- •Введение
- •Глава 2. Параллактический треугольник светила и его решение
- •§4. Параллактический треугольник и его решение по основным формулам
- •§5. Вычисление высоты и азимута светила по системам формул
- •§7. Разложение высоты и азимута в ряд Тейлора. Теория таблиц численного типа
- •§1. Небесная сфера
- •§2. Системы сферических координат
- •§3. Графическое решение задач на небесной сфере
- •Глава 3. Видимое суточное движение светил. Изменение координат светил
- •§9. Характеристика суточного движения светил
- •§10. Явления, связанные с суточным движением светил
- •§11. Изменение координат светил вследствие видимого суточного движения
- •Глава 4. Обращение Земли вокруг Солнца. Видимое движение Солнца и изменение его координат
- •§13. Обращение Земли по орбите и видимое годовое движение Солнца
- •§14. Изменение экваториальных координат Солнца в течение года
- •Глава 5. Орбитальное и видимое движение планет, Луны и искусственных спутников
- •§18. Фазы и возраст Луны
- •§21. Орбитальное движение искусственных спутников
- •Глава 6. Измерение времени
- •§22. Основы измерения времени
- •§23. Звездные сутки. Звездное время. Основная формула времени
- •§26. Поясное, декретное, летнее, московское и стандартное времена, их связь с местной системой
- •§28. Понятие о точных шкалах времени
- •Глава 7. Вычисление видимых координат светил. МАЕ
- •§31. Понятие о вычислении видимых координат светил на ЭВМ
- •§32. Устройство таблиц МАЕ для расчета часовых углов и склонений светил
- •§33. Определение времени кульминации светил
- •§34. Обоснование расчета времени видимого восхода (захода) Солнца и Луны и времени сумерек
- •§35. Определение времени восхода и захода Солнца и Луны и времени сумерек по МАЕ
- •Глава 8. Измерители времени. Судовая служба времени
- •Глава 9. Звездное небо. Звездный глобус
- •§42. Устройство звездного глобуса, его установка. Понятие о других пособиях
- •§43. Решение задач с помощью звездного глобуса
- •Глава 10. Секстан
- •§44. Основы теории навигационного секстана
- •§45. Устройство навигационных секстанов
- •§46. Понятие об инструментальных ошибках секстана и их учете
- •§47. Понятие о секстанах с искусственным горизонтом
- •Глава 11. Наблюдения с навигационным секстаном
- •§48. Выверка навигационного секстана на судне
- •§50. Приемы измерения высот светил над видимым горизонтом
- •§53. Наклонение видимого горизонта. Наклонение зрительного луча
- •§55. Общий случай исправления высот светил, измеренных над видимым горизонтом
- •§56. Частные случаи исправления высот светил
- •§57. Приведение высот светил к одному зениту (месту) и одному моменту
- •§58. Определение средних квадратических ошибок поправок и измерения углов
- •§59. Определение средней квадратической ошибки измерения высот светил в море
- •Глава 13. Астрономическое определение поправки компаса
- •§60. Основы астрономического определения поправки компаса
- •§62. Пеленгование светил. Точность поправки компаса
- •§63. Определение поправки компаса. Общий случай
- •Глава 14. Теоретические основы определения места судна по светилам
- •§65. Общие принципы астрономического определения места
- •§67. Метод линий положения. Высотная линия положения
- •§72. Ошибки в высотной линии. Оценка ее точности и вес
- •Глава 16. Методы отыскания места судна и оценки его точности при наличии ошибок в высотных линиях
- •Глава 17. Определение места по одновременным наблюдениям светил. Общий случай
- •§76. Особенности определения места по одновременным наблюдениям светил
- •§77. Общий случай определения места по звездам
- •§78. Определение места днем по одновременным наблюдениям Луны и Солнца
- •§79. Определение места днем по одновременным наблюдениям Венеры и Солнца
- •§80. Определение места по одновременным наблюдениям Венеры, Луны и Солнца
- •Глава 18. Определение места судна по разновременным наблюдениям Солнца
- •§81. Особенности определения места по разновременным наблюдениям Солнца
- •§82. Влияние ошибок счисления и наивыгоднейшие условия для определения места по Солнцу
