Что значит определить географическую долготу

eponim2008

Жизнь замечательных имен

Короткие истории о вещах и о людях, давших им свое имя

Как не потеряться в океане? История определения географической долготы

Кто не знает старика Галилео Галилея (1564 — 1642)? Того самого, что изобрел телескоп.

Собственно говоря, зрительную трубу придумали голландцы, мастера обтачивать драгоценные камни и стеклянные линзы. И придумали с целью очень земной: в помощь мореплавателям и военноначальникам. Галилей же был первым, кто применил это полезное изобретение, казалось бы, не по назначению. В 1609 году он направил подзорную трубу на небо и такое там увидел! Горы на Луне! Пятна на Солнце! Спутники Юпитера!

Мы живем совсем в другом мире, нежели знаменитый старец из Флоренции. Да что это мы все, глядя на знаменитый портрет, написанный в 1635 году, числим Галилея стариком? Изобретая телескоп, он находился в самом цветущем возрасте – 35 лет. Так что В. Высоцкий, сыгравший ученого в знаменитом спектакле «Жизнь Галилея», играл фактически своего ровесника.

Славя Галилея, как великого астронома, не следует забывать, что хоть и занимался он наукой, изучающей небеса, но на земле стоял очень прочно. И пользы от романтической (на наш взгляд) астрономии искал абсолютно реальной. Начав с того, что четырем открытым спутникам Юпитера он дал имена детей своего высокого покровителя Фердинандо Медичи. Мелкий, казалось бы, подхалимаж достаточно хорошо оплачивался. Многие европейские властители тоже захотели увидеть свое имя на вечном своде небес, и сулили астроному немалые деньги за то, чтобы он назвал одну из открытых звезд в их честь.

Сам же Галилей оценил финансовый потенциал открытия спутников Юпитера в сумму, многократно превышающую герцогские или королевские подарки. И был прав в своих ожиданиях. Почему? – спросим мы из своего прекрасного грядущего. И не найдем ответа, который был очевиден любому мореплавателю 17-го века. Наблюдение за перемещением спутников Юпитера давало реальную возможность определить долготу местоположения судна!

Здесь нам, гордым владельцам космических навигационных систем, стоит задуматься: в чем состояла главная трудность в определении долготы?

Широту умели определять по величине максимального подъема солнца еще древние греки. А вот долготу определить было сложнее.

Один из первых предложенных способов счисления долготы состоял в определении угла между Луной и одной из неподвижных звезд, находящихся на небесной сфере. Этот угол зависел от времени наблюдения, и его можно было расчитать для разных пунктов. Имея подобные таблицы и измерив угловое расстояние между Луной и звездой, штурман посредством сложных расчетов мог приближенно определить долготу точки наблюдения. Но подобный метод был очень неточен и позволял легко заблудиться в океане.

Спутники Юпитера вращались быстро и за одну ночь несколько раз затмевали друг друга. Происходили эти затмения в одно и то же время и от местоположения наблюдателя не зависели.

Течение «местного времени» на корабле отмечалось с помощью песочных часов. «Заряда» этих часов хватало либо на 15 минут, либо на полчаса. Переворачивать песочные часы и бить при этом в корабельный колокол входило в обязанности вахтенного матроса. Так что, зафиксировав на ночном небе затмение спутников Юпитера, можно было довольно точно сказать, когда это произошло по времени корабля. За начало отсчета бралось время полдня, которое, как уже говорилось, моряки определять могли. В полдень солнце выше всего поднималось над горизонтом, а тень от вертикального стержня была самой короткой.

Итак, зная время затмения спутников Юпитера, зафиксированное на плывущем корабле с помощью телескопа, можно было сравнить его со временем того же затмения, скажем, в Кадисе. А по разнице времен определить расстояние до Кадиса, то есть долготу.

