Введение

Угол на горизонтальной плоскости между магнитным севером и истинным севером.

Магнитное склонение (также называемое магнитной вариацией) — это угол между магнитным севером и истинным севером в определенной точке на поверхности Земли. Этот угол может изменяться со временем из-за полярного блуждания. Магнитный север — это направление, на которое указывает северный конец намагниченной стрелки компаса, что соответствует направлению линий магнитного поля Земли. Истинный север — это направление вдоль меридиана к географическому Северному полюсу. Более формально, Боудич определяет вариацию как «угол между магнитными и географическими меридианами в любой точке, выраженный в градусах и минутах к востоку или западу для указания направления магнитного севера от истинного севера. Угол между магнитными и условными меридианами называется углом магнитного склонения в условной системе координат, условной вариацией или гривацией». По соглашению, склонение считается положительным, когда магнитный север находится восточнее истинного севера, и отрицательным — когда западнее. Изогонические линии — это линии на поверхности Земли, вдоль которых склонение имеет одно и то же постоянное значение, а линии, вдоль которых склонение равно нулю, называются агоническими линиями. Строчная греческая буква δ (дельта) часто используется как символ магнитного склонения. Термин «магнитное отклонение» иногда используется в широком смысле для обозначения того же, что и магнитное склонение, но более точно он относится к погрешности показаний компаса, вызванной находящимися поблизости металлическими объектами, такими как железо на борту судна или самолета. Магнитное склонение не следует путать с магнитным наклонением, также известным как магнитное погружение, которое представляет собой угол, под которым линии магнитного поля Земли пересекают горизонтальную плоскость.

Изменение деклинации с течением времени и местоположения

Магнитная деклинация варьируется как от места к месту, так и с течением времени. Например, при движении по восточному побережью Соединенных Штатов, деклинация изменяется от 16 градусов к западу в штате Мэн до 6 градусов во Флориде, 0 градусов в Луизиане и 4 градусов к востоку в Техасе. В Лондоне, Великобритания, деклинация составляла один градус к западу (2014), уменьшившись до нуля к началу 2020 года. Сообщения об измеренных значениях магнитной деклинации в отдаленных местах стали обычным явлением в XVII веке, а Эдмунд Галлей составил карту деклинации Атлантического океана в 1700 году. В большинстве районов пространственные изменения отражают неровности потоков в глубине Земли; в некоторых районах залежи железной руды или магнетита в земной коре могут существенно влиять на деклинацию. Аналогично, долгосрочные изменения этих потоков приводят к медленным изменениям напряженности и направления поля в одной и той же точке на Земле. Магнитная деклинация в данной области может (и, скорее всего, будет) медленно меняться со временем, возможно, всего на 2–2,5 градуса за столетие или около того, в зависимости от места измерения. Для местоположений, близких к полюсу, таких как Ивуживик, деклинация может изменяться на 1 градус каждые три года. Это может быть несущественно для большинства путешественников, но может иметь значение при использовании магнитных пеленгов со старых карт или направлений (румбов) в старых документах для точного определения местоположения. В качестве примера изменения деклинации со временем, смотрите две карты одной и той же области (западная часть пролива Лонг-Айленд-Саунд), снятые с интервалом в 124 года. На карте 1884 года показана деклинация 8 градусов 20 минут к западу. На карте 2008 года – 13 градусов 15 минут к западу.

Измерение поля

Магнитное склонение в любом конкретном месте можно измерить непосредственно по отношению к небесным полюсам — точкам на небе, вокруг которых кажутся вращающимися звезды, указывающим направление истинного севера и истинного юга. Прибор, используемый для выполнения этого измерения, называется деклинометром. Приблизительное положение северного небесного полюса указывает Полярная звезда. В северном полушарии, следовательно, склонение можно приблизительно определить как разницу между магнитным азимутом и визуальным азимутом на Полярную звезду. Поскольку Полярная звезда в настоящее время описывает окружность радиусом 0,73° вокруг северного небесного полюса, точность этого метода составляет около градуса. На высоких широтах отвес полезен для прицеливания по Полярной звезде на ориентир, расположенный близко к горизонту, с которого можно определить ее азимут.

