Полярная звезда в аварийной навигации

Полярная звезда в нашу эпоху довольно удачно расположена на небе, в пределах 39 угловых минут (2022 год) от северного продолжения оси вращения Земли. Другими словами, над Северным полюсом она находится практически в зените. Из-за своей уникальной позиции, Полярная позволяет решить две важные навигационные задачи для мореплавателя в северном полушарии, причем сделать это довольно простыми путями.

В северном полушарии, реально от 5 градуса и до наших умеренных широт - это путеводная звезда, которая указывает направление на географический Север. Проекцию точки Север на горизонт можно сделать с помощью отвеса - веревочки с грузиком в вытянутой руке. С его помощью можно довольно точно определить поправку магнитного компаса, или использовать Полярную в качестве заменителя компаса. По этому поводу на нашем канале есть подробное видео, рекомендую.

Высота Полярной (угол между горизонтом и направлением на светило) равна, с точностью до градуса, географической широте места.

Звездные координаты Полярной (Альфа Малой Медведицы) 2022

То есть она фактически вращается вместе со всем северным небосводом вокруг точки Севера по кругу с радиусом менее 40'. В альманахе есть специальная таблица корректировки высоты Полярной, которой у нас, по условиям задачи "голый штурман" - нет.

Так как ("зато!") у нас есть секстан, было бы довольно странно определять свою широту с ошибкой +- 40 миль. В целом, если скорректировать эту ошибку, определение широты по высоте Полярной - самый удобный и точный метод для аварийной навигации в северном полушарии.

Пойдем простым логическим ходом. Сначала разберемся, как найти Полярную на северном небе.

Обычно проще всего на нашем небе отыскать Большой Ковш (Большую Медведицу). Две наружные (ведущие) звезды Ковша - исторически называются "Указателями". "Ведущие" - тоже традиционная терминология, так как небо вращается вокруг Полярной против часовой. Если провести через них линию, и отложить пять дистанций между Указателями вверх от ковша, обнаружится Полярная.

Второй популярный вариант - отыскать на небе Кассиопею, которая похожа на букву "M". Ну, или "W". Хотя настоящие моряки - романтики, и склонны толковать про "девичьи груди" Кассиопеи. В любом случае, две дистанции от размера созвездия, отложенные "с правой руки, за спину " этой подруги помогут найти Полярную. 

При поиске нужно понимать, что звездное небо вращается вокруг Полярной против часовой стрелки, поэтому приведенную ниже картинку, сделанную близко к реальности, можно точно так же крутить вокруг центра, вплоть до совпадения схемы с конфигурацией звезд на небе.

В условиях, когда звезды видны лишь в просветах между тучами, поиск уложняется, в него вовлекаются другие звезды и созвездия. Схемы поиска приведены на общей картинке-определителе. Эта схема наиболее ярких и хорошо "читаемых" на небе созвездий, мы точно также вращаем ее мысленно или реально, до совпадения с реальной картиной. Здесь тоже, по возможности, сохранены пропорции. Нужно учитывать, что значительная часть схемы будет находиться за горизонтом.

Здесь, казалось бы, все ясно. Нам нужно взять секстан (ну, или самодельный угломерный инструмент) и измерить угол между горизонтом и найденной звездой. Обычно делают несколько измерений с усреднением результата для повышения точности. Но, есть особенности. Мы должны использовать время сумерек, когда горизонт достаточно ярко подсвечен, в то же время звезды тоже видны на сером небе. Это достаточно короткий промежуток времени, в умеренных широтах - десятки минут, в тропиках - единицы. Найти в таких условиях Полярную и успеть взять серию высот непросто. Гораздо удобней, особенно для неопытного наблюдателя, использовать время утренних сумерек, когда  Полярная заранее найдена по схеме, которая приведена выше, после этого остается дождаться, когда разгорится горизонт и проводить измерения. Вечером все сложней, и времени гораздо меньше.

Мы уже выяснили, что Полярная не сидит точно на точке Север, а описывает вокруг нее окружность радиусом около 39 угловых минут, против часовой стрелки, и в течение звездных суток (23 часа 56 минут) делает полный оборот.

То есть, если мы тупо измерим высоту Полярной, мы можем получить ошибку высоты от -39' до +39', что нас не устраивает, даже если секстана нет, и мы сделали самодельный угломерный инструмент.

Надо использовать вековой опыт, и компенсировать эту ошибку. В традиционной астронавигации задача решается просто - на небе выбирают подходящие созвездия или яркие звезды, относительно которых нужно сдвинуть положение Полярной, чтобы попасть в точку Север. Из-за прецессии земной оси, их приходится периодически менять. В 20 веке положение оси мира (точки N) корректировали по линии, проходящей через "концевые" звезды созвездий Большого Ковша и Кассиопеи.

Судя по звездным координатам 2022, сегодня - самый точный вариант - использовать для направления сдвига навигационную звезду Кохаб - бету Малого Ковша.

Нужно провести линию (на схеме зеленая) от Полярной (которая, кстати, тоже принадлежит к этому созвездию, и главная - альфа) до Кохаб. Точка N находится на этой линии в 39' от Полярной.

Во время измерения высоты нужно измерить и зафиксировать угол между этой линией и горизонтом. Для этого достаточно глаз, рук, и пары палочек. А затем перенести этот угол на бумажный лист.

Используя самодельные чертежные инструменты - линейку и угольник, чертим прямоугольный треугольник, гипотенуза которого - наш отрезок той "зеленой" линии Полярная-Кохаб длиной 39 единиц. Потом измеряем длину вертикального катета - в нашем примере получаем число 26, это и будет поправка высоты Полярной для определения широты в угловых минутах (для нашего момента звездного времени). Полярная на схеме выше точки N, поэтому поправку нужно будет отнять от измеренного (и исправленного поправками секстана) значения высоты Полярной, чтобы получить широту.

То есть, каждый раз, измеряя высоту Полярной, мы вспоминаем эту "фичу", и графическим способом определяем поправку.

Дальше все предельно просто.
1. Исправляем значение угла, измеренного секстаном, поправками (см. Поправки секстана);

2. Исправляем высоту Полярной её поправкой - это мы только что обсудили. Результат - географическая широта места. 

Если у вас нет ничего, кроме секстана, на любой широте северного полушария можно добиться точности 10-15 морских миль.

Если вы оказались в такой обстановке с голыми руками, придется сделать самодельный угломер. Занятие трудоемкое, и требующее много времени для калибровки и наблюдений, но, как пишут опытные люди, результаты вполне удовлетворительные.

Если вы в тропиках, камал (такая дощечка, которую держат на вытянутой руке с уздечкой, зажатой в зубах) позволяет попасть примерно в 30 миль. В море!!(Рисунок из книги Дэвида Бёрча)

В более высоких широтах (>15 градусов) придется использовать какой-то вариант самодельного транспортира с прицелом из бумажной трубочки и отвесом. После точной установки нашей звезды в центр прицела, пальцем прижимаем нить отвеса к шкале и снимаем показания.

С таким инструментом на берегу у меня получилось без особых трудностей попасть в градус, то есть ~ 60 морских миль. Самоделка, скорей всего, даст близкие цифры. При некотором напряжении и модернизации, точность можно поднять до 30-40 минут, я так думаю.

С широтой, на первый случай, мы разобрались, теперь надо решить вопрос с долготой, который довольно несложно решается наблюдениями за Солнцем.

Возможен вариант, что мы оказались под незнакомым небом, на котором нет Полярной. Тогда и вопрос широты, и вопрос долготы придется решать, используя Солнце.

Об этом следующий пост: Солнце в аварийной навигации