Контрольные вопросы:
1.Из каких частей состоит МАЕ?
2.Для чего нужны основные таблицы МАЕ?
3.Для чего нужны «Основные интерполяционные таблицы» (Приложение №4)?
4.Что такое квазиразность и как она учитывается?
5.Порядок расчета часовых углов и склонений по МАЕ.
6. Порядок расчета часовых углов и склонений по МАЕ для звезд.
7. Порядок расчета часовых углов и склонений по МАЕ для планет.
План – конспект темы № 4. «Использование секстанта в астронавигации»
1. Определение поправки индекса по совмещению изображений.
2. Определение поправки индекса по наблюдениям Солнца и контроль наблюдений.
3. Погрешности секстана, устраняемые на судне.
4. Уменьшение поправки индекса секстана.
5. Измерение углов и высот секстаном.
6.Астрономическая и земная рефракция.
7.Наклонение видимого горизонта.
8.Параллаксы и полудиаметры светил.
9.Порядок исправления высот светил.
Определение поправки индекса по совмещению изображений.
Этот прием наиболее прост в выполнении. В период сумерек совмещают, вращая отсчетный барабан, дважды отраженное изображение звезды с прямовидимым, затем снимают отсчет индекса и определяют і=360°-оі.
Днем ту же операцию можно проделать по двум изображениям линии видимого горизонта. Если измеряется угол между предметами, из которых хотя бы один расположен ближе 1 мили, поправку индекса определяют совмещением двух изображений близкого предмета. В этом случае совмещать надо наиболее отчетливо видимую линию на предмете, причем секстан держат вертикально, если эта линия горизонтальна, и наоборот. Способы определения поправки индекса по линии горизонта или по близкому предмету менее точны, чем по светилам.
Определение поправки индекса по наблюдениям Солнца и контроль наблюдений.
Совместить видимые диски Солнца с достаточной точностью очень трудно. Поэтому в данном случае добиваются поочередного касания противоположных краев изображений Солнца. Порядок работы таков: перед большим и малым зеркалами накидывают светофильтры разных оттенков, предварительно наведя трубу на резкость; устанавливают алидаду около нулевого деления лимба и наводят трубу на Солнце; слегка покачивая секстан вокруг оси трубы, добиваются касания краев дважды отраженного и прямовидимого изображений, снимая затем по лимбу ос, рассчитывают разность большего и меньшего отсчетов ОС и сравнивают ее с выбранным из МАЕ и умноженным на четыре значением радиуса Солнца; если разница превышает ±0',4, наблюдения повторяются.
Этот способ наиболее точен, так как дает возможность контроля. Однако требуется определенный навык для правильного совмещения изображений Солнца краями.
Погрешности секстана, устраняемые на судне.
В процессе эксплуатации секстана нарушаются положения некоторых его деталей, которые периодически определяются и устраняются на судне.
Устранение неперпендикулярности большого зеркала плоскости лимба. Сняв трубу, устанавливают секстан горизонтально. Алидаду ставят на отсчет 45° и на лимб помещают два диоптра 1 и 2 — один на отсчет 5°÷10°, второй на отсчет 120°÷130°. Располагая глаз Г в расстоянии 30÷40 см, наблюдают в большом зеркале отраженное изображение правого диоптра 2 и непосредственно рядом с краем зеркала - прямовидимое изображение левого диоптра. Передвигая глаз, или правый диоптр, добиваются совмещения изображения двух диоптров. При наличии излома их верхних срезов поворачивают торцевым ключом регулировочный винт до совпадения верхних срезов.
Более грубо эту погрешность можно обнаружить и устранить, держа секстан в руках и наблюдая у правого края большого зеркала изображение внутренней кромки лимба. В случае обнаружения заметного излома производят показанною выше точную проверку и устраняют излом изображений, т. е. выводят погрешность.
