Bagaimana kita bisa tahu di mana kita berada tanpa sistem navigasi?

Bagaimana jika Anda tersesat di suatu tempat di Bumi? Mengandalkan sistem penentuan posisi global? Oke, tetapi bagaimana jika tidak ada sinyal dan tidak ada perangkat? Peta? Ide bagus, tetapi bagaimana jika Anda bepergian di laut lepas dan tidak dapat melihat penanda lokasi? Selama ribuan tahun, banyak orang telah menemukan masalah ini. Para pelaut pemberani kemudian beralih menggunakan matahari dan bintang untuk navigasi. Untuk ini mereka membutuhkan pengetahuan geometri tertentu, terutama trigonometri.

Misalkan Anda berada di tengah laut lepas dan ingin menghitung posisi garis lintang.Matahari dan sebagian besar bintang mengubah posisinya di langit seiring waktu, tetapi beberapa bintang tampaknya selalu berada di tempat yang sama. Polaris (juga dikenal sebagai Bintang Utara), misalnya, selalu tampak berada tepat di atas Kutub Utara. TernyataGaris lintang Anda sesuai dengan sudut di mana Polaris berada di atas cakrawala..

Untuk memahami alasannya, mari kita lihatgambar dua dimensi.

Bayangkan sebuah bidang yang mencakup Kutub Utara, titik X Anda, dan pusat Bumi O. Sebenarnya, Polaris tidak terletak tepat di atas X, seperti yang ditunjukkan pada gambar, tetapi letaknya sangat jauh dari Bumi sehingga garis pandang dari X ke Polaris hampir vertikal, jadi kita dapat menganggapnya demikian.

"Polaris di atas cakrawala”Sudut θ adalah sudut yang ditunjukkan pada diagram. Ini adalah sudut yang dibentuk oleh garis pandang kita ke Polaris (dilambangkan l) dan garis singgung t ke titik X di Bumi (yang merupakan garis pandang kita ke arah cakrawala).

Dengan memperpanjang t dan l, kita kembali melihat sudut θ di sisi lain titik perpotongan X:

Garis lintang di titik X didefinisikan sebagai garis r dari O keSudut Φ yang dibentuk oleh bidang yang memuat garis khatulistiwa.Dalam gambar dua dimensi kita, bidang ekuator hanyalah garis horizontal e yang melewati O.Garis tersebut memotong garis vertikal l di titik L dan garis singgung t di titik T.

Karena r adalah jari-jari lingkaran dan t adalah garis singgung lingkaran, kita tahu bahwa r dan t membentuk sudut siku-siku di titik X, dan karena t dan l membentuk sudut θ, kita tahu bahwa sudut antara l dan r adalah 90°-θ.

Sekarang perhatikan segitiga dengan O, X, dan L sebagai titik sudutnya. Seperti yang kita lihat, sudut di titik X adalah 90°-θ. Karena l dan e saling tegak lurus, sudut di titik L adalah 90°. Kita juga tahu bahwa jumlah sudut dalam segitiga adalah 180°, jadi sudut Φ, yang merupakan garis lintang lokasi kita, adalah:

Dengan demikian, garis lintang Anda ditentukan oleh sudut θ di atas cakrawala tempat Polaris berada.Astronom Yunani Hipparchus mendefinisikan garis lintang dengan cara ini 2,000 tahun yang lalu. Pada saat itu, ia bahkan tidak tahu bahwa bumi itu bulat, tetapi ilustrasi yang kita miliki di sini dapat menjelaskan mengapa definisi Hipparchus konsisten dengan definisi modern.

Belahan Bumi Selatan tidak memiliki Bintang Utara dalam pengertian yang sama, tetapi jika Anda berada di Belahan Bumi Selatan, Anda dapat menemukan garis lintang Anda menggunakan rasi bintang yang disebut Salib Selatan (teridentifikasi pada bendera Australia) dan dua bintang yang disebut Penunjuk Selatan.

Selama ribuan tahun, para navigator telah menggunakan berbagai perangkat untuk mengukur sudut kemunculan bintang di atas cakrawala. Perangkat-perangkat ini termasuk astrolab dan sekstan yang indah, yang sering dapat Anda lihat di toko barang antik dan museum.

Ini menyelesaikan masalah garis lintang, tetapi menghitung garis bujur adalah cerita lain.

