Основные линии и плоскости наблюдателя для ориентирования в море

Наблюдателем принято называть судоводителя или другого члена экипажа, который ведет наблюдение за морской, береговой и воздушной обстановкой.

Для ориентирования в море используют следующие основные линии, связанные с местом наблюдения на морской поверхности Земли:

1. Линия, показывающая направление силы тяжести.

2. Линия, показывающая направление на север и юг.

3. Линия, показывающая направление на восток и запад.

Направление силы тяжести показывает отвес – груз, подвешенный на нити. Поэтому линию, показывающую направление силы тяжести, называют отве́сной линией или вертикальной линией или вертика́лью, т.к. латинское слово «verticalis» означает «отвесный».

Вертикаль, проходящая через точку, в которой находится наблюдатель, называется вертикалью наблюдателя.

 

 

Установлено, что сила тяжести на планете Земля имеет следующие направления (рисунок 3.1):

- В любой точке гидросферы Земли – сила тяжести направлена перпендикулярно (по нормали) к поверхности гидросферы.

- В любой точке литосферы Земли – сила тяжести направлена перпендикулярно

(по нормали) к поверхности гидросферы Земли, мысленно проведенной под литосферой.

Перпендикуляр или нормаль (от лат. normal – прямой) к поверхности гидросферы Земли в точке В (рисунок 3.1 «а») – это прямая в-в, которая проходит через эту точку под прямым углом (90º) к плоскости Н-Н, касательной к поверхности геоида в этой точке.

Поскольку геоид – это фигура, сплошь покрытая гидросферой Земли, то сила тяжести направлена перпендикулярно (по нормали) к поверхности геоида во всех точках.

Нормаль к поверхности геоида обычно не проходит через его центр, т.к. геоид имеет полярное сжатие. Таким образом, линия направления силы тяжести (вертикаль) на планете Земля как правило отклонена от центра Земли. Однако из-за незначительного полярного сжатия Земли – отклонение вертикали от центра Земли также незначительное и поэтому на практике считают, что сила тяжести направлена к центру Земли.

Поскольку поверхность земного эллипсоида не совпадает с поверхностью геоида, то, как видно на рисунке 3.2 – нормаль в'-в' к поверхности земного эллипсоида в точке В не совпадает с нормалью в-в к поверхности геоида в этой точке.

Таким образом, нормаль к поверхности земного эллипсоида вкакой-либо точке не является вертикалью этой точки.

Угол α между вертикалью в-в точки В геоида и нормалью в'-в' к поверхности земного эллипсоида в этой точке называется уклонением вертикали или погрешностью вертикали. Величина уклонения (погрешности) вертикали достигает тридцати и более угловых секунд (30'').

Нормаль к поверхности земного эллипсоида проходит через центр этого эллипсоида только на истинных полюсах (P_N и Р_S) и на экваторе, т.к. на полюсах нормаль совпадает с малой осью эллипсоид, а на экваторе – нормаль является радиусом большого круга эллипсоида. На остальных участках – нормаль к поверхности земного эллипсоида отклонена от центра этого эллипсоида.

Нормаль к поверхности геоида в какой-либо точке измеряют, а нормаль к поверхности земного эллипсоида – вычисляют. Поскольку земной эллипсоид является математической основой для создания морских навигационных карт и решения навигационных математических задач, то для обеспечения необходимой точности этих вычислений – погрешность вертикали должна учитываться. Поэтому для обозначения различия между нормалью к поверхности геоида и нормалью к поверхности земного эллипсоида – применяют следующие понятия:

1. Вертикаль точки – это нормаль к поверхности геоида в какой-либо точке.

2. Нормаль точки – это нормаль к поверхности земного эллипсоида в какой-либо точке.

3. Вертикаль наблюдателя – это нормаль к поверхности геоида в точке местоположения этого наблюдателя.

4. Нормаль наблюдателя – это нормаль к поверхности земного эллипсоида в точке местоположения этого наблюдателя.

5. Вертикальная плоскость – это плоскость, проходящая через нормаль к поверхности геоида в какой-либо точке.

6. Нормальная плоскость – это плоскость, проходящая через нормаль к поверхности земного эллипсоида в какой-либо точке.

В навигации из множества нормальных плоскостей выделяют 2 плоскости (рисунок 3.3):

1. Плоскость истинного меридиана наблюдателя – это нормальная плоскость ММ, которая проходит через глаз наблюдателя А и географические полюса P_N и Р_S  (через глаз наблюдателя и ось вращения Земли P_NР_S).

