Рис. 27. Определение стран света по Солнцу и часам в низких широтах
Приближенная ориентировка по Луне. Вид Луны, ее фазы и положение на небе могут помочь ориентировке. Каждый месяц, точнее каждые 29,5 суток, Луна повторяет все свои фазы. При этом иногда она бывает видна даже днем, а иногда не видна и ночью. В новолуние она совсем не видна, затем появляется в виде узкого серпа, обращенного выпуклой стороной вправо. Чтобы узнать, в какой фазе Луна, нужно мысленно соединить концы серпа прямой линией; если получится буква Р (рост), это значит, что Луна растет. Когда же Луна убывает, то ее серп выпуклой стороной обращен влево и образует букву С (стареет).
Луна в первой четверти появляется на западе у самого заходящего Солнца (рис. 28) и вскоре за Солнцем заходит. В последующие вечера серп Луны утолщается и время нахождения ее на небе увеличивается. Через неделю после новолуния заход Солнца застает Луну на юге и она до полуночи освещает Землю. Через две недели при заходе Солнца на востоке появляется полный диск Луны, наступает полнолуние; в полночь она занимает самое высокое положение, находясь над точкой юга, и заходит с восходом Солнца, переместившись на запад.
Полная Луна находится на небе всю ночь.
Рис. 28. Фазы Луны и ее положение относительно горизонта в момент захода Солнца в точке запада
Через несколько ночей Луна начинает постепенно убывать. Через три недели после новолуния Луна снова видна в виде полудиска, но выпуклой стороной влево; это последняя четверть Луны. В это время она восходит около полуночи примерно на востоке и к утру доходит до точки юга. К концу четвертой недели тонкий серп Луны появляется на востоке перед самым восходом Солнца. Последующие 4—5 дней Луна совсем не появляется на небосводе, затем снова появляется в виде тонкого серпа. Местоположения Луны на небосводе в зависимости от ее фазы и времени суток приведены в табл. 3.
Таблица 3
Точки горизонта в таблице даны приближенно, более точно направление на них можно определить по Луне и часам. Для этого радиус диска Луны надо глазомерно разделить на шесть равных частей и определить, сколько таких частей содержится в поперечнике видимого серпа Луны.
Если Луна прибывает, то полученное число надо вычесть из часа наблюдения, если Луна убывает — прибавить к часу наблюдения. Полученная сумма или разность укажет час, когда в том направлении, где сейчас находится Луна, будет находиться Солнце. Определив это время и принимая Луну за Солнце, можно найти направление на юг так же, как это делается по Солнцу и часам. При этом направлять на Луну нужно не часовую стрелку, а то деление на циферблате, которое соответствует вычисленному времени.
Например, время наблюдения равно 5 ч 30 мин, видимая часть Луны в поперечнике содержит примерно десять шестых своего радиуса (рис. 29). Луна убывает (видна левая часть диска), значит Солнце на месте Луны будет в 15 ч 30 мин (5 ч 30 мин + 10 ч). Установив это деление на часах (на циферблате это будет 3 ч 30 мин) в направлении на Луну, нужно провести прямую линию из центра циферблата через середину дуги между этим делением и цифрой 1 на циферблате. Прямая укажет направление на юг.
Рис. 29. Определение стран света по Луне и часам
В период полнолуния, когда виден весь диск Луны, изменение времени наблюдения на 12 ч (что соответствует 12 долям радиуса диска) даст то же самое деление на циферблате часов. В этом случае страны света по Луне и часам определяются так же, как по Солнцу и часам.
Приближенная ориентировка по звездам. В безоблачную ночь страны света проще (всего определять по Полярной звезде, всегда указывающей направление на север. Полярную звезду легко найти по созвездию Б. Медведицы.
Бели Полярная звезда закрыта облаками, а в просветах видны другие звезды и созвездия, можно узнать, где приблизительно должна быть Полярная звезда. Для этого нужно помнить главные созвездия вокруг Полярной звезды. На небе много звезд, по которым не трудно найти Полярную.
Ориентироваться можно также и по положению некоторых созвездий над линией горизонта. Например, квадрат Пегаса (четырехугольник Ориона, трапеция Льва) над южной точкой горизонта стоит прямо (рис. 30). Когда созвездие Пегаса находится в юго-восточной части небосвода, его квадрат наклонен влево. С наклоном вправо квадрат Пегаса виден над юго-западной точкой небосвода.
