Горизонтная система координат

Сокол Игорь Васильевич, Пятаков Эдуард Николаевич

С Основы мореходной астрономии. – Херсон: ОЛДИ, 2006. – 208 c.

ISBN 966-8447-04-2

Книга содержит теоретические обоснования и практические указания для астрономического определения места судна в море и поправки компаса по небесным светилам. Содержит сведенья по устройству и использованию приборов для определения места, пользованию Морским астрономическим ежегодником, краткие исторические заметки.

Книга является учебником, для курсантов морских училищ и колледжей.

Рецензенты:

штурман дальнего плаванья В.Н.Плющ

капитан дальнего плаванья В.Д.Чижов

ББК 39.471.4

Ó Сокол И.В., 2006

Ó Пятаков Э.Н., 2006

ISBN 966-8447-04-2 Ó Издательство „Олди-плюс”, 2006

Содержание

ГЛАВА I. ОСНОВЫ СФЕРИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ §1.1. Основные направления и плоскости на земной поверхности §1.2. Небесная сфера §1.3. Вертикалы и альмукантараты. Меридианы и параллели §1.4. Системы сферических координат §1.5. Графическое решение задач на небесной сфере §1.6. Элементы сферической тригонометрии §1.7. Параллактический треугольник. Преобразование координат §1.8. Специальные таблицы для расчета высоты и азимута светил §1.9. Точность вычисления счислимых высот и азимутов светил   ГЛАВА ІІ. ВИДИМОЕ СУТОЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ СВЕТИЛ §2.1. Видимое суточное движение светил. Явления, связанные с суточным движением светил §2.2. Суточное движение светил в разных широтах §2.3. Кульминация светил §2.4. Изменение высоты и азимута светила при его суточном движении §2.5. Годовое и суточное движение Солнца §2.6. Собственное движение Луны §2.7. Приливы §2.8. Солнечные и лунные затмения §2.9. прецессия и нутация   Глава III. Измерение времени §3.1. Основы измерения времени §3.2. Звездные сутки. Звездное время. Основная формула времени §3.3. Истинные сутки. Истинное время. Средние сутки. Среднее время §3.4. Местное время. Время на различных меридианах §3.5. Поясное время §3.6. Перевод поясного времени в среднее местное время и наоборот. Судовое время §3.7. Демаркационная линия §3.8. Служба времени на судне §3.9. Календарь   Глава IV. Морской астрономический ежегодник §4.1. Назначение и устройство Морского астрономического ежегодника §4.2. Пользование Морским астрономическим ежегодником   Глава V. Морские астрономические инструменты и работа с ними §5.1. Хронометр §5.2. Звездный глобус §5.3. Секстан §5.4. Выверка секстана в судовых условиях §5.5. Измерение секстаном высот светил и углов между береговыми ориентирами §5.6. Исправление измеренных высот светил §5.7. Приведение светил к одному моменту и зениту   Глава VI. Определение места судна в море по небесным светилам §6.1. Теоретические основы астрономического определения места судна в море §6.2. Решение задачи определения места судна методом Сент-Иллера §6.3. Нанесение высотных линий положения на меркаторскую карту прокладкой от счислимого места §6.4. Точность обсервации §6.5. Определение места судна в сумерки по одновременным наблюдениям двух светил §6.6. Определение места судна в сумерки по одновременным наблюдениям трёх или четырёх светил §6.7. Определение места судна по разновремённым наблюдениям Солнца   Глава VII. Раздельное определение широты и долготы места судна в море §7.1. Определение широты места судна в море по меридиональной высоте светила §7.2. Определение широты места судна в море по высоте Полярной звезды §7.3. Определение долготы места судна в море по небесным светилам   Глава VIII. Частные методы совместного определения широты и долготы места судна в море §8.1. Определение места по одновременным наблюдениям, двух светил, когда одно из них Полярная звезда §8.2. Определение места по Солнцу, когда одна из высот меридиональная §8.3. Определение места по одновременным наблюдениям, Солнца и Луны §8.4. Определение места судна в тропиках по высотам Солнца, большим   Глава IX. Определение поправки компаса по небесным светилам §9.1. Определение поправки компаса по небесным светилам §9.2. Частные случаи определения поправки компаса. Литература

Глава I
Основы сферической астрономии

§1.1. Основные направления и плоскости
на земной поверхности

Земля представляет собой неправильное геометрическое тело, называемое геоидом. Полярный радиус Земли на 21 км меньше экваториального. Величина полярного сжатия земного эллипсоида1 составляет , поэтому при решении астрономических задач, связанных с определением места судна в море можно считать Землю правильной сферой.