Kita telah melihat bagaimana penerapan beberapa pengetahuan tentang bentuk geometris membantu para pelaut petualang menentukan garis lintang.Orang-orang telah menggunakan bintang untuk melakukan hal ini selama ribuan tahun. Tetapi garis bujur adalah cerita yang berbeda.Barulah pada abad ke-18 ditemukan cara yang andal untuk mengukur garis bujur - dan sebelum itu, banyak orang telah meninggal di laut, dan solusi untuk masalah tersebut akhirnya diberikan oleh jam.

Alasan kita dapat menggunakan posisi Polaris di atas cakrawala untuk mengukur garis lintang adalah karena posisi tersebut berubah saat kita bergerak ke utara atau selatan (yaitu, garis lintang juga berubah). Hal yang sama tidak dapat dikatakan untuk garis bujur: posisi Polaris tidak mengubah garis bujur saat kita bergerak ke timur atau barat.Anda dapat melihat ini pada gambar 2D di bawah ini. Titik P dan Q terletak pada meridian yang berbeda, tetapi sudut yang disebabkan oleh posisi Polaris adalah sama.

Yang berubah saat Anda bergerak ke timur atau barat adalah waktu dalam sehari. Untuk setiap 15° ke timur, waktu setempat maju satu jam, dan untuk setiap 15° ke barat, waktu setempat mundur satu jam. Jadi, jika Anda mengetahui waktu setempat dan GMT, Anda dapat menggunakannyajet laguntuk menghitung garis bujur. Bahkan tanpa jam, mudah untuk menemukan waktu setempat: Anda hanya perlu mengamati posisi matahari. Tetapi satu-satunya cara untuk mengetahui waktu Greenwich adalahBawalah jam (yang sudah dikalibrasi) bersama Anda.

John Harrison (1693-1776)

Saat ini mungkin terlihat mudah, tetapi hingga baru-baru ini ini merupakan masalah besar.Jam yang ada terlalu sensitif untuk dibawa ke atas kapal: guncangan dan oleng akan membuatnya tidak akurat.Ketidakmampuan para pelaut untuk menentukan garis bujur memiliki konsekuensi yang mengerikan. Contohnya adalah peristiwa Kapal Karam Scilly pada tahun 1707, di mana empat kapal Inggris tenggelam di dekat Kepulauan Scilly, sangat dekat dengan pelabuhan asal mereka di Portsmouth. Karena para pelaut tidak dapat menentukan posisi mereka secara tepat dan dalam cuaca buruk, kapal-kapal tersebut menabrak karang, menewaskan hingga 2,000 orang dan menjadikannya salah satu bencana maritim terburuk dalam sejarah Inggris.

Beberapa negara, termasuk Belanda dan Spanyol, menawarkan hadiah besar kepada siapa pun yang dapat memecahkan masalah garis bujur. Inggris mengikuti jejak mereka pada tahun 1714, menawarkan hadiah besar hingga £20,000, dan berbagai solusi diajukan. Seorang pria memiliki anjing yang terluka di kapalnya, yang menurutnya menggonggong pada siang hari setiap Greenwich berkat pengobatan alkimia misterius. Yang lain lebih ilmiah. Misalnya, dengan membandingkan posisi bulan dengan posisi bintang lain dan kemudian berkonsultasi dengan katalog bintang yang terperinci, waktu setempat dapat ditentukan dengan cukup akurat. Namun, metode ini memakan waktu dan rawan kesalahan.

Pada akhirnya, seorang pria kelas pekerja dari Lincolnshire - seorang tukang kayu - yang memenangkan hadiah utama.John Harrison telah mengerjakan jam maritim sejak tahun 1730, dan dua jam terbarunya cukup akurat untuk memenangkan hadiah. Namun, karena Komite Longitude menolak untuk membayar hadiah penuh, proses penolakan hadiah tersebut menjadi panjang. Ia mengajukan banding pertama kepada Raja George III dan kemudian kepada Parlemen untuk memperbaiki masalah tersebut. "Demi Tuhan, Harrison, aku akan memastikan kau diperlakukan dengan adil!" kata Raja George. Harrison akhirnya menerima sisa uang tersebut pada tahun 1773 bersama dengan penghargaan yang layak diterimanya. Ia meninggal tiga tahun kemudian pada usia 83 tahun.

Selain itu, kisah mengenai masalah garis bujur dapat ditemukan dalam karya Dava Sobel.garis bujur"Buku itu juga memiliki deskripsi yang bagus. Jika Anda tertarik, Anda bisa membacanya."

Artikel ini dicetak ulang dari "Institut Fisika Marianne, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.