Все же испанские моряки отвергли метод определения долготы по затмениям спутников Юпитера. Метод этот был точным, но чтобы им воспользоваться, следовало брать на корабль громоздкий и хрупкий прибор, телескоп. Так что премию от испанской короны ни Галилей, ни его последователи не получили. Задача определения долготы еще сто лет смущала умы ученых.

Только в 1759 году англичанин Джон Гаррисон (John Harrison; 1693 —1776), талантливый часовой мастер-самоучка решил эту задачу и получил полагавшуюся за это премию в 20 тысяч фунтов стерлингов. Что в переводе на современные деньги составляет 4.75 миллионов долларов.

Джон Гаррисон изготовил очень точные часы-хронометр. С древнегреческого «хронометр» переводится как «измеритель времени». Хронометры Гаррисона прекрасно работали на кораблях в условиях качки, высокой влажности и резких изменений температуры. Для испытания на хронометре установили точное лондонское время и отправили в плавание на Ямайку. За 160 дней путешествия расхождение составило всего несколько секунд.

Теперь если на корабле имелся хронометр Гаррисона с установленным на нем гринвичским временем, определение долготы становилось очень простым. Стоило только заметить, сколько времени показывал хронометр, например, в полдень. Разность корабельного и гринвичского времени оказывалась расстоянием (в градусах) от корабля до Гринвича. Например, если хронометр в полдень показывал полночь, корабль находился в точке, отстоящей от Гринвича на 180 градусов.

Благодаря изобретению Гаррисона гринвичский меридиан стал считаться нулевым. Именно от него сейчас ведут отсчет долготы.

Источник

Как определять широту и долготу, географические координаты на карте. Примеры

Понятие географических координат (широты и долготы) представляет собой записанную особым образом информацию о правильно определенном положении объекта на земной поверхности в том формате, который принят в данной системе координат.

Географические координаты

Для решения большинства практических задач поверхность планеты может быть принята за плоскость, где местоположение точки характеризуется только двумя координатами. В современной географии такие координаты называют широтой и долготой точки. В первом приближении эти свойства точки можно представить в виде расстояния, на которое она отстоит от начального значения широты и долготы.

Чтобы соотнести положение объекта с реальным миром, создана модель Земли в виде карты с изображенными на ней географическими объектами: материки, горы, реки, города и тому подобное. Поверх этих объектов нанесена градусная сетка, служащая для определения координат любого интересующего места.

Как определять широту и долготу? Существует несколько способов.

В зависимости от целей, которые поставлены перед составителями карт, система координат может быть различной. В этом случае модель Земли может приниматься либо за идеальную сферу, либо за особую геометрическую фигуру – геоид.

Сферические координаты

В случае, если карта представляет собой только небольшую часть земной поверхности и имеет малый масштаб, то при ее построении применяется сферическая система координат.

В этой системе от рассматриваемой на поверхности планеты точки до геометрического центра сферы перпендикулярно ее поверхности пропускается линия, которую называют нормалью к точке. Угол между этой нормалью и экваториальной плоскостью будет географической широтой интересующей точки.

Существует также сферическая система координат для точек, находящихся над или под поверхностью. В этом случае нормаль превращается в третью координату, представляющую собой высоту точки над уровнем моря. Такая координатная система применяется для расчета орбит околоземных спутников.

Астрономические координаты

Как определять широту и долготу точки с большой точностью – эта задача становится все более сложной по мере увеличения масштаба. Дело в том, что расхождения между реальной формой Земли и ее сферической моделью проявляются гораздо явственнее на мелко масштабированных картах. Для таких случаев применяется астрономическая система координат, учитывающая настоящую форму планеты.

В связи с тем, что планета вращается с достаточно большой скоростью, ее внутреннее вещество в виде жидкой мантии испытывает на себе центробежную силу. Она вытягивает планету у экватора и стягивает у полюсов. Поэтому радиус Земли в этих 2-х точках различен: 6357 км от центра планеты до полюса и 6378 км от центра до экватора.