Диаметр вокруг, которого обращается Земля, называется земной осью, а точки пересечения земной оси с поверхностью Земли – полюсами. Полюс относительно, которого планета вра­щается против часовой стрелки, для наблюдателя находящегося вне планеты, называется северным полюсом p_n, а полюс противоположный ему – южным полюсом p_s Земли (рис. 1.1).

Большой круг qq' на поверхности земного шара, плоскость которого перпендикулярна земной оси p_np_s, называется земным экватором. Большие круги на поверхности земного шара, проходящие через полюса Земли, называются географическими меридианами.

Основным направлением наблюдателя, находящегося на поверхности Земли в точке М, является его вертикаль или отвесная линия, положение которой в данной точке Земли совпадает с направлением действия силы тяжести. Часть отвесной линии находящейся над головой наблюдателя направлена в сторону точки z, которая называется зенитом наблюдателя, а противоположная часть вертикали – в сторону точки n, называемой надиром наблюдателя. Положение точки М на поверхности Земли определяется её географической широтой 1 и долготой 2.

Меридиан, в плоскости которого расположена вертикаль, называется меридианом наблюдателя.

Плоскость Н проходящая через глаз наблюдателя и перпендикулярная вертикали называется истинным горизонтом.

Вертикальная плоскость V совпадающая с меридианом наблюдателя, в пересечении с плоскостью истинного горизонта образует прямую линию NMS, которая называется полуденной линией. Часть полуденной линии МN, расположенная от наблюдателя в сторону северного полюса p_n, называется северной и указывает направление на N. часть полуденной лини MS, расположенной от наблюдателя в сторону южного полюса p_s, называется южной и указывает направление на S.

Перпендикулярно полуденной линии через наблюдателя М располагается линия ЕW, соединяющая между собою направления на восток и запад.

§1.2. Небесная сфера.

в навигации для определения места судна необходимо знать место положения земных предметов на карте, т.е. на поверхности земного шара. В мореходной астрономии также требуется знать положение ориентиров на небесном своде. При этом необходимо помнить, что ориентиры в мореходной астрономии – небесные светила – непрерывно изменяют своё место положения на небесном своде.

Как известно, расстояния до наблюдаемых на небесном своде светил очень велики. Эти расстояния измеряются десятками и сотнями световых лет 1. Чтобы упростить решение астрономических задач и не учитывать расстояния до светил, пользуются так называемой небесной сферой.

Небесной сферой называется вспомогательная сфера произвольного радиуса, к центру которой параллельно перенесены основные линии наблюдателя, земли и направления на светила.

Совместим центр небесной сферы с местом положения наблюдателя на Земле и проведем через него направления и плоскости на земной поверхности. Основным направлением наблюдателя является отвесная линия zn. В пересечении отвесной линии с небесной сферой получаем две точки зенит z и надир n (рис. 1.2). Через центр небесной сферы, перпендикулярно отвесной линии проводим плоскость параллельную плоскости истинного горизонта, которая так же получила название истинный горизонт. истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную, на которой находится зенит, и подгоризонтную, на которой расположен надир.

Линия параллельная земной оси называется осью мира P_NP_S. Точки пересечения небесной сферы и оси мира называются полюсами мира – северным P_N и южным P_S. Северным полюсом мира P_N считается тот, относительно которого небесная сфера, для наблюдателя находящегося в центре сферы, вращается против часовой стрелки. Полюс, находящийся в надгоризонтной части небесной сферы называется повышенным полюсом мира. Необходимо заметить, что наименование повышенного полюса мира всегда совпадает с наименование географической широты места наблюдателя.

Большой круг, плоскость которого параллельная плоскости земного экватора и перпендикулярная оси мира называется небесным экватором QQ'.

Большой круг, проходящий через ось мира, перпендикулярный плоскости небесного экватора и параллельный плоскости географического меридиана наблюдателя называется меридианом наблюдателя. Меридиан наблюдателя делится осью мира на две части: полуденную часть меридиана наблюдателя, на которой расположена точка зенита, и полуночную часть меридиана наблюдателя, на которой расположена точка надира.

§1.3. Вертикалы и альмукантараты.
Меридианы и параллели

Большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и перпендикулярна плоскости истинного горизонта, называется вертикалом.