Устранение неперпендикулярности малого зеркала плоскости лимба. Эту операцию производят после установки большого зеркала. Алидаду ставят на отсчет, близкий к 0°, и трубу наводят на неяркую звезду или Солнце (для него предварительно надо накинуть светофильтры). Если дважды отраженное изображение S1 или S2 не располагается на одной вертикали с прямовидимым, то вращением отсчетного барабана устанавливают их рядом по горизонтали и, поворачивая ключом, боковой регулировочный винт малого зеркала, смещают дважды отраженное изображение вправо или влево до совпадения по вертикали с прямовидимым. При этом дважды отраженное изображение может переместиться несколько выше или ниже прямовидимого, т. е. изменится поправка индекса, которую надо определить заново.
Уменьшение поправки индекса секстана.
Для уменьшения величины надо установить индекс алидады на 0°, а индекс барабана
на 0' и навести трубу на бесконечно удаленный предмет. Прямовидимое и дважды отраженное изображения будут не совпадать по горизонтали. Вращая с помощью торцевого ключа верхний винт зеркала, надо переместить дважды отраженное изображение на одну горизонталь с прямовидимым. После этого надо обязательно устранить неперпендикулярность малого зеркала, действуя другим винтом на этом зеркале.
Измерение углов и высот секстаном.
Для измерения горизонтального угла секстан берут в левую руку и располагают лимбом в плоскости измеряемого угла. Трубу секстана наводят на более слабо видимый предмет, положим, на левый. Затем, освободив стопор, перемещают алидаду, пока в поле зрения не появится изображение правого предмета, и вращением отсчетного барабана точно совмещают прямовидимый (левый) и дважды отраженный (правый) предметы.
Если хуже виден правый предмет, можно расположить секстан в левой руке вниз зеркалами и направить трубу на правый предмет. Далее подводят к правому предмету изображение левого.
Для измерения вертикального угла направляют секстан на основание предмета, располагая лимб вертикально, и, двигая алидаду, подводят к основанию дважды отраженное изображение верхней части предмета. Обычно в таких случаях наблюдаемыми объектами служат маяки, знаки, отдельные высокие сооружения, горы.
Поправку индекса при наблюдениях близких земных предметов надо определять также по близкому прямовидимому предмету.
Обычно измеряют высоту нижнего края Солнца над линией видимого горизонта. Для этою секстан предварительно готовят к наблюдениям: устанавливают астрономическую трубу на резкость по своему глазу, проверяют, если необходимо, положение зеркал, определяют поправку индекса.
Для грубого приведения изображения Солнца к горизонту применяют несколько способов: при нулевом отсчете алидады наводят трубу на горизонт, располагая секстан примерно в вертикале Солнца, затем медленно передвигают левой рукой алидаду вперед, плавно покачивая секстан вокруг оси трубы, чтобы увеличить охват небосвода через большое зеркало, и прекращают движение алидады, когда Солнце появится в поле зрения трубы, около горизонта; накинув перед обоими зеркалами густые светофильтры, устанавливают алидаду на 0° и направляют трубу на Солнце. Медленно опускают трубу, двигая одновременно вперед алидаду, чтобы дважды отраженное изображение Солнца оставалось все время в поле зрения трубы. Когда труба достигает линии горизонта, убирают светофильтр перед малым зеркалом; установив на лимбе отсчет, равный приблизительно высоте Солнца (определяется на глаз), наводят трубу на горизонт в вертикале Солнца и, покачивая секстан и слегка двигая трубу влево и вправо, находят изображение Солнца.
Приведя изображение Солнца грубо к горизонту, надо получить точное значение высоты, т.е. совместить изображение края Солнца и горизонта.
Наиболее удобным при измерении высот Солнца является «метод ожидания» на заранее установленном отсчете секстана.
До полудня, т. е. ранее момента верхней кульминации, диск Солнца вращением отсчетного барабана слегка надвигают на линию горизонта — «утапливают в море». После полудня, т. е. позднее момента кульминации, диск Солнца немного не доводят до линии горизонта. При этом всегда надо вращать барабан в сторону увеличения отсчетов. Затем, не трогая барабан и продолжая покачивать секстан вокруг оси трубы, дожидаются, когда изображение Солнца коснется линии горизонта и в этот момент замечают показание хронометра или часов. Диск Солнца будет до полудня «выходить из воды», а после полудня — «идти в воду». Для повышения точности путем вывода среднего значения надо для каждого наблюдения измерять три—пять высот Солнца, замечая моменты хронометра.