- •§83. Определение места по Солнцу в общем случае
- •§84. Определение места комбинированием навигационных и астрономических линий положения
- •Глава 19. Ускоренные способы обработки наблюдений
- •§86. Обзор приемов ускорения обработки наблюдений
- •§87. Прием перемещения счислимого места
- •§88. Определение места с предварительной обработкой (предвычислением) линий положения
- •§92. Решение астрономических задач на клавишных ЭВМ
- •Глава 20. Частные методы определения координат места судна
- •§93. Определение широты места по меридиональной и наибольшей высотам Солнца. Понятие о близмеридиональных высотах
- •§96. Определение координат места в малых широтах по соответствующим высотам Солнца
- •§97. Графический способ определения места при высотах Солнца, больших 88°
- •§98. Особенности определения места в высоких широтах
- •Глава 21. Перспективы развития методов астрономических определений в море. Краткий исторический очерк
- •§99. Понятие об астронавигационных системах и навигационных комплексах
- •§100. Краткий очерк истории мореходной астрономии
- •Список литературы
§100. КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ МОРЕХОДНОЙ АСТРОНОМИИ
Мореходная астрономия, как и все прикладные науки, развивалась из потребностей общественного производства. Значение мореходной астрономии росло по мере развития производства и океанских плаваний, а совершенствование ее находилось в тесной связи с ростом науки и техники. В большинстве стран в XV—XIX вв. развитие практической, а отчасти и теоретической астрономии, открытие обсерваторий и создание инструментов вызывались именно потребностями мореплавания, вследствие чего история мореходной астрономии в это время теснейшим образом связана с историей астрономии вообще.
С древнейших времен при плаваниях в море всеми народами применялась ориентировка — ночью по звездам (по Полярной и по местам восхода, захода известных созвездий), днем по Солнцу. Отдельные научные сведения сохранялись как частные секреты.
Возникновение мореходной астрономии, как науки со своими методами и инструментами, относится к XV в. и совпадает с началом становления капиталистических отношений в Европе, с периодом первоначального накопления капитала. Моряки и купцы Португалии и Испании, в то время наиболее промышленно развитых стран Европы, в поисках путей в Индию все дальше проникают на юг вдоль побережья Африки. Во время этих плаваний все больше ощущается потребность в астрономическом определении места, в основном широты его.
Первое упоминание об определении широты по Полярной с помощью угломерного инструмента — квадранта — встречается в 1462 г. в описании плавания Диего—Гомеца. Определение широты по высоте Солнца и формуле φ=Z+δ упоминается в 1484 г. Необходимые для этого эфемериды помещались в применявшемся моряками альманахе «Ephemerides sive Alma-nach perpetuum»,
выпущенном около 1473 г. португальским астрономом А.Закуто, а затем в более точных таблицах Региомонтана — в 1475 г. Так, у Закуто наибольшее
493
склонение Солнца было 23°33', а у Региомонтана точнее — 23°30'. В руководствах того времени все сведения по мореплаванию помещались вместе, так, в «Руководстве к астролябии и квадранту», выпущенном в Лиссабоне около 1509 г., наряду с правилами получения широты и эфемеридами Солнца приводились указания по управлению судном.
В XVI в. широкой известностью пользовались учебник навигации Педро Медина «Arte de Nauegar», выпущенный в Севилье в 1545 г., и английское руководство Дж. Девиса «Секреты мореплавания», вышедшее в 1594 г., также содержавшие сведения о всех морских науках.
Мореплаватели XV в. применяли несколько подправленные береговые угломерные инструменты: квадрант и астролябию; в XVI в. появляется усовершенствованный градшток — древний инструмент, применявшийся еще в Вавилоне и Египте. Для измерения промежутков времени в XV—XVIII вв. применялись песочные часы — от больших четырехчасовых до полуминутных. Местное время получалось относительно полдня, а ночью — по положению звезд относительно Полярной.
