Astronawigacja Podstawy – część 1
Astronawigacja, to starożytna i współczesna metoda ustalania pozycji, która umożliwia nawigatorowi poznać swoją pozycję. Astronawigacja wykorzystuje pomiary kątowe dokonywane między ciałem niebieskim (np. Słońcem, Księżycem, planetą lub gwiazdą) a widzialnym horyzontem. Najczęściej wykorzystywane jest słońce, ale nawigatorzy mogą również korzystać z księżyca, planet, gwiazdy polarnej lub jednej z 57 innych gwiazd nawigacyjnych, których współrzędne są zestawione w almanachu morskim. Dzisiaj poznamy podstawy astronawigacji.

Podstawy astronawigacji

W dzisiejszych czasach GNSS (GPS) jest najczęściej wykorzystywany w nawigacji ale, jest na mostku coś co wygląda dość przestarzale. Mowa o sekstancie i uzyskiwaniu pozycji statku za pomocą tego urządzenia.

Teraz zanim ziewniesz i znajdziesz jakiś inny temat morski, który jest bardziej ciekawy niż sekstant, wysłuchaj mnie przez chwilę.

Sekstant ma w sobie coś unikalnego, z czym wszystkie zaawansowane technologie nie mogą się równać. Może dać ci dokładną pozycję bez polegania na jakiejkolwiek pomocy elektronicznej. To jest powód, dla którego sekstant jest i zawsze będzie na każdym statku.

Ale jest też pewna wada. Uzyskanie pozycji z sekstantu wymaga pewnych obliczeń i doświadczenia w obsłudze sekstantu. Ponadto, pozycja nie jest odczytywana natychmiastowo, jak w nowoczesnych urządzeniach. Ale im więcej używasz sekstantu tym bardziej te wady są marginalizowane.

Linie pozycyjne

Każdy kto chce się nauczyć astronawigacji, musi zacząć od czegoś bardzo podstawowego czyli linie pozycyjne. W tym miejscu zakładam, że nie wiesz nic o “liniach pozycyjnych”. Linia pozycyjna to linia, na której leży punkt, na której będzie znajdować się pozycja statku.

Załóżmy, że bierzesz namiar na latarnię morską i wynosi on 310 stopni. Teraz narysuj linię o namiarze 310, która przebiega przez punkt latarni czyli innymi słowy, narysuj linię w kierunku 130 stopni od latarni bo przecież to jest to samo. Ta linia jest linią pozycyjną, ponieważ Twoja pozycja będzie znajdować się gdzieś na tej linii.


Ale widzisz, jeśli losowo wybiorę 5 punktów na tej linii to czy możesz powiedzieć, który z nich jest rzeczywistą pozycją statku? Nie, prawda? Z tego powodu potrzebujemy dwóch linii pozycyjnych oddzielonych od siebie o pewien kąt, aby poznać naszą pozycję. Punkt przecięcia się dwóch linii pozycyjnych będzie twoją pozycją obserwowaną.

Tak więc w naszym przypadku, powiedzmy, że bierzemy namiar na inną latarnię morską i wynosi on 240 stopni. Narysujemy tę linię pozycyjną. Pozycja w miejscu przecięcia się tych dwóch linii pozycyjnych jest naszą pozycją.


Na statkach, niezależnie od tego, w jaki sposób otrzymujemy pozycję statku, zawsze są to co najmniej dwie linie pozycyjne.
GPS daje nam dwie linie pozycyjne oddzielone od siebie o kąt 90 stopni. Te linie nazywamy szerokością geograficzną i długością geograficzną

Pozycja na podstawie obserwacji nieba

Zasady wyznaczania pozycji na podstawie obserwacji nieba nie różnią się od zwykłych obserwacji ziemi. Również w obserwacjach niebieskich potrzebujemy co najmniej dwóch linii pozycyjnych, aby uzyskać pozycję statku. Ale otrzymanie linii pozycyjnych z obiektów na niebie nie jest tak proste jak otrzymanie linii pozycyjnych na ziemi. Dlaczego mówię, że jest inaczej?
Kiedy wyznaczamy namiar na jakiś obiekt (np. latarnię morską), widzimy ją na mapie. Po prostu wykreślamy linię pozycyjną lub okrąg pozycyjny od tego obiektu.

