太阳影子定位

时间:2024-06-30 00:52:30编辑:分享君

大航海时代的航海家如何测量的经纬度位置?

早在公元前200年,古希腊科学家埃拉托色尼(Eratosthenes)已经开始着手测量地球的周长。他利用夏至日杆子影子的长度测得阳光的入射角以及亚历山大和位于北回归线的塞尼之间的距离,测得地球的周长为21.6万斯塔德,也即略小于4万公里。这个测量值非常接近今天我们测得的精确值,这是个令人震惊的成就。此外,埃拉托色尼通过量测太阳在夏至、冬至、春分和秋分时的轨迹,定义了赤道和回归线的概念。这些工作为航海定位提供了理论基础。上图为《圆的历史》图5.2,展示了埃拉托色尼测量地球周长的原理。埃拉托色尼的工作,奠定了经纬度的概念。球体的半径已知,如果能再知道两点的经纬度,那就比较容易计算出两点之间的距离,继而规划航行时间,或者绘制粗略的航海图。由此,航海定位问题转化为了如何在茫茫大海中确定自己所在的经纬度?这是一张北半球星空的延时曝光照片,斗转星移,因为地球的自转,恒星在天空中的轨迹构成了一个又一个的同心圆。我们注意到,圆心的那颗恒星在这个视野里是不会动的,因为它位于地轴的延长线上。这颗恒星叫做北极星。对于北半球的观察者来说,北极星始终不动,其它恒星围绕北极星旋转。上图为《圆的历史》图5.5。北极星位于地轴的延长线上,与地球的距离非常非常远,远到了地球的半径与之相比都可以忽略。所以,在地球表面的某个位置观察北极星方向,这条视线与地轴平行。继而,这条视线与地平线之间的夹角,也就是视野中北极星的仰角,就等于该地点的纬度。也就是说,如果你去视野中找北极星,发现它在你的头顶正上方,也就是仰角为90度,那说明你所在的纬度就是90度,你正踩在北极点上。如果你去视野中找北极星,发现它在地平线处,仰角为0,说明你所在的纬度就是0度,你正在赤道上航行。如果仰角为30度,说明你现在的位置是北纬30度。北纬的问题解决了,南纬呢?虽然没有相对应的「南极星」,但是,我们发现南十字星座的中心点可以近似起到「南极星」的作用。这样的观测虽然不够精确,但是对于航海定位来说,已经足够了。由于北极星和南十字星座的存在,借助合适的测量仪器,有经验的航海家可以很轻松的确定自己所在的纬度,但是,经度的测量就要困难的多了。纬度是一系列的平行线,而经度是一系列在极点相交的线。地球在东西方向自转,不存在「东极点」「西极点」,所以也没有什么「东极星」「西极星」。但是,航海家们还是发现了一个规律。这个规律与星空无关,与时间有关。我们今天知道时区的概念,比如,现在是北京时间凌晨2点,是美东时间中午1点。如果我已知,现在的北京时间是凌晨2点,现在的当地时间是中午1点,那么,我是不是可以反推出,我现在所在的时区是美东时区呢?继而,我可以知道我所在的经度就是美国东部所在的经度。所以,经度的测量问题,转化为了已知位置的时间和当前位置的时间的测量问题。地球自转周期是24小时,也就是24小时旋转360度,每小时旋转15度,每4分钟旋转1度。如果以出发的港口作为参照点,比如从伦敦出发,以格林威治时间作为标准时间,以格林威治所在的经线作为0度经线。之后在航海过程中的某个位置,格林威治时间是凌晨1点,当地时间是上午9点,相差8小时,也就是,这个位置与格林威治之间相差8乘以15等于120度,也即现在所在的位置是东经120度。问题又来了,茫茫大海中,怎么确定格林威治时间?怎么确定当地时间?当地时间的确定,靠的是日晷。在甲板上弄一个日晷,用太阳影子的方向来确定时间。格林威治时间的确定,靠的是钟表。在伦敦出发的时候,把钟表调到格林威治时间,此后就再也不调整。说起来很简单,但是,真正实施起来却比较困难。因为这种方法严重依赖于一只精确可靠的钟表。否则,效果会大打折扣。虽然古希腊人就发明了经度理论,但因为受制于钟表的制作工艺,直到18世纪,航海家才能精确测量自己所在的经度。这也是为什么今天很多名表都有「航海款」的来历。由于经度测量的不方便,航海家们又想出了近似的测量方法。如果我在某个位置测量得出了比较精确的经度值,然后我记录此后航行的方向和距离,不就能在地图上推算现在所在的位置吗?航行的方向可以用指南针近似确定。从船头扔一块木头到海里,用钟表开始计时,直到船尾经过这块木头为止,然后船的长度除以这段时间,就能得到航行的近似速度。比如,我沿着赤道航行,10个小时前,我所在的精度是西经29度25分,然后我以每小时8.3英里的速度向东航行了10小时。已知地球的周长大约是2.5万英里,对应于360度,也就是每一度为69.4英里,每一分为1.15英里。也就是说,我走过的距离是10乘以8.3等于83英里,弧度的改变为83除以1.15等于72分。也就是说,83英里的弧长对应的圆心角是72分左右,所以我现在所在的经度是西经29度25分再减去72分,等于西经28度13分。为了计算方便,航海家们把1.15英里定义为1海里,1海里的弧长对应于地球圆心角的1分。南北方向每航行1海里,意味着纬度变化1分;在赤道上东西方向每航行1海里,意味着经度变化1分;如果在非赤道上东西向航行,需要乘以纬度cos的倒数作为修正系数。速度单位「节」同样也来源于此,1节等于每小时1海里。直到今天,海里和节依然广泛应用于航海和航空领域,因为它们能很容易的把航行的距离变化转化为地球的经纬度变化,继而确定我们在地球表面的位置。