Квадрант представляет сектор в ¼ окружности, разделенный на градусы. Диоптры на его грани направлялись на светило, а около отвеса читались градусы.
Астролябия (рис. 183) представляла более совершенный инструмент в виде диска диаметром от 16 до 60 см, разделенного до долей градуса, с алидадой, направляемой на светило с помощью диоптров. Наблюдения этими инструментами требовали двух-трех человек.
Градшток — первый инструмент для наблюдения над видимым горизонтом — представлял собой деревянный брусок (флеш), разделенный на градусы, с набором поперечных брусков (марто), определявших угол между горизонтом и светилом (рис. 184).
Дальнейшее развитие инструментов (Девисов квадрант и др.) постепенно приближало их к отражательной схеме, реализованной позже в секстане.
494
Широта места в XVI в. по Полярной и полуденной высоте Солнца определялась с точностью порядка 1°, даже у многих береговых пунктов φ была известна до 0,3°.
Долгота в море определялась только по счислению, а береговых пунктов
— по времени предвычисленного затмения Луны, приводившегося в альманахах для основного меридиана (Кадикса, Канарских островов и др.); в океане ошибки в долготе достигали 3—10°.
Проблема определения долготы — важнейшая проблема практической астрономии и навигации в XVI—XVIII вв., решением которой занимались почти все ученые и практики. Правительства морских стран назначали крупные премии, открывали обсерватории (например, в 1676 г. Гринвичскую), были созданы «Бюро долгот». Это блестящий пример того, как практические потребности вызывают развитие теоретических наук — теории движения Луны, теории колебаний маятника и связанных с ними разделов математики.
Русские мореплаватели до Петра I пользовались описанными выше пособиями и инструментами в основном иностранного производства.
Первое русское пособие по навигации и астрономии «Арифметика» Л.Ф.Магницкого, изданное в 1703 г., предназначалось слушателям «Школы математических и навигационных наук», открытой в 1701 г. в Москве.
495
В1715 г. в Петербурге основывается «Морская академия», в 1725 г.— астрономическая обсерватория. С этих пор навигация в России развивается самостоятельно. В 1739 г. выходит книга Соймонова по навигации, в 1748 г. — труд С.И.Мордвинова «Книга полного собрания о навигации» (третья часть книги — астрономия).
В1730 г. одновременно двумя мастерами — Т.Годфреем из Филадельфии
иангличанином Д.Гадлеем был изобретен секстан, первоначально называвшийся «Гадлеев» или«английскийоктан» — дугаеголимбаравнялась45°.
Несколько позже разрешается и проблема долготы.
С 1767 г. в изданном в Англии «Морском астрономическом ежегоднике» публикуются таблицы для способа лунных расстояний, составленные Майером на основе новой теории движения Луны, разработанной Эйлером (1755 г.). В таблицах приводились по Тгр, отнесенные к центру Земли, истинные угловые расстояния между Луной и рядом звезд и Луной и Солнцем. Эти расстояния одинаковы для всех наблюдателей Земли в данный момент, поэтому, измерив на судне видимое угловое расстояние Луна — звезда и пересчитав его по формулам в истинное, из ежегодника, путем сложной интерполяции получалось Тгр в этот момент, а но нему выбирали tГР* . Одновременно с расстоянием
измерялась высота звезды и по формуле sin |
2 t |
вычислялся tM* , после чего |
||
|
2 |
|||
|
|
|||
λ0=tM* –tГР* |
(*) |
Способ лунных расстояний является наиболее распространенным методом определения λ0 до второй половины XIX в., а в ежегоднике публиковался до 1907 г.
В 1735 г. английским мастером Гаррисоном был изобретен первый образец хронометра, а к 1764 г. он был усовершенствован и испытан. С этого времени стало возможным хранить время начального меридиана (Тгр) на кораблях и, вычислив tM* по наблюденной высоте светила, получать долготу по формуле (*). Однако хронометры вследствие своей дороговизны распространялись медленно.