Ale jeśli uzyskamy odległość lub namiar na ciało niebieskie (np. słońce) to powstają dwa problemy:

  • nasz obiekt nie jest naniesiony na mapę więc nie możemy narysować linii pozycyjnej
  • obiekt jest zbyt daleko

Aby rozwiązać te dwa problemy musimy:

  1. Musimy przesunąć naszą pozycję w przestrzeń (zenit) tak abyśmy mogli zmierzyć naszą odległość od obiektu (odległość zenitalna).
  2. Musimy przybliżyć nasz obiekt (na przykład słońce) do ziemi aby poznać położenie geograficzne obiektu i abyśmy mogli nanieść zmierzoną odległość na powierzchnię ziemi.

Poruszyłem kilka zagadnień, także warto je trochę wytłumaczyć:

Zenit – to punkt na sferze niebieskiej znajdujący się bezpośrednio nad obserwatorem stykający się z linią narysowaną od środka ziemi przez pozycję obserwatora.
Odległość zenitalna – jest to odległość pomiędzy zenitem a środkiem ciała niebieskiego.
Pozycja geograficzna obiektu – to pozycja na powierzchni Ziemi, którą uzyskuje się przez połączenie linii od tego obiektu do środka Ziemi. Pozycja geograficzna dowolnego obiektu niebieskiego jest podawana w kategoriach GHA i deklinacji. Jeśli mamy to porównać z szerokością i długością geograficzną to deklinacja jest szerokością geograficzną ciała niebieskiego, a GHA jest długością geograficzną ciała niebieskiego.

Aby zrozumieć dokładniej te pojęcia, weźmy ziemię otoczoną sferą niebieską. Sfera niebieska to wyimaginowana kula o nieskończonym promieniu, której środek znajduje się w centrum Ziemi. Załóżmy, że nasza pozycja jest w punkcie O. Teraz łączymy środek Ziemi z naszą pozycją i przedłużamy ją tak, aby spotkała się ze sferą niebieską. Punkt, w którym spotyka się on ze sferą niebieską jest naszym (obserwatora) zenitem. Oznaczamy go literą “Z”.

Załóżmy teraz, że ciało niebieskie (weźmiemy za przykład Słońce) znajduje się na pozycji “X”. Odległość łuku ZX to właśnie odległość zenitalna. Jest ona mierzona jako kąt na środku Ziemi. Na przykład, jeśli odległość zenitalna wynosi 40 stopni, na powierzchni Ziemi oznaczałoby to odległość 2400 mil. Jeden stopień to w przybliżeniu 60 mil morskich.

Musimy narysować okrąg od pozycji geograficznej ciała niebieskiego. W Ten sposób jeżeli wykreślimy okrąg 2400 mil (40 dstopni x 60 mil) od słońca to nasza pozycja powinna być gdzieś na tym okręgu. Jeśli porównamy to z liniami pozycyjnymi na ziemi to odległość zenitalna może być porównana do zasięgu. Ale tu powstaje kolejny problem 🙂 Jak narysować tak duży okręg na mapie? Przecież obejmowałby on połowę świata, a nasza pozycja byłaby “gdzieś na świecie” 🙂

Więc nawet jeśli mamy jeden okrąg pozycyjny, nie jest on dla nas zbyt użyteczny, ponieważ nie można go wykreślić. Jak więc wykorzystać go do uzyskania pozycji statku?

Najpierw możemy skrócić to koło pozycyjne i skoncentrować się tylko na tej jego części, która znajduje się w pobliżu naszej pozycji DR (Dead Reaconing).

