Рис.4. Для простоты картины наблюдатель стоит на полюсе, в этом случае плоскость горизонта параллельна плоскости экватора. Штриховая линия на схеме, показывающая траекторию годового движения Солнца называется эклиптикой
Мореходная астрономия – прикладная наука, которая успешно решает задачи навигации путем астрономических наблюдений, несмотря на такую исходную картину мира. С точки зрения мореходной астрономии все объекты наблюдения – светила, а Земля – шар, и является центром мира – нулем координат.
Система координат называется экваториальной, плоскость небесного экватора совпадает с плоскостью земного. Ось мира является продолжением земной оси. За начало координат небесной сферы принята точка весны – точка Овна, где солнце отмечается 21 марта.
Рис.5. География с точки зрения инженера. На эскизе отмечены координаты Владивостока – 43 северной 132 восточной.
Переходим к земной системе координат
Географическая широта места – угол от 0º до 90º, измеренный между линией, проведённой из места наблюдателя до центра Земли и плоскостью экватора. Кроме угла, широта становится южной либо северной в зависимости от того, с какой стороны экватора она измеряется. Линия, образованная точками одной широты, называется параллелью.
Географическая долгота места – угол от 0º до 180º, измеренный между плоскостью Гринвичского меридиана и плоскостью меридиана наблюдателя. На практике измеряется угол между отрезком, проведённым из точки пересечения экватора Гринвичским меридианом в центр Земли и отрезком, проведённым в точку пересечения экватора меридианом наблюдателя. Долготе также придаются наименования полушарий, но только западного (к западу от Гринвича) и восточного (к востоку от Гринвича). Следовательно, долгота бывает западная и восточная.
Рис.6. Вертикальный угол между светилом и горизонтом, взятый от наблюдателя, называется высотой
При всей внешнем подобии координатной сетки – широта, это горизонтальные линии, долгота – вертикальные, все не так. Если широта является физической величиной, привязанной ясно и однозначно к планете, то долгота, во-первых, отсчитывается от договорного нулевого меридиана, а во-вторых – из-за суточного вращения Земли ее можно выражать как в угловых единицах, так и единицами времени.
В примере на рис.5., на правой схеме долгота 132°E (восточная). Поскольку Земля делает полный оборот от полудня до полудня за 24 часа (360°), 15° за час, и 1° за четыре минуты, то 132°, выраженные во времени – 8 часов 48 минут. По схеме (взгляд со стороны северного полюса) Земля вращается против часовой. Это означает, что местный полдень во Владивостоке наступает на 8ч 48м раньше, чем в Гринвиче.
Навигатор, использующий мореходную астрономию, как встарь, измеряет видимое положение светила на небе. Наиболее часто в навигации измеряется высота (см. рис.6), для чего применяют различные, весьма хитроумные угломерные инструменты. Дело осложняется зависимостью качества исполнения от применяемых приборов, погодных условий, волнения моря, а также от практических навыков астронома-морехода. Эти данные требуют довольно трудоемкой обработки с использованием ежегодных справочников эфемерид, исправления высот поправками.
Результаты работы напрямую зависят от точности измерений, например, взятие высоты Полярной звезды с ошибкой в 1° приводит к ошибке в определении местоположения в 60 морских миль.
Поскольку Земля поворачивается с угловой скоростью 15° в час, что на экваторе приводит к линейной скорости движения точки наблюдения в 1670 километров в час, или 28 км за минуту, точность измерения времени также весьма важна, поэтому счет времени во время взятия высот идет на секунды.