내비게이션 시스템 없이 우리가 어디에 있는지 어떻게 알 수 있을까요?

만약 지구 어딘가에서 길을 잃었다면 어떻게 하시겠습니까? GPS에 의존하는 건 괜찮지만, 신호도 없고 기기도 없다면요? 지도요? 좋은 생각이지만, 망망대해를 항해 중이고 지형지물이 보이지 않는다면요? 수천 년 동안 많은 사람들이 이 문제에 직면해 왔습니다. 용감한 뱃사람들은 태양과 별을 이용해 항해하기 시작했습니다. 이를 위해서는 기하학, 특히 삼각법에 대한 지식이 필요했습니다.

당신이 망망대해 한가운데에 있고 위도 위치를 계산하고 싶다고 가정해 봅시다.태양과 대부분의 별들은 시간이 지남에 따라 하늘에서 위치가 변하지만, 어떤 별들은 항상 같은 자리에 있는 것처럼 보입니다. 예를 들어 북극성(폴라리스)은 항상 북극 바로 위에 있는 것처럼 보입니다. 사실,당신의 위도는 북극성이 지평선 위로 떠 있는 각도에 해당합니다..

그 이유를 이해하기 위해 살펴보겠습니다.2차원 이미지.

북극, 기준점 X, 그리고 지구 중심 O를 포함하는 평면을 생각해 보세요. 엄밀히 말하면, 그림에서처럼 북극성은 X 바로 위에 위치하지는 않지만, 지구에서 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 X에서 북극성까지의 시선이 거의 수직에 가깝다고 가정할 수 있습니다.

"지평선 위에 북극성이 있다"각도 θ는 그림에 표시된 각도입니다. 이 각도는 북극성을 향한 우리의 시선(l로 표시됨)과 지구상의 점 X에 접하는 선 t(지평선을 향한 우리의 시선)가 이루는 각도입니다."

t와 l을 연장하면 교점 X의 반대편에서 각도 θ를 다시 볼 수 있습니다.

점 X에서의 위도는 O에서 시작하는 선 r로 정의됩니다.적도를 포함하는 평면이 이루는 각도 Φ.우리의 2차원 이미지에서 적도면은 단순히 점 O를 통과하는 수평선 e입니다.이 직선은 수직선 l과 점 L에서 만나고 접선 t와 점 T에서 만납니다.

r은 원의 반지름이고 t는 원에 접하는 접선이므로, r과 t는 점 X에서 직각을 이루고, t와 l은 각 θ를 이루므로 l과 r 사이의 각은 90°-θ임을 알 수 있습니다.

이제 꼭짓점이 O, X, L인 삼각형을 생각해 봅시다. 보시다시피, 점 X에서의 각도는 90°-θ입니다. l과 e는 서로 수직이므로 점 L에서의 각도는 90°입니다. 또한 삼각형의 내각의 합은 180°이므로, 우리 위치의 위도인 각도 Φ는 다음과 같습니다.

따라서 당신의 위도는 북극성이 지평선 위에 위치하는 각도 θ에 의해 결정됩니다.고대 그리스 천문학자 히파르코스는 2,000년 전에 위도를 이런 식으로 정의했습니다. 당시 그는 지구가 둥글다는 사실조차 몰랐지만, 여기에 있는 그림들을 통해 히파르코스의 정의가 현대의 정의와 일치하는 이유를 설명할 수 있습니다.

남반구에는 북극성이 없지만, 남반구에 있다면 남십자성(호주 국기에 표시됨)이라는 별자리와 남쪽 지시별이라고 불리는 두 개의 별을 이용하여 위도를 찾을 수 있습니다.

수천 년 동안 항해사들은 지평선 위로 별이 나타나는 각도를 측정하기 위해 다양한 장치를 사용해 왔습니다. 여기에는 골동품 가게나 박물관에서 종종 볼 수 있는 아름다운 천문관측기구와 육분의가 포함됩니다.

이로써 위도 문제는 해결되지만, 경도를 계산하는 것은 별개의 문제입니다.

우리는 모험심 넘치는 항해사들이 기하학적 도형에 대한 지식을 활용하여 위도를 측정하는 방법을 살펴보았습니다.사람들은 수천 년 동안 별을 이용해 이를 해왔습니다. 하지만 경도는 전혀 다른 이야기입니다.경도를 정확하게 측정하는 방법이 발견된 것은 18세기가 되어서였고, 그 이전에는 수많은 사람들이 바다에서 목숨을 잃었으며, 결국 이 문제에 대한 해결책은 시계에서 비롯되었습니다.