2. Плоскость первого вертикала наблюдателя – это нормальная плоскость ММ, которая проходит через глаз наблюдателя А перпендикулярно плоскости истинного меридиана.

При пересечении плоскости истинного меридиана М-М с плоскостью истинного горизонта Н-Н образуется линия, которая показывает направление на север (Норд – N) и на юг (Зюйд – S) и называется линией истинного меридиана.

При пересечении плоскости истинного меридиана М-М с поверхностью земного сфероида образуется линия, которая называется истинным меридианом или меридианным эллипсом или эллиптическим меридианом или меридианным сечением.

При пересечении плоскости первого вертикала V-V с плоскостью истинного горизонта Н-Н образуется линия, которая показывает направление на восток (Ост – Е) и на Запад (Вест - W) и называется линией первого вертикала.

При пересечении плоскостипервого вертикала V-V с поверхностью земного сфероида образуется овальная кривая BQCε, которая называется сечением по первому вертикалу.

Между понятиями истинный меридиан наблюдателя и линия истинного меридиана наблюдателя имеются кардинальные различия (от лат. cardinalis – основной, главный, важнейший):

1. Если истинный меридиан – это эллипс на поверхности земного эллипсоида, то линия истинного меридиана – это прямая линия в плоскости истинного горизонта.

2. Если истинный меридиан проходит через истинные полюса Земли P_N и Р_S, то линия истинного меридиана только показывает направление на истинные полюса Земли P_N и Р_S., но не проходит через эти полюса даже тогда, когда наблюдатель находится на северном или южном полюсе, т.к. плоскость истинного горизонта наблюдателя проходит через глаз наблюдателя на некоторой высоте относительно поверхности земного эллипсоида.

Аналогичные различия имеются между понятиями линия первого вертикала и сечение по первому вертикалу (от греч. analogia – соответствие, сходство).

Положение линии истинного меридиана и линии первого вертикала на истинных полюсах Земли становится неопределенным, т.к. на северном полюсе Земли – любое направление является южным, а на южном полюсе – северным.

Если наблюдатель находится в любой точке Земли, за исключением географических полюсов, то линии истинного меридиана и первого вертикала имеют вполне определенное положение и показывают главные направления в плоскости истинного горизонта, которые имеют следующие названия:

- Норд (N) – направление на север (направление на северный географический полюс Земли).

- Зюйд (S) – направление на юг (направление на южный географический полюс Земли).

- Ост (Е) – направление на восток.

- Вест (W) – направление на запад.

Если известно хотя бы одно из главных направлений, то можно определить три остальные главные направления:

- Если известно направление на север (N), то необходимо встать лицом в сторону северного истинного полюса Земли и тогда справа будет направление на восток (Е), слева – направление на запад (W), а за спиной – направление на юг (на южный истинный полюс Земли).

- Если известно направление на восток (Е), то необходимо встать лицом в сторону этого направления и тогда справа будет направление на юг (S), слева – направление на север (N), а за спиной – направление на запад (W).

Аналогично поступают, если известно направление на юг (S) или на запад (W).

Поскольку в полдень (в 1200 местного времени) Солнце пересекает плоскость истинного меридиана наблюдателя и поэтому проходит над линией истинного меридиана наблюдателя, то линию истинного меридиана наблюдателя называют полуденной линией.

Для изучения взаимного расположения и движения космических объектов применяют вспомогательную воображаемую небесную сферу произвольного радиуса, на которую проецируют небесные светила (от лат. projection – выбрасывание вперед). Так, например, небесной сферой в планетарии является сферический потолок, на который проецируют небесные светила с помощью оптического прибора, установленного в центре этой сферы. Точка пересечения нормали наблюдателя с небесной сферой над головой этого наблюдателя называется зенитом наблюдателя, который обозначается буквой латинского алфавита Z (зет – рисунок 3.3). Антиподом зенита на небесной сфере является точка под названием надир, которая обозначается буквой латинского алфавита n (от греч. слов anti – против и  podos – нога: против ног наблюдателя или под ногами наблюдателя см. рисунок 3.3).  

 

 

ВЫВОДЫ

1. Для ориентирования в море применяют линии, которые имеют следующие названия:

1.1 Вертикаль наблюдателя.

1.2 Нормаль наблюдателя.

1.3 Линия истинного меридиана наблюдателя.

1.4 Линия первого вертикала наблюдателя.