Если наблюдатель работает с помощником, то перед касанием края Солнца горизонта подастся команда «товсь!», а в момент касания — команда «ноль» — для взятия Тхр или Тч.
При работе одного наблюдателя применяют способ счета секунд на слух или нажимают кнопку секундомера в момент касания Солнца края горизонта с последующим определением Тхр в рубке.
Некоторые штурманы на практике не применяют метод ожидания, подводя край диска Солнца к горизонту и одновременно замечая момент по секундомеру или по хронометру (по команде помощнику). Однако прием ожидания в общем дает более точные результаты.
При измерении высот Солнца и других светил надо стремиться располагать светило в момент касания горизонта в центре поля зрения трубы. Работая с секстаном СНО—Т, можно применять ночную трубу, так как она дает более удобное прямое изображение.
Наблюдения звезд обычно производят в период навигационных сумерек. Можно измерять высоты светил и в лунные ночи, причем в таких случаях надо подбирать светила, не слишком близкие к Луне по азимуту, остерегаясь «ложного горизонта».
Лучше применять ночную трубу, если она имеется в комплекте секстана.
Применяются три способа измерения высот звезд:
1. Установив алидаду на 0°, направляют трубу на звезду и, двигая алидаду вперед и опуская трубу, подводят изображение звезды к горизонту. Этот прием удобно применять, когда звезды хорошо видны невооруженным глазом — в конце вечерних или в начале утренних сумерек.
2. Алидаду устанавливают на отсчет лимба, равный приближенной высоте звезды, полученной по звездному глобусу. Секстан располагают с помощью пеленгатора компаса по примерному азимуту звезды, также определяемому по глобусу. Покачивая и слегка перемещая секстан по горизонту, находят изображение звезды. Этот способ можно особенно рекомендовать, так как он позволяет измерять высоты при лучшей видимости горизонта, когда небосвод светлый. К тому же он позволяет увеличить период наблюдений, что особо важно в низких широтах, где сумерки короткие.
3. Устанавливают алидаду на 0°, берут секстан в левую руку, перевернув вверх лимбом, и направляют трубу на звезду. Затем, двигая алидаду, подводят горизонт к изображению звезды и, вернув секстан в прямое положение, заканчивают измерения обычным порядком. Этот прием рекомендуется для слабых звезд, которые легко спутать с соседними.
Метод ожидания для звезд не применяют, и после приблизительного подведения изображения звезды к горизонту сразу добиваются точного их совмещения, действуя отсчетным барабаном.
Получение средних значений ос и Тхр из серии трех—пяти высот для звезд особенно важно, поэтому производить сумеречные наблюдения в одиночку очень трудно; рекомендуется всегда привлекать второго наблюдателя. Надо отметить, что вообще измерения высот звезд и планет представляют весьма сложную операцию, требующую навыков и сноровки.
После регулировки секстана определяют поправку индекса секстана i следующим образом: перегоняют дважды отраженное изображение Солнца выше истинного, так чтобы они касались друг друга, и снимают первый отсчет секстана ос1; затем перегоняют дважды отраженное изображение Солнца ниже истинного, так чтобы они касались друг друга, и снимают второй отсчет секстана ос2. По формуле рассчитываем поправку индекса:
i=360°-
Инструментальная поправка секстана s приводится в паспорте или формуляре прибора через каждые 10° в виде таблицы или графика.
Астрономическая и земная рефракция.
Высота светила как сферическая координата — это угол между плоскостью истинного горизонта и направлением на светило, принимаемое за геометрическую точку. Однако в действительности путь световых лучей в атмосфере не бывает строго прямолинейным, высоты измеряют над видимым горизонтом из различных точек над поверхностью, а для Солнца и Луны, кроме того, измеряют высоту какого-либо края видимого диска. Для исключения действия указанных причин на результат и для получения верной высоты в измеренную высоту вводят поправки. Эта операция называется исправлением высот светил.