Рис. 30. Определение направления точек горизонта по положению квадрата созвездия Пегаса
Над точкой юга в полночь бывают созвездия: Близнецы, М. Пес и Б. Пес — в январе, Лев — в марте, Волопас — в мае, Лебедь и Орел — в июле, Пегас — в сентябре, Телец — в ноябре, Орион — в декабре. Если хорошо знать созвездия, всегда можно точно найти заданное направление.
По взаимному положению Б. Медведицы и Полярной звезды можно также определять время. Созвездие Б. Медведицы, как и все звезды, совершает свой суточный оборот на 360° вокруг полюса мира за 24 ч, т. е. со скоростью 15° в час. Представим себе громадный циферблат на небе с центром в Полярной звезде и цифрой 6, расположенной внизу над точкой севера. Часовая стрелка таких часов проходит из Полярной звезды через две крайние звезды ковша Б. Медведицы (рис. 31). Если смотреть на север, то вращение Б. Медведицы происходит против хода часовой стрелки обычных часов. Поэтому и стрелка «небесного циферблата» будет вращаться против хода часовой стрелки обычных часов. Кроме того, ее перемещение на одно деление «небесного циферблата» будет происходить в течение двух часов, так как один оборот такая часовая стрелка делает за 24 я, а не за 12, как на обычных часах.
Чтобы узнать время, нужно отсчитать показание небесной стрелки (на рисунке 5,5 ч), определить номер месяца от начала года с десятыми долями месяца (каждые три дня считать за одну десятую долю месяца; например, 18 ноября будет соответствовать числу 11,6); сложить его с показанием небесной стрелки и сумму умножить на два (5,5 + + 11,6 = 17,1; 17,1 ´ 2 = 34,2), после чего вычесть эту величину из постоянного числа 55,3 (его надо запомнить); полученная разность будет соответствовать времени в данный момент (в примере: 55,3 — 34,2 = 21,1, т. е. 21 ч 6 мин, или примерно 9 ч вечера). Если разность получится больше 24, из нее надо вычесть еще 24.
Постоянное число 55,3 зависит от определенного положения созвездия Б. Медведицы среди звезд.
Стрелками небесных часов могут служить звезды и других созвездий, но тогда постоянное число уже будет иным. Например, для стрелки от Полярной звезды к самой яркой после нее звезде М. Медведицы (в нижнем наружном углу ковша) постоянное число будет 59,1, а для стрелки от Полярной звезды к средней, самой яркой звезде Кассиопеи — число 67,2.
Определение координат и азимута земного предмета. Выше было уже сказано, что широту места определяют измерением высоты или зенитного расстояния звезды или Солнца.
Широта места на Земле равна высоте полюса мира. Нов точке полюса мира нет ни одного светила. Поэтому, измерив высоту какого-либо светила, приходится производить некоторые несложные расчеты для вычисления широты. Проще всего широту определять по высоте Полярной звезды, находящейся от полюса на расстоянии около 1°, в момент верхней или нижней кульминации. В этом случае нужно соответственно отнять или прибавить к измеренной высоте 1° чтобы получить широту места.
Рис. 31. Определение времени по созвездию Большой Медведицы
Для определения долготы места следует запомнить несколько соотношений. Промежуток между моментами кульминации Солнца в двух пунктах, отстоящих один от другого по долготе на 15°, т. е. на 1/24 часть полного оборота, равняется 1/24 части суток, или одному часу, а в двух пунктах, отстоящих на один градус, — 4 мин. Так же очевидно, что разность местного времени для двух пунктов равна разности географических долгот этих пунктов, выраженной в единицах времени. Следовательно, нетрудно определить долготу места, определив местное время наблюдением за звездами или Солнцем и зная время на меридиане, принятом за начальный.
Пусть, например, местное время, полученное астрономическим наблюдением, Tм = 15 ч 20 мин. Часы, установленные на время третьего часового пояса, показывают 16 ч 40 мин. Время третьего часового пояса соответствует местному времени на долготе 45° и, следовательно, отличается на 3 ч от времени нулевого меридиана, на котором в данный момент Т0 = 16 ч 40 мин—3 ч = 13 ч 40 мин. Значит, долгота λ = Тм — Т0 = 15 ч 20 мин— 13 ч 40 мин = = 1 ч 40 мин, или 25° в.
Одной из основных задач в геодезии является определение направления (азимута). Оно может понадобиться для ориентирования антенн радиотехнических станций, строительства зданий и сооружений, стрельбы из орудий, пуска ракет и многих других целей. При помощи небесных светил эта задача решается определением азимута светила и угла между направлениями на светило и на предмет. Из небесных светил для этого, как правило, пользуются Полярной звездой и Солнцем.