북극성이 지평선 위에 있는 위치를 이용해 위도를 측정할 수 있는 이유는 북쪽이나 남쪽으로 이동함에 따라 북극성의 위치가 변하기 때문입니다 (즉, 위도도 변합니다). 하지만 경도는 그렇지 않습니다. 북극성의 위치는 동쪽이나 서쪽으로 이동해도 경도상으로는 변하지 않습니다.아래 2D 이미지에서 이를 확인할 수 있습니다. 점 P와 Q는 서로 다른 자오선상에 있지만, 북극성의 위치로 인해 발생하는 각도는 같습니다.

동쪽이나 서쪽으로 이동함에 따라 변하는 것은 바로 하루 중 시간입니다. 동쪽으로 15° 이동할 때마다 현지 시간은 1시간씩 앞당겨지고, 서쪽으로 15° 이동할 때마다 1시간씩 뒤로 밀리게 됩니다. 따라서 현지 시간과 그리니치 표준시(GMT)를 알고 있다면 다음과 같이 활용할 수 있습니다.시차로 인한 피로경도를 계산하기 위해서죠. 시계가 없더라도 태양의 위치를 ​​관찰하면 현지 시간을 쉽게 알 수 있습니다. 하지만 그리니치 표준시를 알 수 있는 유일한 방법은...(정확한) 시계를 휴대하세요.

존 해리슨(1693-1776)

오늘날에는 쉬워 보일지 모르지만, 최근까지는 이것이 큰 문제였습니다.기존 시계는 너무 민감해서 배에 실을 수 없었다. 배가 흔들리면 시계가 부정확해지기 때문이었다.선원들이 경도를 제대로 측정하지 못했던 것은 참혹한 결과를 초래했습니다. 1707년 실리 제도 해전이 대표적인 예입니다. 영국 함선 네 척이 모항인 포츠머스에서 아주 가까운 실리 제도 근처에서 침몰했습니다. 선원들이 정확한 위치를 파악하지 못하고 악천후까지 겹쳐 배들이 암초에 부딪히면서 최대 2,000명이 사망했고, 이는 영국 역사상 최악의 해상 참사 중 하나로 기록되었습니다.

네덜란드와 스페인을 비롯한 여러 나라는 경도 문제를 해결하는 사람에게 거액의 현상금을 걸었습니다. 영국도 1714년에 이에 동참하여 최대 20,000만 파운드의 거액 현상금을 걸었고, 다양한 해결책이 제시되었습니다. 한 남자는 배에 부상당한 개를 태우고 있었는데, 그 개가 신비로운 연금술적 치료법 덕분에 매일 정오에 그리니치 표준시에 짖는다고 주장했습니다. 다른 사람들은 보다 과학적인 방법을 제시했습니다. 예를 들어, 달의 위치를 ​​다른 별들의 위치와 비교하고 상세한 항성 목록을 참고하면 그리니치 표준시의 현지 시간을 상당히 정확하게 계산할 수 있다는 것이었습니다. 그러나 이 방법은 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉽습니다.

결국 큰 상을 받은 사람은 링컨셔 출신의 노동자 계급 남성, 즉 목수였습니다.존 해리슨은 1730년부터 해상 시계 제작에 매진해 왔으며, 그의 최신 시계 두 개는 상을 받을 만큼 정확했습니다. 그러나 경도 위원회가 상금 전액 지급을 거부하면서, 상금 지급 거부 소송은 오랜 시간이 걸리는 과정이 되었습니다. 그는 먼저 조지 3세 국왕에게, 그리고 나중에는 의회에 문제 해결을 호소했습니다. 조지 3세는 "하느님께 맹세코, 해리슨, 내가 자네가 정당한 대우를 받도록 하겠네!"라고 말했다고 전해집니다. 해리슨은 마침내 1773년에 남은 상금과 마땅한 영예를 받았습니다. 그는 3년 후 83세의 나이로 세상을 떠났습니다.

또한, 경도 문제에 관한 이야기는 다바 소벨의 저서에서 찾아볼 수 있습니다.경도"책에는 설명도 잘 되어 있어요. 관심 있으시면 읽어보세요."

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