2. Вертикаль наблюдателя – это вертикаль, которая проходит через точку местоположения этого наблюдателя на поверхности геоида. При этом:

2.1 Вертикаль точки – это отвесная линия, которая показывает направление силы тяжести в какой-либо точке геоида.

2.2 Сила тяжести в какой-либо точке направлена перпендикулярно (по нормали) к поверхности геоида в этой точке.

2.3 Перпендикуляр (нормаль) к поверхности геоида в какой-либо точке – это прямая линия, которая проходит через эту точку под прямым углом к касательной плоскости в этой точке.

2.4 Вертикаль наблюдателя обычно отклонена от центра геоида, но из-за незначительного полярного сжатия геоида – это отклонение также незначительное. Поэтому на практике допустимо считать, что сила тяжести направлена к центру Земли.

3. Нормаль наблюдателя – это нормаль, которая проходит через местоположения наблюдателя на поверхности земного эллипсоида. При этом:

3.1 Нормаль к поверхности земного эллипсоида в какой-либо точке – это прямая линия, которая проходит через эту точку под прямым углом к касательной плоскости в этой точке.

3.2 Нормаль к поверхности земного эллипсоида отклонена от центра этого эллипсоида во всех точках за исключением тех случаев, когда нормаль проходит через истинные полюса или через земной экватор, т.к. на полюсах нормаль совпадает с малой осью земного эллипсоида, а на экваторе – нормаль совпадает с радиусом окружности большого круга земного эллипсоида.

3.3 Нормаль к поверхности земного эллипсоида в какой-либо точке обычно не совпадает с вертикалью этой точки, т.к. вертикалью точки является нормаль к поверхности геоида и поскольку поверхности геоида и земного эллипсоида как правило не совпадают, то и нормали к этим поверхностям так же не совпадают.

3.4 Уклонение вертикали или погрешность вертикали – это угол между вертикалью какой-либо точки и нормалью к поверхности земного эллипсоида в этой точке.

4. Линия истинного меридиана наблюдателя – это линия пересечения плоскости истинного меридиана наблюдателя с плоскостью истинного горизонта наблюдателя, которая показывает направление на север (норд - N) и на юг (зюйд - S). При этом:

4.1 Плоскость истинного меридиана наблюдателя – это нормальная плоскость, проходящая через наблюдателя и истинные полюса Земли или нормальная плоскость, проходящая через наблюдателя и ось вращения Земли.

4.2 Нормальная плоскость – это плоскость, проходящая через нормаль наблюдателя.

4.3 Плоскость истинного горизонта наблюдателя – это горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя, который находится на определенной высоте над уровнем моря.

4.4 Горизонтальная плоскость – это плоскость, перпендикулярная нормали наблюдателя.

5. Линия первого вертикала наблюдателя – это линия пересечения плоскости первого вертикала наблюдателя с плоскостью истинного горизонта наблюдателя, которая показывает направление на восток (ост – Е) и на запад (вест - W). Поэтому линию первого вертикала наблюдателя называют линией восток-запад (ост-вест).

6. Плоскость первого вертикала наблюдателя – это нормальная плоскость наблюдателя, перпендикулярная плоскости истинного меридиана наблюдателя.

7. Истинный меридиан или меридианный эллипс или эллиптический меридиан или меридианное сечение – это эллипс на поверхности земного эллипсоида, который образован пересечением плоскости истинного меридиана с поверхностью этого эллипсоида.

8. Сечение по первому вертикалу – это овальная кривая на поверхности земного эллипсоида, которая образована пересечением плоскости первого вертикала с поверхностью этого эллипсоида.

9. Между понятиями истинный меридиан и линия истинного меридиана имеются следующие различия:

9.1 Истинный меридиан – это эллипс на поверхности земного эллипсоида, который проходит через истинные полюса Земли.

9.2 Линия истинного меридиана – это прямая линия в плоскости истинного горизонта, которая не проходит через истинные полюса Земли, а указывает направление на эти полюса.

10. На географических полюсах Земли положение линии истинного меридиана и линии первого вертикала является неопределенным, т.к. на северном полюсе – все направления южные, а на южном полюсе – все направления северные.

11. Линия истинного меридиана и линия первого вертикала в любой точке Земли, кроме географических полюсов, определяют главные направления для ориентирования в море:

- Норд (N) – направление на север.

- Зюйд (S) – направление на юг.

- Ост (Е) – направление на восток.

- Вест (W) – направление на запад.

12. Линия истинного меридиана является полуденной линией, над которой проходит Солнце в 1200 местного времени.