Глава 1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КАРТОГРАФИИ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЗЕМНОМ ШАРЕ
Краткие сведения о форме и размерах Земли необходимы летчику для грамотной прокладки различных линий на полетных картах и для решения других задач, связанных с вождением самолетов.
Земля — одно из небесных тел, входящих в солнечную систему. Она представляет собой огромный шар, приплюснутый у полюсов. Самая северная точка земного шара называется северным полюсом и обозначается буквой С. В противоположной части Земли лежит южный полюс, т. е. самая южная точка земного шара, обозначается буквой Ю.
Земля вращается вокруг воображаемой земной оси, проходящей через ее центр, северный и южный полюсы (рис. 1).
Рис. 1. Вращение Земли вокруг своей оси
За 24 часа, или за одни сутки, Земля поворачивается к солнцу то одной половиной, то другой, то восточным, то западным полушарием, отчего наступает смена времени суток — утро, день, вечер, ночь и опять утро.
Земля не только вращается вокруг своей оси, но и движется в то же время вокруг солнца со скоростью примерно 30 км/сек.
Движение Земли вокруг солнца осуществляется по эллиптической орбите (рис. 2).
Рис. 2. Годовое движение Земли вокруг Солнца и времена года
Двигаясь по этому пути, Земля занимает относительно солнца различные места.
Так как Земля постоянно меняет свое место, то и солнечные лучи падают на различные части Земли не одинаково: одну часть года более прямо, другую часть более косо. В связи с этим в каждом году бывают холодные и теплые времена года, постепенно приходящие на смену одно другому. Это явление природы называют сменой времен года. Причина этих изменений заключается в том, что ось Земли наклонена к плоскости земной орбиты, но не меняет своего направления при обращении Земли около Солнца. На рис. 2 положение II соответствует лету в северном полушарии Земли и зиме — в южном полушарии. Солнечные лучи падают на северное полушарие с меньшим наклоном и поэтому сильнее нагревают. В таком положении северные полярные области много дней подряд освещаются незаходящим солнцем.
Равным образом в течение многих суток, т. е. в течение многих оборотов Земли вокруг оси, южные полярные области остаются без освещения солнцем. В средних северных широтах при суточном вращении Земли каждая точка ее поверхности описывает большой путь под лучами солнца, т. е. день длиннее ночи. В южном же полушарии Земли солнечные лучи падают косо, с большим наклоном: дни короткие, ночи длинные (зима).
По принятому у нас исчислению год имеет 365 дней. На самом же деле этого времени недостаточно для того, чтобы Земля сделала полный оборот вокруг солнца: ей нужно для этого не 365 дней, а 365 дней 5 час. 48 мин. 46 сек., т. е. почти на 6 часов, или четвертую часть суток, больше. Таким образом, за четыре года набегает 24 часа, т. е. одни сутки, которые и составляют лишний 366-й день високосного года. Этот лишний день прибавляют к февралю один раз в четыре года.
§ 2. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ
Производя геодезические измерения в разных местах Земли, ученые убедились в том, что кривизна Земли у экватора больше, чем у полюсов. Это означает, что Земля не шар, она немного сжата у полюсов (рис. 3).
Рис. 3. Земной эллипсоид
Сжатие Земли есть результат действия центробежной силы, развивающейся при вращении Земли вокруг своей оси. Таким образом, Земля по своей форме подходит к эллипсоиду, форма и величина которого определяется размерами ее полуосей А и Б и сжатием С. При этом радиус земного экватора (большая полуось) А = 6378,245 км, а половина земной оси (малая полуось) Б = 6356,863 км. Таким образом, полуось земли А больше полуоси Б на 21,382 км.
Для целей самолетовождения Земля принимается за шар. Длина окружности по меридиану земного шара определяется астрономическим путем, например по разности высоты Полярной звезды в двух пунктах, измеренных в один и тот же момент времени. Зная длину земного меридиана (40 008 км), делением ее на 2π получаем длину радиуса Земли. Таким образом, было установлено, что радиус Земли, если ее считать шаром, равен 6371 км. Длина окружности экватора составляет 40 075,7 км. На поверхности Земли суша занимает 29 %, вода — 71 %.
§ 3. УСЛОВНО ПРИНЯТЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ
Земной шар условно разделен экватором на северное и южное полушария. Большой круг, плоскость которого проходит через центр земного шара перпендикулярно к земной оси, называется экватором (рис. 4).
Рис. 4. Изображение меридианов и параллелей на земном шаре
Параллельные земному экватору плоскости условно образуют на земном шаре малые круги, которые называются земными параллелями. Параллель можно провести через любую точку земной поверхности. Длина окружностей параллелей тем меньше, чем они ближе располагаются к полюсам Земли.
Большой круг на земной поверхности, условно проходящий через точку севера (С) и точку юга (Ю), называется географическим (истинным) меридианом. На земной поверхности можно провести бесчисленное количество географических (истинных) меридианов. Все меридианы сходятся у полюсов Земли и расходятся к экватору. На земной поверхности через одну точку (кроме полюсов) можно провести только один меридиан. Длина всех меридианов почти одинакова.
Половина меридиана, проходящая непосредственно через какую-либо точку, называется меридианом данной точки.