Такая геометрическая фигура получила название геоид. Все точки на поверхности геоида направлены не к ее геометрическому центру, а к центру ее масс.

Здесь заключается главное отличие астрономической системы координат от сферической. В первой линия — которую в этой системе называют отвесной линией — от точки параллельна направлению силы тяжести и перпендикулярна земной поверхности, а во второй – к центру планеты.

Для определения отвесной линии применяются астрономические наблюдения за небесной сферой с помощью специальных инструментов либо математические вычисления на основе этих наблюдений. Для каждого региона она будет различна, так как вещество внутри планеты распределено неравномерно.

Понятие о широте

Если соединить линией точки, находящиеся на равном расстоянии от полюса, то получится параллель. Такие параллели могут быть продолжены все дальше и дальше от одного полюса по направлению к другому. При этом их длина по мере удаления будет расти, так как будет увеличиваться плоскость, описываемая ими.

На определенном расстоянии, когда параллель будет удалена от обоих полюсов на равное расстояние, она будет иметь максимальную длину. Эта параллель носит название экватор, и она ограничивает плоскость, которая называется экваториальной.

Плоский двугранный угол между этой плоскостью и параллелью, на которой расположен объект, получил название географическая широта. Чем меньше этот угол, тем ближе находится рассматриваемая точка к линии экватора. На самом экваторе географическая широта будет равняться нулю.

Параллели расположены по обе стороны от нее, и широта принимает положительное или отрицательное значение в зависимости от того, в каком полушарии находится объект.

Понятие о долготе

Перпендикулярно параллелям земную поверхность пересекают другие линии, называемые меридианами. Эти дуги также описывают плоскость в виде окружности, каждая из 2-х сторон которой находится в противоположном полушарии. Меридиан, проходящий через английский город Гринвич, принято называть «нулевым» или «опорным».

Плоский двухгранный угол между этим меридианом и тем, на котором стоит исследуемая точка, называется географической долготой. Развернутый угол со значением 180 0 находится прямо напротив нулевого, на другой стороне планеты. К востоку от опорного меридиана долготы принимают положительное, а к западу – отрицательное значение. Все меридианы сходятся в одну точку на полюсах планеты.

Измерение расстояний с помощью градусной сетки

Для измерения расстояний с помощью градусной сетки необходимо знать, чему соответствует 1 0 дуги. Меридианы имеют постоянную длину на всем своем протяжении и 1 0 соответствует приблизительно 111 км. Единственное необходимое условие, которое требуется соблюдать, чтобы узнать расстояние по меридиану – оба объекта должны находиться на одном и том же меридиане.

Что касается параллелей, то по мере удаления от экватора их длина уменьшается и точное значение в километрах узнать достаточно сложно. Поэтому для вычисления расстояния между объектами, расположенными на одной параллели, следует руководствоваться приведенной таблицей.

Географический градус

Как определять широту и долготу и с помощью каких величин ее выражать стало актуальной задачей с началом эпохи Великих географических открытий. Первые картографы предложили для определения географических координат использовать градусы.

Объясняется это тем, что широта и долгота по своей сути являются плоскими двугранными углами, для вычисления которых применимы те же единицы измерения, что и в других областях геометрии.

Географическая карта мира с широтой и долготой

Основная характеристика, которой обладают географические карты – это масштаб, в котором они выполнены. В общем случае масштаб — это показатель уменьшения, который показывает, во сколько раз изображенный на карте объект меньше реального. Записывается в виде математического соотношения как 1:1000000. Чем больше цифра справа, тем мельче масштаб карты.

Мелкомасштабные карты дают лишь поверхностное представление о координатах объектов на земной поверхности и погрешность определения координат по ним составляет около 2 0 что в пересчете на расстояние дает ошибку в несколько десятков километров. К тому же, существует определенная трудность в переносе шарообразной формы Земли на плоскую поверхность бумажной карты.