Астрономическая рефракция. Проходя через земную атмосферу, лучи света изменяют прямолинейное направление. Вследствие увеличения плотности атмосферы преломление световых лучей усиливается по мере приближения к поверхности Земли. В результате наблюдатель видит небесные светила как бы приподнятыми над горизонтом на угол, получивший название астрономической рефракции ρ.
На плакате в точке А расположен глаз наблюдателя, линия НАН—его истинный горизонт. Пришедшие от бесконечно удаленного светила, параллельные лучи света входят в земную атмосферу и преломляются. Наблюдатель видит светило не по истинному направлению AS1, а по линии AS2, касательной к траектории луча в точке А. Атмосфера условно представлена в виде концентрических слоев, плотность, которых убывает по мере удаления от поверхности Земли.
Из плаката видно, что һ=һ1-ρ, т. е. истинная высота меньше измеренной, и, следовательно, астрономическая рефракция всегда вычитается из измеренной высоты.
Величина рефракции зависит от многих факторов и может изменяться в каждом месте на Земле даже в течение суток.
Значения поправки высоты за рефракцию Δһρ, вычисленные по точным формулам, приводятся в табл. 9-а МТ—75 и в МАЕ, откуда можно выбрать поправку по аргументу: видимая высота һв при температуре воздуха t = + 10°С и атмосферном давлении В =760 мм. При других значениях температуры и давления надо вводить поправки к высоте Δһt и Δһв, которые учитываются для всех светил при высотах менее 50° и даются в табл. 14-а и 14-б МТ—75 и МАЕ.
Лучи света при малых высотах значительную часть своего пути проходят вблизи поверхности Земли, где часты большие колебания температуры и давления, а значит и плотности воздуха. Поэтому рекомендуется на практике избегать измерений высот менее 3°.
Земная рефракция. В мореходной астрономии и навигации приходится иметь дело также с земной рефракцией, возникающей вследствие преломления световых лучей, идущих от предметов, находящихся в пределах земной атмосферы.
На плакате наблюдатель А видит предмет В по направлению АВ, так как действует земная рефракция ρ1, а наблюдатель В видит предмет А по направлению ВА из-за рефракции ρ2. Обычно считают ρ1=ρ2=ρ
Земная рефракция самостоятельно не учитывается, но оказывает большое влияние на величину наклонения.
Наклонение видимого горизонта.
Возвышение глаза над уровнем моря в метрах обозначается буквой е, которое состоит из суммы – высоты наблюдения от уреза воды плюс рост наблюдателя.
Угол между плоскостью истинного горизонта и направлением на видимый горизонт называют наклонением видимого горизонта d.
Для получения высоты над истинным горизонтом наклонение видимого горизонта надо вычесть из измеренной высоты: һв=һ1 – d
Измеренная высота, исправленная величиной d, называется видимой высотой һв. При увеличении высоты глаза наблюдателя наклонение видимого горизонта также увеличивается, а при е = 0 имеем d = 0, так как видимый горизонт совпадает с истинным.
Величина d зависит также от земной рефракции ρ, которая часто непостоянна. Для среднего значения радиуса Земли и коэффициента К=0,16 получено выражение для наклонения видимого горизонта (в дуговых минутах):
d=1.7603
По этой формуле рассчитана табл. 11-а МТ—75 и в МАЕ, откуда d выбирается по аргументу е.
Для определения действительных значений наклонения видимого горизонта при фактических условиях наблюдений могут применяться специальные угломерные инструменты — наклономеры.
Наклономером измеряют вертикальный угол В'АВ' (плакат) между направлениями на противоположные части видимого горизонта. Так как этот угол равен 180° + 2d при измерении через зенит и 180°— 2d при измерении через надир, то можно по разности измерений получить d.
