Влияние широты и долготы в навигации в эпоху исследований

Практические проблемы и решения в области измерения широты

Несмотря на наличие приборов, определение широты на море оставалось сложной задачей. Постоянное качание и качание кораблей затрудняли устойчивые небесные наблюдения, а длительные периоды пасмурного неба могли препятствовать любым показаниям в течение нескольких дней или даже недель. Для смягчения этого навигаторы часто делали несколько измерений и вычисляли средние значения, чтобы уменьшить ошибки. Когда небесные наблюдения были невозможны, моряки полагались на мертвый расчёт — оценку положения на основе курса, скорости и прошедшего времени — который был по своей сути менее надежным.

Публикация морских альманахов европейскими державами, особенно португальскими и испанскими, была критическим достижением. Эти альманахи обеспечивали предварительно рассчитанные солнечные склонения и звездные положения для каждого дня года, значительно упрощая сложные вычисления, необходимые для получения широты от небесных наблюдений. К концу 16-го века опытные мореплаватели могли определить широту в пределах 20-30 морских миль — достаточная точность для достижения известных береговых линий, но все еще недостаточная для точного позиционирования в открытом океане.

• Астролябия — древний инструмент, приспособленный для морского использования; эффективный, но громоздкий на движущемся судне.
• Кадрант — простой и прямой, зависящий от спокойных морей для точных показаний.
• Кросс-штаб — практичный, но опасный из-за прямого наблюдения за солнцем; позже вытеснён более безопасными приборами.
• Назад Персонал и Octant — Инновационные устройства, повышающие безопасность и точность.
• FLT:0 Секстант FLT:1 — Обеспечивается точность в пределах одной морской мили; стал стандартом к 18 веку.

Долгота: великая проблема

Почему долгота так трудно определить

Долгота представляла собой гораздо большую навигационную задачу, чем широта, поскольку она зависит не от прямых угловых измерений одних только небесных тел, а от точного знания разностей во времени. Земля совершает 360-градусное вращение каждые 24 часа, то есть она вращается на 15 градусов долготы каждый час. Для определения долготы в море навигатор должен знать местное время в их текущем положении и сравнивать его со временем в фиксированной точке отсчета, например, на простом меридиане. Разница во времени при преобразовании на 15 градусов в час раскрывает долготу корабля.

Фундаментальной сложностью было то, что точное хронометрирование на качающемся, влажном корабле было почти невозможно до изобретения морского хронометра. Ранние астрономические методы определения долготы включали наблюдение редких небесных событий, таких как лунные и солнечные затмения или положения спутников Юпитера. Однако эти методы требовали точных телескопов и ясного неба, условия редко встречались в море. Другой метод, известный как метод лунного расстояния, включал измерение углового расстояния между луной и яркой звездой или солнцем. Поскольку луна быстро движется на фоне звезды, этот угол мог быть сопоставлен с табличными предсказаниями (эфемерис) для определения текущего времени в Гринвиче. Тем не менее, метод требовал сложных и подверженных ошибкам вычислений, ограничивающих его практическое использование.

Прорыв хронометра и его влияние

Признавая критическую важность решения проблемы долготы, британский парламент в 1714 году учредил Закон о долготе, предложив существенный денежный приз в 20 000 фунтов стерлингов за практическое решение, которое могло бы определить долготу в пределах половины градуса. Десятилетия посвятил разработке морского хронометража, способного поддерживать точное время, несмотря на проблемы колебаний температуры, влажности и постоянного движения корабля. Его четвёртый морской хронометр, известный как H4, завершенный в 1759 году, был прорывом. Он напоминал большие карманные часы и сохранял время в течение нескольких секунд над трансатлантическим плаванием, позволяя навигаторам вычислять долготу с беспрецедентной точностью в сочетании с измерениями секстанта.

Хотя хронометр Харрисона продемонстрировал решение, его первоначальная стоимость и сложность означали, что метод лунного расстояния оставался широко используемым до конца 18-го века. К началу 19-го века усовершенствования в производстве сделали хронометры более доступными и надежными, что привело к их принятию в качестве стандартного оборудования на дальних рейсах. Международное принятие Гринвичского меридиана в 1884 году стандартизировало измерения долготы во всем мире, цементируя систему координат, все еще используемую сегодня.

Инструменты для навигатора

Небесные навигационные приборы

В эпоху исследований навигаторы полагались на развивающийся набор инструментов, предназначенных для измерения углов между небесными телами и горизонтом с возрастающей точностью. астролябия и квадрант были одними из самых ранних инструментов для определения широты, хотя их использование было ограничено движением корабля и погодными условиями. кросс-штаб , а затем задний персонал снизил риск повреждения глаз, позволив навигаторам измерять высоту Солнца косвенно. Около 1730 года было изобретено , который позволил одновременное наблюдение двух небесных объектов и значительно улучшил точность угловых измерений. точность секстанта — в течение минуты дуги — соответствовала примерно одной морской миле, замечательное улучшение, которое сделало небесную навигацию более надежной и эффективной.