496
Большой вклад в развитие морских наук внес великий русский ученый М.В.Ломоносов. В его труде «Рассуждение о большей точности морского пути» рассмотрены усовершенствования «Гадлеева октана», хронометра, предложены методы определения долготы и т.п.
К концу XVIII в. пособия и методы астрономии значительно совершенствуются. Так, наряду с изданием эфемерид светил в руководствах по навигации начинает издаваться отдельный ежегодник.
Регулярный выпуск морских ежегодников производится в Англии с 1767г. (напечатан в 1766 г.), в России — с 1814 г., в Германии — с 1851 г., в США — с 1855 г. В первом русском «Морском месяцслове» (ежегоднике), составленном акад. Ф.М.Шубертом, помещались координаты звезд, Солнца и Луны, лунные расстояния и другие сведения. Во время Крымской войны выпуск его был прекращен и возобновился только в 1930 г.
В конце XVIII — начале XIX вв. появляется много новых аналитических способов расчета φ и λ места, например способ близмеридиональных высот, соответствующих высот, общие аналитические решения задачи двух высот Гаусса, Шуберта и других, однако в море применялось только несколько простейших способов. Точность определения координат значительно возросла.
Эпоху в навигации составило открытие способа высотных линий положения, сделанное в 1837 г. американским капитаном Томасом Сомнером (1807 — 1851) при переходе через океан.
1849 г. штурман Черноморского флота М.А.Акимов опубликовал теоретическое обоснование и пример другого способа нанесения высотной линии на карту, ошибочно названного позже способом Джонсона. Позже появилось еще несколько аналогичных способов: Ф.Палудана, Лаланда и др. Метод, близкий к современному, был предложен в 1875 г. французским моряком Марком Сент-Илером. Этот универсальный метод быстро распространился: в России он введен в программы училищ с 1890 г.; применительно к нему было создано много таблиц. Одни из первых специальных таблиц для вычисления hc и Ас были составлены кронштадтским
497
астрономом В.Е.Фусом в 1901 г. В России были созданы также первые морские обсерватории в Николаеве и Кронштадте в 1857 г., где проверялись секстаны и хронометры. Установка для проверки секстанов, применявшаяся с 1852 г., называлась «прибором Фуса». Секстаны в России изготавливались с 1904 г.; отдельные экземпляры — с 1813 г., а морские хронометры — только с 1930 г. В 1883 г. изобретен наклономер Пульфриха.
К началу XX в. хронометр и секстан обязательны для каждого судна, а точность определения места приблизительно равноценна с современной.
Сизобретением А.С.Поповым радио была решена проблема точного времени на судах. По ридиосигналам времени (в СССР передаются с 1921 г.) можно очень просто определить поправку хронометра в любое время, так что требования к его работе понизились.
После Великой Октябрьской социалистической революции навигация и астрономия в СССР начинают быстро развиваться. С 1924 г. возобновляется производство секстанов, часов, глобусов и других приборов.
Советским ученым В.В.Каврайским произведена разработка общего метода линий положения, изложенная в трудах «Обобщенный способ линий положения» и завершенная трудами Н.Г.Келля и А.П.Ющенко.
В 1947 г. Каврайский разработал пеленгатор и наклономер НК-С 1949 г. выпускаются секстаны типа ИМС.
Советскими учеными и моряками создано много учебников и выпущено большое количество таблиц и пособий по мореходной астрономии. Вследствие этого, а также хорошей подготовки морских кадров русские и советские штурманывсегдаотличалисьвысокимуровнемзнанийипрофессиональныммастерством.
С50-х годов нашего века методы навигации и астронавигации начинают изменяться в сторону внедрения радиотехнических средств и ЭВМ. Появляются радиосекстаны, фотосекстаны, азимутальные системы определения, спутниковые навигационные системы и навигационные ЭВМ. Однако старое искусство астронавигации с «ручными» наблюдениями и вычислениями остается нужным морякам транспортного флота.
498
499
500
501
502