Определение по картам

Грубая оценка местного магнитного склонения (в пределах нескольких градусов) может быть получена из общей изогонической карты мира или континента, как показано на примерах выше. Изогонические линии также отображаются на авиационных и морских картах. На картах большего масштаба может быть указано текущее местное склонение, часто с помощью схематической диаграммы. Если изображаемая область достаточно велика, склонение может заметно изменяться по площади карты, поэтому данные могут быть привязаны к конкретному месту на карте. Также может быть указана текущая скорость и направление изменения склонения, например, в угловых минутах в год. На той же диаграмме может быть показан угол направления на север по сетке (направление линий сетки карты, ориентированных с севера на юг), который может отличаться от истинного севера. Например, на топографических картах Геологической службы США (USGS) диаграмма показывает взаимосвязь между магнитным севером в рассматриваемой области (обозначенным стрелкой "MN") и истинным севером (вертикальной линией с пятиконечной звездой наверху), с указанием рядом с углом между стрелкой MN и вертикальной линией величины склонения и этого угла в градусах, угловых минутах или в обеих единицах. Однако сама диаграмма не является точным изображением указанного значения склонения, а преднамеренно преувеличена картографом для лучшей читаемости.

Модели и программное обеспечение

Всемирная эмпирическая модель глубоких потоков, описанная выше, позволяет описывать и прогнозировать особенности магнитного поля Земли, включая магнитное склонение для любой заданной точки в любой момент времени в течение определенного периода. Одной из таких моделей является Всемирная магнитная модель (WMM), разработанная США и Великобританией. Она построена на основе всей информации, доступной картографам в начале пятилетнего периода, для которого она предназначена. Модель отражает высокую предсказуемость изменений и обычно более точна, чем карта, которая, вероятно, устарела на несколько месяцев или лет. Для исторических данных могут использоваться модели IGRF и GUFM. Инструменты для работы с такими моделями включают: веб-приложения, размещенные в Национальном геофизическом центре данных, подразделении Национального управления океанических и атмосферных исследований США; демонстрационная программа на C для WMM, разработанная Национальным агентством геопространственной разведки, а также различные сторонние реализации. Модели WMM, IGRF и GUFM описывают только магнитное поле, излучаемое на границе ядро-мантия. На практике магнитное поле также искажается земной корой, что проявляется в виде магнитных аномалий. Для более точных оценок можно использовать более сложную модель, учитывающую структуру земной коры, такую как Расширенная магнитная модель. (Сравнение контуров склонения представлено на цитируемой странице.)

Ротационные компасы

Магнитный компас указывает на магнитный север, а не на географический (истинный) север. Компасы, обычно используемые для пеших походов (например, с базовой пластиной или угломерный компас), оснащены диском или вращающейся рамкой, которая поворачивается на 360 градусов и не связана с магнитной стрелкой. Чтобы вручную установить поправку на истинный север, рамку поворачивают до тех пор, пока желаемое количество градусов не окажется между отметкой N (север) на рамке и направлением (восток или запад) магнитного севера, указываемым намагниченным концом стрелки (обычно окрашенным в красный цвет). Затем весь компас поворачивают, пока магнитная стрелка не окажется внутри ориентировочной стрелки или ограничительной рамки на дне капсулы, а показания курса (в градусах) отображаются у основания стрелки направления движения на базовой пластине. Таким образом скорректированный компас обеспечивает определение курса относительно истинного севера, а не магнитного севера, пока он находится в пределах области на одной и той же изогонической линии. На изображении справа отметка N на рамке совмещена с направлением, указанным магнитным концом стрелки компаса, с учетом местной поправки (10 градусов к востоку от магнитного севера). Таким образом, стрелка направления движения на базовой пластине указывает на истинный северный курс. После определения местной поправки, вращающийся диск компаса можно настроить для отображения истинного севера, наклеив или нарисовав небольшую дельта-точку или наконечник стрелы на базовой пластине компаса к западу или востоку от магнитного севера, указывающего на истинный север на рамке компаса. Другие компасы этой конструкции используют регулируемый механизм поправки, встроенный во вращающуюся рамку, что обеспечивает отображение истинного севера каждый раз, когда стрелка совмещается с ориентировочной стрелкой.