Вертикал, проходящий через точки востока E и запада W, называется первым вертикалом, причём та его половина, которая проходит через точку E называется восточной частью первого вертикала, а другая проходящая через точку W – западной частью первого вертикала (рис. 1.3).

Вертикал, проходящий через центр светила С называется вертикалом светила, при этом под этим термином пониматся лишь только та его половина, от зенита z до надира n, на которой непосредственно расположено светило.

Малые круги небесной сферы, параллельные истинному горизонту (перпендикулярные отвесной линии) называются альмукантаратами. Альмукантарат, проходящий через центр светила С на небесной сфере называется альмукантаратом светила.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через ось мира P_NP_S и перпендикулярна плоскости небесного экватора, называется меридианом (рис. 1.4).

Меридиан, проходящий через центр светила С называется меридианом светила, при этом меридианом светила считается та половина, от северного P_N до южного полюса P_S, на которой непосредственно располагается светило.

Малые круги параллельные плоскости небесного экватора (перпендикулярные оси мира) называются параллелями. Параллель, проходящая через центр светила С называется параллелью светила.

§1.4. Системы сферических координат

Для определения места положения точки на плоскости необходимо и достаточно знать две координаты. Так, для определения места положения какого-либо объекта на поверхности Земли должны быть известными его широта и долгота.

Для определения положения светила на небесной сфере пользуются сферическими системами координат. Они представляют собой дуги взаимно перпендикулярных больших кругов, расположенных определённым образом на поверхности сферы относительно заранее выбранных плоскостей, принятых за основные для отсчёта координат. Такими плоскостями являются:

- истинный горизонт;

- небесный экватор;

- меридиан наблюдателя.

Горизонтная система координат

Основным направлением в горизонтной системе координат является отвесная линия. Основными плоскостями – истинный горизонт и меридиан наблюдателя. Координатами являются, высота светила h и азимут А.

Высотой светила h называется дуга вертикала светила от истинного горизонта до места светила, считаемая от 0 до 90° (рис. 1.5). При этом светила расположенные над горизонтом имеют положительную высоту, а под горизонтом – отрицательную. Например, светило С изображенное на рис. 1.5 имеет высоту h = 50°.

Угол при центре сферы, на который опирается дуга h, также называется высотой светила.

В горизонтной системе координат используется ещё одна координата под названием зенитное расстояние z. Зенитным расстоянием z называется дуга вертикала светила от точки зенита до места светила считаемая от 0 до 180°. Зенитным расстоянием также называется угол при центре сферы, на который опирается дуга z.

Исходя из определения высоты светила h и зенитного расстояния z, а также рис. 1.5, можно получить следующее очевидное равенство

,

таким образом, зенитное расстояние является дополнением высоты светила до 90°.

Азимутом А называется дуга истинного горизонта заключенная между меридианом наблюдателя и вертикалом светила.

Угол при центре сферы на который опирается дуга А, также называется азимутом.

Так как точка зенита z является полюсом истинного горизонта, то азимут светила можно измерять сферическим углом1 при зените, который образуется дугой между меридианом наблюдателя и вертикалом светила.

Азимут имеет три счета:

- круговой А_кр;

- полукруговой А_пол;

- четвертной А_ч.

Круговым азимутом А_кр называется дуга истинного горизонта от точки севера N в сторону востока Е до вертикала светила считаемая от 0 до 360°. Например, для светила С на рис. 5 круговой азимут запишется следующим образом А_кр = 285°.

Полукруговым азимутом А_пол называется дуга истинного горизонта от полуночной части меридиана наблюдателя в сторону востока Е или запада W считаемая от 0 до 180°. Например, для светила С на рис. 1.5 полукруговой азимут запишется следующим образом А_пол = S 105° W или А_пол = 105° SW.

Четвертным азимутом А_ч называется дуга истинного горизонта от точки севера N или юга S в сторону востока Е или запада W от 0 до 90°. Например, для светила С на рис. 1.5 четвертной азимут запишется следующим образом А_ч = N 75° W или А_ч = 75° NW.

Преимуществом горизонтной системы является её наглядность, а также наличие приборов для измерения координат: пеленгатор компаса для измерения азимутов и секстан для измерения высот светил. Недостатком этой системы координат является постоянное изменение координат вследствие суточного вращения Земли.

Дата добавления: 2015-10-29