Каждый полученный квадрат носит буквенно-цифровое обозначение согласно латинскому алфавиту от A до V. Чтобы не возникло путаницы, при обозначении квадратов, принадлежащих южному полушарию, перед их названием ставится маленькая латинская буква «s»: от sA до sV.

Чтобы еще больше повысить точность карты, каждый квадрат делится еще на 144 куска размером 20 на 30 минут. Они нумеруются по порядку слева направо и сверху вниз. В таком масштабе 1 см равен 1 км. Географические координаты объекта, точность определения которых требует погрешности вплоть до нескольких метров, определяется по топографическим картам крупного масштаба.

Определение долготы и широты

Линией, разделяющей земной шар на северное и южное полушария, является экватор.

Соответственно, любой объект на земной поверхности имеет северную либо южную широту в зависимости от того, по какую сторону от экватора он расположен. При этом важно знать, что линия экватора является также одновременно линией, от которой отсчитывается широта. Как правило, значения широты в градусах расположены на нулевом меридиане, который тянется с севера на юг.

Плоскость, которую ограничивают 0-й и сто 180-й меридианы, делит планету на 2 полушария: восточное и западное. Все, что расположено справа от 0 меридиана (или слева от 180 меридиана) имеет восточную долготу. По аналогии, второе полушарие имеет западную долготу (если смотреть налево от нулевого меридиана и направо от 180 меридиана).

Найти на карте обозначение долготы несколько легче, так как ее значение указано на ближайшей к экватору параллели, либо на самом экваторе. 180-й меридиан одновременно является официальной линией перемены дат. Если же карта изображает определенный географический район, то значения широт и долгот наносятся непосредственно на саму градусную сетку.

Как рассчитать широту?

Первым делом необходимо узнать полушарие (северное или южное), в котором он расположен. Затем определить ближайшие к нему параллели, между которыми он расположен. Дальше все сводится к элементарной математике.

Санкт-Петербург

Самый легкий пример определения географической широты места. Этот город расположен в северном полушарии на 60-й параллели. Соответственно, его координата — 60 0 северной широты.

Москва

Столица также располагается в северном полушарии, но между параллелями. Поэтому вначале необходимо определить значение шага, с которым нанесены на карту широты. К примеру, если это 50 и 60 параллели, то значение шага 60 – 50 = 10 градусов, а если 40 и 60 параллели, то 60 – 40 = 20 градусов. Теперь нужно мысленно отсчитать количество градусов, на которое город отстоит от нижней параллели.

Магадан

Этот метод имеет и другие варианты, когда искомый объект располагается ближе к более северной параллели. Например, город Магадан расположен чуть южнее шестидесятого градуса и значительно удален от южной параллели. В данном случае гораздо удобнее посчитать количество градусов именно от северной параллели и отнять от нее измеренное количество: 60 – 1 = 59 0 северной широты.

Килиманджаро

Координаты объектов, расположенных географически в южном полушарии, определяются таким образом, что отсчет градусов идет от экватора в сторону Южного полюса. Вулкан Килиманджаро расположен в Африке в южном полушарии между экватором и 10 параллелью. Он отстоит от экватора всего на три градуса. Таким образом, его координата: 0 + 3 = 3 0 южной широты.

Кейптаун

Столица ЮАР также находится на южной оконечности Африканского материка между 30 и 40 градусами чуть ближе к первой параллели. Его координата будет: 30 + 3 = 33 0 южной широты.

Как рассчитать долготу?

Определение долготы не отличается от нахождения широты. Однако здесь есть свой нюанс – необходимо вначале определить полушарие, в котором находится объект.

Новый Орлеан

Один из известнейших городов США расположен в западном полушарии на берегу Мексиканского залива. Он находится практически на 90 меридиане. Отсчет градусов от в этом полушарии следует вести от нулевого меридиана в западном направлении. Таким образом, координата Нового Орлеана 90 0 западной долготы.

Лос-Анджелес

Город находится также в западном полушарии на берегу Тихого океана между 120 и 110 меридианами.