Ta część okręgu pozycyjnego może być uważana za linię prostą, a więc za linię pozycyjną. Dzieje się tak dlatego, ponieważ dla okręgu o tak dużym promieniu jak setki mil, mały łuk będzie wyglądał jak linia prosta. Kierunek tej linii prostej w pobliżu pozycji DR statku może być przyjęty jako kierunek linii pozycyjnej. Ale aby otrzymać kierunek tej linii pozycyjnej, wciąż musimy narysować łuk o promieniu 2400 mil i zmierzyć kąt linii pozycyjnej. Ale jak już wcześniej ustaliliśmy, jest to dosyć trudne. Możemy znaleźć kierunek linii pozycyjnej w inny sposób.

Wiemy, że styczna do okręgu znajduje się pod kątem 90 stopni do promienia tego okręgu. Jeśli więc weźmiemy azymut ciała niebieskiego, to będzie on przechodził przez promień tego okręgu pozycyjnego. A linia 90 stopni do tego azymutu będzie linią pozycyjną, której potrzebujemy. Tak więc obliczamy azymut ciała niebieskiego, a nasza linia pozycyjna będzie oddalona o 90 stopni od tego azymutu.

Powiedzmy, że obliczyliśmy azymut Słońca i okazało się, że wynosi on 060 stopni. Linia pozycyjna będzie wynosić więc 150 stopni – 330 stopni.

A więc mamy zasięg (odległość zenitalna) i namiar (azymut) na słońce. Czy przecięcie azymutu i odległości zenitalnej ciała niebieskiego będzie pozycją statku?

Z pewnością powinna to być pozycja statku. Ale pod warunkiem, że wszystkie dane są poprawne. Jeśli jest jakakolwiek różnica między rzeczywistym azymutem a azymutem, który obliczyliśmy to pozycja będzie przesunięta o mile. Na przykład przy błędzie 1 stopnia w azymucie dla okręgu 2400 mil, pozycja będzie przesunięta o około 40 mil. Do tego dochodzi pozycja obserwowana statku, którą braliśmy pod uwagę obliczeń azymutu. Nie jest to nasza rzeczywista pozycja. Co oznacza, że azymut jest wyliczony dla pozycji obserwowanej, a nie dla rzeczywistej pozycji statku.

W tym momencie potrzebujemy skorzystać z sekstantu. Do krótkiego opisu zapraszam na mój profil na Facebooku: [link]

Jak wyjaśniłem nieco wcześniej, aby otrzymać linię pozycyjną nieba, potrzebujemy dwóch wartości:

  • Odległość zenitalna ciała niebieskiego
  • Azymut ciała niebieskiego

Uzyskanie azymutu ciała niebieskiego jest prostą kalkulacją. azymut obliczymy za pomocą tablic A,B,C lub rozwiązując trójkąt PZX)

Ale jak możemy uzyskać odległość zenitalną ciała niebieskiego ? Otóż istnieje zależność między odległością zenitalną a wysokością ciała niebieskiego. Suma wysokości i odległości zenitalnej ciała jest zawsze równa 90 stopni. Jeśli więc znamy wysokość ciała niebieskiego to znamy też odległość zenitalną. Sekstant mierzy wysokość ciała niebieskiego nad poziomem morza, oczywiście istnieje kilka poprawek, które muszą być zastosowane podczas pomiaru wysokości mierzonej za pomocą sekstantu ale tym zajmiemy się w innym wpisie.

Tak więc widzisz, że podczas wyszukiwania naszej pozycji, to,wszystko do czego dążymy to:

  • Uzyskanie linii pozycyjnej, którą możemy obliczyć poprzez wyznaczenie azymutu ciała niebieskiego
  • Uzyskanie pozycji obserwowanej, z której musimy narysować tę linię pozycyjną. Uzyskujemy to poprzez obliczenie odległości zenitalnej ciała niebieskiego.

Przecięcie się dwóch takich linii pozycyjnych da nam rzeczywistą pozycję statku.

Ważne linki