Bagaimanakah kita tahu di mana kita berada tanpa sistem navigasi?

Bagaimana jika anda sesat di suatu tempat di Bumi? Bergantung pada sistem kedudukan global? Baiklah, tetapi bagaimana jika tiada isyarat dan tiada peranti? Peta? Idea yang bagus, tetapi bagaimana jika anda sedang mengembara di laut lepas dan tidak dapat melihat mercu tanda? Selama ribuan tahun, ramai orang telah menemui masalah ini. Kelasi yang berani kemudian beralih menggunakan matahari dan bintang untuk navigasi. Untuk ini mereka memerlukan pengetahuan tertentu tentang geometri, terutamanya trigonometri.

Katakan anda berada di lautan terbuka dan ingin mengira kedudukan latitudMatahari dan kebanyakan bintang berubah kedudukannya di langit dari semasa ke semasa, tetapi sesetengah bintang seolah-olah sentiasa berada di tempat yang sama. Polaris (juga dikenali sebagai bintang Utara), sebagai contoh, sentiasa kelihatan betul-betul di atas Kutub Utara. Ternyata bahawaLatitud anda sepadan dengan sudut di mana Polaris berada di atas ufuk..

Untuk memahami sebabnya, mari kita lihatimej dua dimensi.

Pertimbangkan satah yang merangkumi Kutub Utara, titik X anda, dan pusat Bumi O. Secara tepatnya, Polaris tidak terletak secara menegak di atas X, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, tetapi ia sangat jauh dari Bumi sehingga garis penglihatan dari X ke Polaris hampir menegak, jadi kita boleh menganggapnya begitu.

"Polaris di atas ufuk"Sudut θ ialah sudut yang ditunjukkan dalam rajah. Ini ialah sudut yang dibentuk oleh garis penglihatan kita kepada Polaris (dilambangkan sebagai l) dan garis t yang bertangen kepada titik X di Bumi (yang merupakan garis penglihatan kita ke arah ufuk).

Dengan melanjutkan t dan l, kita sekali lagi melihat sudut θ di sisi lain titik persilangan X:

Latitud pada titik X ditakrifkan sebagai garis r dari O keSudut Φ yang dibentuk oleh satah yang mengandungi khatulistiwa.Dalam imej dua dimensi kita, satah khatulistiwa hanyalah garis mendatar e yang melalui O.It intersects the vertical line l at point L and the tangent line t at point T.

Oleh kerana r ialah jejari bulatan dan t ialah tangen kepada bulatan, kita tahu bahawa r dan t membentuk sudut tegak pada titik X, dan memandangkan t dan l membentuk sudut θ, kita tahu bahawa sudut antara l dan r ialah 90°-θ.

Sekarang pertimbangkan segi tiga dengan O, X dan L sebagai bucu. Seperti yang kita lihat, sudut pada titik X ialah 90°-θ. Oleh kerana l dan e berserenjang antara satu sama lain, sudut pada titik L ialah 90°. Kita juga tahu bahawa jumlah sudut pedalaman bagi sebuah segi tiga ialah 180°, jadi sudut Φ, iaitu latitud lokasi kita, ialah:

Maka latitud anda ditentukan oleh sudut θ di atas ufuk tempat Polaris terletak.Ahli astronomi Yunani, Hipparchus, telah mentakrifkan latitud dengan cara ini 2,000 tahun yang lalu. Dia tidak tahu pun bahawa bumi itu bulat pada masa itu, tetapi ilustrasi yang kita ada di sini dapat menjelaskan mengapa definisi Hipparchus selaras dengan definisi moden.

Hemisfera Selatan tidak mempunyai Bintang Utara dalam erti kata yang sama, tetapi jika anda berada di Hemisfera Selatan, anda boleh mencari latitud anda menggunakan buruj yang dipanggil Southern Cross (dikenal pasti pada bendera Australia) dan dua bintang yang dipanggil Southern Pointer.

For thousands of years, navigators have used different devices to measure the angles at which stars appear above the horizon. These include beautiful astrolabes and sextants, which you can often see in antique shops and museums.

Ini menyelesaikan masalah latitud, tetapi mengira longitud adalah cerita lain.