Параллаксы и полудиаметры светил.
Направления из разных точек земной поверхности на светило, расположенное сравнительно близко, не будут параллельными. Для того чтобы сравнивать между собой наблюдения, сделанные из различных точек земной поверхности, в астрономии принято небесные координаты относить к центру Земли, как это сделано при составлении таблиц МАЕ. Для приведения высоты, измеренной с поверхности Земли, к высоте, измеренной как бы из центра Земли, служит величина суточного параллакса р, названного так потому, что его величина для данного наблюдателя изменяется в течение суток.
Параллаксом называют угол между направлениями на светило с поверхности и из центра Земли, или угол при светиле, под которым был бы виден радиус Земли для данного наблюдателя со светила.
h=h' + p
Параллакс должен учитываться с положительным знаком. В течение суток величина параллакса меняется от максимального значения для положения светила на горизонте и называемого горизонтальным параллаксом р0 до нуля при положении светила в зените. В любой промежуточный момент параллакс определяют по выражению
р = р0 сos һ1
Значения поправок за рефракцию и параллакс для планет Δһρ+р приведены в таблицах 11-а МТ—75 и в МАЕ.
По причине эллипсоидальности Земли величина горизонтального параллакса для наблюдателя на экваторе, где радиус Земли максимален, будет самой большой. Такой параллакс называют экваториальным.
Параллакс р0 зависит также от расстояния до светила, поэтому достигает заметных величин только для наиболее близких к Земле светил. Наибольший параллакс имеет Луна, у которой р0 = 53,51÷61,51, параллакс Венеры колеблется от 0,11 до 0,61, параллакс Марса— от 0,11 до 0,41; для Солнца в среднем р0 =0,151; параллаксы Юпитера и Сатурна меньше 0,11.
Значения горизонтального экваториального параллакса планет даны в ежедневных таблицах МАЕ, ниже колонки склонений, а для Солнца и Луны — в нижнем углу правой страницы. Суточный параллакс дальних планет и звезд чрезвычайно мал и в мореходной астрономии принимается равным нулю.
При наблюдениях Солнца и Луны измеряют высоту верхнего или нижнего края видимого диска. Поэтому при решении задач приходится учитывать значения видимого полудиаметра, или углового радиуса R, Солнца и Луны.
Величины полудиаметров Солнца и Луны приведены рядом со значениями параллаксов, на правой странице ежедневных таблиц МАЕ. Полудиаметр Солнца дан также в таблицах ВАС—58 и ТВА—57.
Порядок исправления высот светил.
Для исключения возникающих погрешностей и для получения теоретически правильной высоты в отсчет секстана надо вводить поправки. Получаемые при этом значения высот носят специальные названия:
- отсчет секстана ОС после исправления поправкой индекса i и инструментальной поправкой s дает измеренную высоту края светила: һ1=ос+i+s;
- измеренная высота после исправления наклонением видимого горизонта d называется видимой высотой края светила hB;
- видимая высота, исправленная астрономической рефракцией, называется топоцентрической высотой светила, а топоцентрическая высота, исправленная полудиаметром, называется истинной высотой центра светила;
- после исправления истинной высоты края светила параллаксом получим геоцентрическую высоту центра светила, которую называют также обсервованной высотой и обозначают һ со знаком конкретного светила.
С учетом знаков всех указанных поправок и вводя возможные поправки за температуру и давление, получим общие формулы исправления высот:
- для звезд һ= ос+i+s-d-Δһρ±Δһt±Δһв;
- для Солнца и Луны һ= ос+i+s-d±Δһо±Δһt±Δһв
где Δһо = Δһρ+р ± R - знак « + » при величине R берется для наблюдений нижнего края, а знак «—» — при наблюдениях верхнего края светила. Поправка Δһо для Солнца и Луны приводится в таблицах МТ—75 и в МАЕ.
- для планет(кроме Солнца и Луны)
һ= ос+i+s-d±Δһρ+р±Δһd±Δһt±Δһв
где Δһd – дополнительная поправка.