Чем севернее или южнее от экватора располагается объект, тем легче определить его долготу, так с приближением к полюсам уменьшается расстояние между градусами. Лос-Анджелес отстоит от 120 меридиана на 2 градуса и его координатой является 120 – 2 = 118 0 западной долготы.

Мурманск

Максимальное значение координат

Географическая широта начинает отсчитываться от линии экватора, который является нулевой линией, не принадлежащей ни к одному полушарию, поэтому минимальное значение широты составляет 0 0 без обозначения полушария.

Параллели, опоясывающие всю Землю, условно делят ее на 180 градусов от полюса до полюса. Но, так как экватор разделяет планету на 2 полушария, то максимальная долгота объекта будет составлять 180/2 = 90 0 северной или южной широты.

Полюс и экватор

Как определять широту и долготу полюсов, которые являются крайними точками на географической карте мира, ведь они обладают координатами, отличными от остальных на земном шаре, рассмотрено ниже.

Так как широта по своей сути является углом между экватором и нужным объектом, то максимальный угол между любым из полюсов и экватором будет прямым. Отсюда следует, что географическая широта полюса составляет 90 0 вне зависимости от полушария.

Меридианы, определяющие географическую долготу, сходятся в одной точке на полюсе. Поэтому географической долготы у полюсов нет.

Таким образом, у полюсов существует только одна координата: 90 0 северной или южной широты.

Географическая система координат

Географические координаты в настоящее время вычисляются 4 основными способами, каждый со своей степенью точности:

Перевод полученных градусов в минуты и секунды

Так как 1 географический градус в километрах представляет собой довольно большое значение, то для более точного определения местоположения объекта на карте введены и другие единицы измерения – минуты и секунды. Перевод градусов в минуты и секунды приведет к тому, что координата будет представлять собой десятичную дробь.

При этом стоит руководствоваться тем, что в одном градусе 60 минут, а в минуте 60 секунд:

Если переводить все координаты, то в одном градусе 3600 секунд:

Запись географических координат подчиняется строгим правилам, от которых нельзя отступать, так как это международная система, которую должны понимать в любой точке мира. Как определять широту и долготу и записывать географические координаты, приведено ниже. Имеется несколько форматов записи, но в них существует единое правило: сперва пишут координаты широты, а затем долготы.

Запись полученных координат

Запись в классическом виде, принятом в русскоязычной литературе, ведется на русском языке. Для того, чтобы отделить друг от друга единицы измерения, их принято обозначать надстрочными знаками: градусы знаком «0», минуты знаком «’», а секунды знаком «»».

При этом названия полушарий, а также широт и долгот пишутся сокращенно, записывается только первая их буква. Например, координаты Москвы: 55°45′21″ с. ш. 37°37′04″ в. д. В этом формате слова «широта» и «долгота» вообще не пишутся, а полушария записываются по первой букве их английского варианта: North (север), South (юг), West (запад), East (восток).

В зависимости от вида записи, широты и долготы могут принимать и отрицательные значения без указания названия полушария: положительными являются северное полушарие для широты и восточное для долготы. Остальные – со знаком минус.

Помимо всего вышеописанного, сама запись координат существует в нескольких форматах:

Запись во всех этих форматах координат Москвы буде выглядеть следующим образом:

Как видно из примера, целые значения отделяются от десятичных точкой. Для того, чтобы пересчитать координаты в другом формате, нужно разделить минуты на 60, а секунды на 3600, для записи только градусов, или умножить для записи полного формата.

На просторах Всемирной сети существует огромное количество сервисов, на которых этот пересчет автоматизирован.

Развитие международного сообщения было бы невозможным без точного определения своего местоположения (широты и долготы). В современную эпоху это позволило даже рядовым пользователям уверенно прокладывать свой маршрут в неизвестной местности и не бояться заблудиться.

Оформление статьи: Лозинский Олег

Видео о том, как определять широту и долготу

Географическая широта и географическая долгота:

Источник