We have seen how the application of some knowledge of geometric shapes helped adventurous mariners determine latitude.Orang ramai telah menggunakan bintang untuk melakukan ini selama ribuan tahun. Tetapi longitud adalah cerita lain.It wasn't until the 18th century that a reliable way to measure longitude was found - and before that, countless people had died at sea, and the solution to the problem was ultimately provided by clocks.

The reason we can use Polaris' position above the horizon to measure latitude is because that position changes as you move north or south (i.e., the latitude changes as well). The same cannot be said for longitude: the position of Polaris does not change longitude as you move east or west.Anda boleh melihatnya dalam imej 2D di bawah. Titik P dan Q terletak pada meridian yang berbeza, tetapi sudut yang disebabkan oleh kedudukan Polaris adalah sama.

Apa yang berubah apabila anda bergerak ke timur atau barat ialah waktu dalam sehari. Bagi setiap 15° ke timur, waktu tempatan bergerak ke hadapan satu jam, dan bagi setiap 15° ke barat, anda bergerak ke belakang satu jam. Jadi, jika anda mengetahui waktu tempatan dan GMT, anda boleh menggunakannyajet laguntuk mengira longitud. Walaupun tanpa jam, mudah untuk mencari waktu tempatan: anda hanya perlu memerhatikan kedudukan matahari. Tetapi satu-satunya cara untuk mengetahui waktu Greenwich ialahBawalah jam (yang telah dikalibrasi) bersama anda.

John Harrison (1693-1776)

This may seem easy today, but until recently this was a huge problem.Existing clocks were too sensitive to bring aboard: rocking and rolling would make them inaccurate.Ketidakupayaan kelasi untuk menentukan longitud telah membawa akibat buruk. Contohnya ialah Kapal Karam Scilly pada tahun 1707, di mana empat kapal British karam berhampiran Kepulauan Scilly, sangat dekat dengan pelabuhan asal mereka di Portsmouth. Oleh kerana kelasi tidak dapat menentukan kedudukan tepat mereka dan dalam cuaca buruk, kapal-kapal tersebut melanggar batu, membunuh sehingga 2,000 orang dan menjadikannya salah satu bencana maritim terburuk dalam sejarah British.

Beberapa negara, termasuk Belanda dan Sepanyol, menawarkan ganjaran yang besar kepada sesiapa sahaja yang dapat menyelesaikan masalah longitud. Britain turut serta pada tahun 1714, menawarkan ganjaran yang besar sehingga £20,000, dan pelbagai penyelesaian telah dicadangkan. Seorang lelaki mempunyai seekor anjing yang cedera di atasnya, yang katanya menyalak pada tengah hari setiap Greenwich hasil daripada penawar alkimia yang misteri. Negara lain pula lebih saintifik. Contohnya, dengan membandingkan kedudukan bulan dengan bintang lain dan kemudian merujuk katalog bintang yang terperinci, waktu tempatan boleh ditentukan dengan agak tepat. Walau bagaimanapun, kaedah ini memakan masa dan mudah berlaku ralat.

Akhirnya seorang lelaki kelas pekerja dari Lincolnshire - seorang peserta larian yang memenangi hadiah besar itu.John Harrison telah mengusahakan jam maritim sejak tahun 1730, dan dua jam terbarunya cukup tepat untuk memenangi hadiah. Walau bagaimanapun, memandangkan Jawatankuasa Longitud enggan membayar hadiah penuh, mengecam hadiah tersebut menjadi proses yang panjang. Baginda merayu terlebih dahulu kepada Raja George III dan kemudian kepada Parlimen untuk memperbetulkan perkara itu. "Demi Tuhan, Harrison, patik akan memastikan tuan dilayan dengan baik!" Raja George dikatakan berkata. Harrison akhirnya menerima baki wang pada tahun 1773 bersama-sama dengan penghormatan yang sewajarnya. Baginda meninggal dunia tiga tahun kemudian pada usia 83 tahun.

Di samping itu, kisah masalah longitud terdapat dalam "Dava Sobel"longitud"The book also has a good description. If you are interested, you can read it.

Artikel ini dicetak semula daripada "Institut Fizik Marianne, Akademi Sains China", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.