Плавучие компасы с магнитными картами

Компасы, использующие плавающий магнитный циферблат или карту, обычно встречаются в морских компасах и в некоторых моделях, используемых для наземной навигации, оснащенных линзовой или призматической системой прицеливания. Компас с плавающей картой всегда показывает пеленги относительно магнитного севера и не может быть скорректирован на магнитное склонение. Истинный север необходимо вычислить, добавляя или вычитая местное магнитное склонение. Пример слева демонстрирует типичное преобразование магнитного пеленга, полученного с помощью компаса с плавающей картой, в истинный пеленг путем добавления магнитного склонения. В данном примере склонение равно 14° в. д. (+14°). Если же склонение составляет 14° з. д. (−14°), то его все равно следует добавить к магнитному пеленгу для получения истинного пеленга: 40° + (−14°) = 26°. И наоборот, местное склонение вычитается из истинного пеленга для получения магнитного пеленга. При местном склонении 14° в. д., истинный пеленг (то есть полученный с карты) 54° преобразуется в магнитный пеленг (для использования в полевых условиях) путем вычитания склонения: 54° – 14° = 40°. Если местное склонение составляет 14° з. д. (−14°), оно также вычитается из истинного пеленга для получения магнитного пеленга: 54° – (−14°) = 68°.

Отклонение

Магнитное отклонение — это угол между заданным магнитным курсом и соответствующей отметкой компаса. Отклонение считается положительным, если отметка компаса (например, север компаса) находится правее соответствующего магнитного курса (например, магнитного севера), и наоборот. Например, если лодка ориентирована по магнитному северу, а северная отметка компаса указывает на 3° восточнее, то отклонение составляет +3°. Величина отклонения различна для каждого компаса в одном и том же месте и зависит от таких факторов, как магнитное поле судна, наличие часов и других предметов. Значение также меняется в зависимости от ориентации судна. Отклонение можно корректировать с помощью магнитов и/или железных масс, чтобы компас показывал точные магнитные курсы. Однако чаще всего используется коррекционная таблица, содержащая данные об ошибках компаса, которые затем компенсируются арифметически. Для получения магнитного курса к показаниям компаса необходимо прибавить величину отклонения.

Авианавигация

Авианавигация основана на магнитных направлениях, поэтому необходимо периодически пересматривать навигационные средства для учета изменения магнитного склонения с течением времени. Это требование распространяется на радиомаяки VOR, нумерацию взлетно-посадочных полос, обозначение воздушных трасс и направления векторов самолета, выдаваемые диспетчерской службой, поскольку все они основаны на магнитном направлении. Взлетно-посадочные полосы обозначаются номерами от 01 до 36, которые обычно соответствуют одной десятой магнитного азимута курса взлетно-посадочной полосы: полоса номер 09 ориентирована на восток (90°), полоса 18 – на юг (180°), полоса 27 – на запад (270°), а полоса 36 – на север (360° вместо 0°). Однако из-за магнитного склонения время от времени требуется менять обозначения взлетно-посадочных полос, чтобы их номера соответствовали магнитному курсу полосы. Исключение составляют полосы в Северном внутреннем воздушном пространстве Канады; они нумеруются относительно истинного севера, поскольку близость к магнитному Северному полюсу приводит к большому значению магнитного склонения и его быстрым изменениям. Радионавигационные средства, расположенные на земле, такие как VOR, также проверяются и обновляются для обеспечения их соответствия магнитному северу, что позволяет пилотам использовать магнитные компасы для точной и надежной навигации. Для упрощения авиационные секционные карты составляются с использованием истинного севера, поэтому карту не нужно поворачивать при изменении магнитного склонения. Вместо этого отдельные элементы на карте (например, розы ветров VOR) обновляются при каждом пересмотре карты для отражения изменений магнитного склонения. Например, на секционной карте немного западнее Уинстон-Сейлема, Северная Каролина, в марте 2021 года магнитный север находится на 8 градусов западнее истинного севера (обратите внимание на пунктирную линию с обозначением 8°W). При прокладке курса некоторые пилоты небольших самолетов могут проложить маршрут, используя истинный север на секционной карте, а затем преобразовать пеленги истинного севера в пеленги магнитного севера для навигации с помощью магнитного компаса. Эти пеленги затем корректируются в плане полета путем добавления или вычитания местной вариации, указанной на секционной карте. Системы GPS, используемые для навигации самолетов, также отображают направления относительно магнитного севера, хотя их внутренняя система координат основана на истинном севере. Это достигается за счет таблиц соответствия внутри GPS, учитывающих магнитное склонение. При полетах по правилам визуальных полетов допустимо использовать устаревшую базу данных склонения GPS, однако при полетах по правилам IFR база данных должна обновляться каждые 28 дней в соответствии с правилами FAA. В качестве меры предосторожности даже на самых современных авиалайнерах всегда есть магнитный компас в кабине пилота. В случае отказа бортовой электроники пилоты могут по-прежнему полагаться на бумажные карты и древнее, но очень надежное устройство – магнитный компас.