早上太阳大还是中午太阳大还是下午太阳大

一样大嘛...



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早晨和中午的太阳距离地球的远近是一样的。为什么早晨的太阳看起来较中午时大呢?这是视觉的差误、错觉。同一个物体,放在比它大的物体群中显得小,而放在比它小的物体群中显得大。同样道理,早晨的太阳,从地平线上升起来的背衬是树木、房屋及远山和一小角天空,在这样的比较下,此时太阳显得大。而中午太阳高高升起,广阔无垠的天空是背衬,此时太阳就显得小了。其次,同一物体白色的比黑色的显得大些,这种物理现象叫做“光渗作用”。当太阳初升时,背景是黑沉沉的天空,太阳格外明亮;中午时,背景是万里蓝天,太阳与其亮度反差不大,就显得小些。
中午的气温较早晨高,是否此时的太阳较早晨离我们近些呢?也不是。主要原因是早晨太阳斜射大地,中午太阳直射大地。在相同的时间、相等的面积里,直射比斜射热量高。同时,在夜里,太阳照射到地面上的热度消散了,所以早上感到凉快;中午,太阳的热度照射到地面上,所以感到热。温度的凉与热,并不能说明太阳距离地面的远与近。


大航海时代加强版,怎样才能看带所在的经纬度?

跟测量员的数值有关,分配人员时可以看到测量员的相关数值,选裸值最高的担任,个人建议相同等级,汉堡的那个航海士最高,然后配上黄金圆规、六分仪等宝物。如果经纬度还是问号,只能练级了。日本海岸附近有温泉,搜索就可以迅速升级,在了望台上的航海士升级略快些。
另,了望台的航海士,能力高了,了望的有效半径(点搜索时会出现的)会增大。如是加强版,金字塔里那个航海士是最好的。
了望台对经纬度没有影响,我试过在太平洋航行,没有了望台,一样可显示经纬度,但把测量员去掉,就是问号了。
还有航海士生病时能力值会下降。


日出的方向是那边?

日出的方向是东方。赤道是南北半球的平分线,在这里终年昼夜平分,都是12h。所以当太阳直射这里的时候,全球日出日落非常特殊。太阳直射赤道时,即春秋分日,全球各地日出正东方,日落正西方。所以一年中只有2天,太阳才是真正从正东升起,正西日落。太阳直射点移动规律太阳直射点,在地球23°26′N~23°26′S之间往复移动,移动的周期为一个回归年(365日5时48分46秒),移动的规律如下:①夏半年(春分-夏至-秋分),太阳直射点由赤道开始,先向北移动到北回归线,再向南回到赤道。②冬半年(秋分-冬至-春分),太阳直射点由赤道开始,先向南移动到南回归线,再向北回到赤道。

日出日落方向怎么判断

  北极点都正南,南极点都正北。极昼地区:北半球,日出日落都是正北;南半球,日出日落都是正南。北半球夏半年:南北半球均东北升,西北落;北半球冬半年:南北半球均东南升,西南落。春秋二分除了南北两极点外日正东方向升起、从正西方向落下。



  太阳直射点在哪个半球,日出日落就偏向于哪个方向。而且纬度越高,偏转越明显。其中赤道偏转为当时的直射纬度,到极昼区偏转为90度。



  受地球公转运动方向一”自西向东”运动的影响,太阳视运动表现为东升西落。严格说来,笼统地认为太阳东升西落是不准确的。由于黄赤交角的存在,太阳直射点在南、北回归线之间往返。直射点位置的变化,使得同一地方不同日期日出日落方向不同,同一时刻不同的地方日出、日落方向也不同,所以,我们在不同季节看到的日出日落的方位并不相同。



  规律一:春秋二分日,全球各地的日出日落方位除了南北两极点外均为从正东方向升起、从正西方向落下。

  规律二:太阳直射北半球时,全球各地除了极昼、极夜地区以外,太阳都是从东北方向升起、从西北方向落下,而且太阳直射点的纬度越接近北回归线,各地日出、日落的方位就越偏北;纬度越高的地方日出日落的方位也越偏北。

  规律三:太阳直射南半球时,全球各地除了极昼、极夜地区以外,太阳都是从东南方向升起,从西南方向落下,而且太阳直射点的纬度越接近南回归线,各地日出、日落的方位就越偏南;纬度越高的地方日出日落的方位也越偏南。


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