Счет меридианов на земной поверхности ведется от условно принятого начального (нулевого) меридиана. Ранее в качестве начальных меридианов в различных странах были приняты Пулковский, Парижский и другие меридианы. В настоящее время на географических картах за начальный меридиан принят тот, который проходит через астрономическую обсерваторию в Гринвиче (Англия, близ Лондона) и называется Гринвичским меридианом (рис. 5).
Рис. 5. Нулевой меридиан проходит через астрономическую обсерваторию в г. Гринвиче (Великобритания)
§ 4. ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КООРДИНАТЫ
Экватор и начальный меридиан служат основанием для отсчета географических координат — широты и долготы.
Широтой (φ) данного места называется угол между плоскостью экватора и вертикалью данного места (точка А).
Долготой (λ) называется двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данного места. Отсчитываемая широта от экватора к северу называется северной широтой, к югу — южной (рис. 6).
Рис. 6. Широта и долгота точки А на поверхности земли
Долгота отсчитывается от нулевого меридиана к востоку и к западу от 0° до 180°. Восточной долготе (В) присваивается знак плюс (+), а западной (3) — знак минус (—) (рис. 7).
Рис. 7. Долгота отсчитывается от начального меридиана на восток от 0° до 180° (λВ) и на запад от 0° до 180° (λЗ)
Долготу выражают также в единицах времени. Такое выражение основано на суточном вращении Земли. Полный оборот Земли на 360° происходит за сутки, т. е. через 24 часа каждый меридиан приходит в свое начальное положение. Таким образом, долгота во времени — это время поворота Земли вокруг оси на определенный угол. 24 часа соответствуют повороту Земли на 360°, 1 час — на 15°, 1 минута — на 15' и 1 сек. — на 15", или поворот на 1° происходит за 4 мин., а на 1" — за 4 сек. Например, долгота 30°0′ может быть выражена в единицах как 2 часа 2 мин. Поскольку Землю приняли за шар, объем которого равен объему земного эллипсоида, то длина дуги 1° меридиана может быть получена из соотношения
2π/360 = 2π·6371/360 = 111,18 км
Длина 1' дуги меридиана (морская миля) равна 1,852 км.
Длина 1' дуги действительного земного меридиана, эллиптического, есть величина переменная.
Длина 1' дуги экватора также равна одной миле. Длина же 1' дуги параллели равна 1 миле, умноженной на косинус широты места. Так, например, на широте 56° длина 1' параллели равна 0,55 мили (cos 56° = 0,55).
§ 5. НАПРАВЛЕНИЯ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Направление на земной поверхности принято определять углом, составленным какой-либо линией с земным меридианом.
Измерение направления на видимый предмет с помощью оптических или визирных приборов называется визуальной пеленгацией. Так, например, в точке А расположен визуальный пеленгатор, с помощью которого измеряется направление от точки А на предмет, находящийся в точке Д (рис. 8).
Рис. 8. Пеленг, или азимут (визуальный)
Линия СЮ, проведенная с северного полюса земли на южный через точку расположения пеленгатора, является меридианом. Направление на объект пеленгации измеряется в градусах от 0° до 360°. Отсчет градусов производится по ходу часовой стрелки от северного направления меридиана до прямой линии АД.
Угол, заключенный между северным направлением меридиана и линией, проведенной от места наблюдения на наблюдаемый предмет, называется пеленгом, или азимутом.
С помощью компаса можно определить азимут в следующем порядке:
— повернуть компас так, чтобы стрелка его устанавливалась на делениях шкалы 0—180. В этом положении стрелка компаса будет совпадать с географическим меридианом;
— визируя через центр вращения стрелки на ориентир, произвести отсчет азимута на шкале циферблата против воображаемой линии, соединяющей центр вращения стрелки с ориентиром (рис. 9).
Рис. 9. Порядок отсчета азимутов по компасу (карте)
Азимут (пеленг) определяют на карте или глобусе в следующем порядке:
— намечают точку А, с которой должен быть определен пеленг, и проводят через нее вспомогательный меридиан, если эта точка не совпадает с нанесенными меридианами на карте или глобусе;
— намечают вторую точку Б, на которую должен быть определен пеленг;
точки А и Б соединяют прямой линией;
— центр транспортира накладывают на точку А, а ось транспортира — на меридиан точки А;
— по шкале транспортира отсчитывают пеленг (азимут) против линии, соединяющей точки А и Б. Пеленг отсчитывается углом от северной части меридиана, проходящего через точку А (наблюдателя), до линии пеленга (рис. 10).
Рис. 10. Измерение транспортиром азимута (пеленга) между точками А и Б на глобусе (карте)
Если измеренный пеленг (азимут) с точки А на точку Б будет использован для целей полета, то измеренный угол между меридианом и линией, соединяющей точки А и Б, называется путевым углом, так как с точки А в точку Б самолет должен совершить перелет по линии, соединяющей точку вылета А и конечную точку Б.
Определение путевого угла с помощью транспортира производится в том же порядке, как и определение пеленга на карте или глобусе (рис. 11).
Рис. 11. Измерение транспортиром путевого угла (ПУ) на глобусе (карте)
Так как меридианы между собой не параллельны, то путевой угол в разных точках линии будет неодинаков. Изменение путевого угла (ПУ) с изменением расстояния от точки его измерения в практике полетов учитывается, чем и обеспечивается движение самолета по линии заданного пути.