed latitude. In order to calculate the position line, the time of the sight must be known so that the celestial position i. e. the Greenwich Hour Angle (Celestial Longitude measured in a westerly direction from Greenwich) and Declination (Celestial Latitude measured north or south of the equational or celestial equator), of the observed celestial body is known. All that can be derived from a single sight is a single position line, which can be achieved at any time during daylight when both the sea horizon and the sun are visible. To achieve a fix, more than one celestial body and the sea horizon must be visible. This is usually only possible at dawn and dusk. The angle between the sea horizon and the celestial body is measured with a sextant and the time noted. The Sextant reading is known as the 'Sextant Altitude'. This is corrected by use of tables to a 'True Altitude'. The actual declination and hour angle of the celestial body are found from astronomical tables for the time of the measurement and together with the 'True Altitude' are put into a formula with the assumed latitude. This formula calculates the 'True Hour Angle' which is compared to the assumed longitude providing a correction to the assumed longitude. This correction is applied to the assumed position so that a position line can be drawn through the assumed latitude at the corrected longitude at 90° to the azimuth (bearing) on the celestial body. The observer's position is somewhere along the position line, not necessarily at the found longitude at the assumed latitude. If two or more sights or measurements are taken within a few minutes of each other a 'fix' can be obtained and the observer's position determined as the point where the position lines cross. The azimuth (bearing) of the celestial body is also determined by use of astronomical tables and for which the time must also be known. From this, it can be seen that a navigator will need to know the time very accurately so that the position of the observed celestial body is known just as accurately. The position of the sun is given in degrees and minutes north or south of the equational or celestial equator and east or west of Greenwich, established by the English as the Prime Meridian. The desperate need for an accurate chronometer was finally met in the mid 18th century when an Englishman, John Harrison, produced a series of chronometers that culminated in his celebrated model H 4 that satisfied the requirements for a shipboard standard time keeper. Many nations, such as France, have proposed their own reference longitudes as a standard, although the world’s navigators have generally come to accept the reference longitudes tabulated by the British. The reference longitude adopted by the British became known as the Prime Meridian and is now accepted by most nations as the starting point for all longitude measurements. The Prime Meridian of zero degrees longitude runs along the meridian passing through the Royal Observatory at Greenwich, England. Longitude is measured east and west from the Prime Meridian. To determine "longitude by chronometer," a navigator requires a chronometer set to the local time at the Prime Meridian. Local time at the Prime Meridian has historically been called Greenwich Mean Time (GMT), but now, due to international sensitivities, has been renamed as Coordinated Universal Time (UTC), and is known colloquially as "zulu time".

Ұзындығы бойынша түскі көрініс

Түскі уақыттағы көріністер бақылаушының ендігін анықтайды. Орташалау әдістерін қолданбаса, түскі көрініс арқылы бойлықты дәлдікпен анықтау мүмкін емес. Түскі уақыттағы көрініс – меридиандық биіктік деп аталады. Нақты уақытты білмей, түскі уақытта бақылаушының ендігін анықтау өте оңай болғанымен, түскі уақытта бойлықты дәл өлшеу мүмкін емес. Күннің биіктігі түскі уақытта өте баяу өзгеретіндіктен, күннің ең жоғары нүктесін тікелей бақылау арқылы анықтау мүмкін емес, демек, оның кульминация сәтінде дәл бойлықты алу да мүмкін емес. Дегенмен, күннің кульминацияға дейін және кейін көтерілуі мен батуы кезіндегі бақылау уақыттарының орташа мәнін есептеу арқылы бойлықты анықтауға қанағаттанарлық дәлдікке қол жеткізуге болады. Жергілікті түске (кульминацияға) 15-30 минут бұрын секстантымен өлшеу жасап, уақытын тіркеп, содан кейін секстанты бұрышын өзгеріссіз қалдырып, күннің ең жоғары биіктігінен төмен түскен сәтін, жарты сағаттан бір сағатқа дейін аралықта байқау арқылы екі уақыттың орташасын шығарып, навигация үшін жеткілікті дәлдіктегі (ішінде) бойлықты анықтауға болады.

Процеске түзетулер

Өкінішке қарай, Жер Күнді толық дөңгелек орбитамен айналып өтпейді. Жердің Күнді айналатын орбитасының эллипстік болуына байланысты, Күннің Жерді айналатын көрінетін орбитасының жылдамдығы жыл бойы өзгереді, бұл оның аздап жылдамдауына және баяулауына себеп болады. Осының салдарынан, Гринвич меридианындағы түс 12:00 UTC-ге өте сирек, тіпті ешқашан дәл келмейді, бірақ ол әр күні осы уақыттан бірнеше минут және секунд бұрын немесе кейін болады. Бұл шамалы күнделікті өзгеріс есептелген және "Теңдік теңдеуі" деген тақып астында жылдық теңіз альманахинде тізімделген. Есептеудің дәлдігін арттыру үшін бұл ауытқу жергілікті түстің UTC уақытына қосылуы немесе одан алынуы керек. "Теңдік теңдеуі" түзетуін және орташаланған көтерілу/түсу ортаңғы уақыттарын бірге қолдану дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Уақытты орташаламау жағдайында, Күннің аспандағы доғасының жалпақтауына байланысты жергілікті түстің нақты уақытын анықтаудағы қиындықтар есептеудің дәлдігін төмендетеді. Басқа да астронавигациялық әдістер, теңіз альманахисі мен көру кестелерін кеңінен пайдалануды қамтиды, сонымен қатар навигаторлар күнің әртүрлі уақыттарында бойлықты анықтау үшін пайдаланады.