c ầ u các h ệ t ọa độ trên thiên c ầ u
1.Thiên cầu - các đường, điểm và vòng tròn chính trên thiên cầu
Một số khái niệm chung về hình học cầu
Khối cầu là một hình học ba chiều, được xác định bởi một bề mặt mà tất cả các điểm trên bề mặt này đều có khoảng cách đồng đều từ một điểm trung tâm O, được gọi là tâm của khối cầu.
- Bán kính của khối cầu R là khoảng cách từ tâm O của nó đến một điểm bất kỳ nào đó trên bề mặt khối cầu, ví dụ đến điểm A hay C.
Khi cắt khối cầu bằng một mặt phẳng đi qua tâm, ta sẽ tạo ra một vòng tròn lớn trên mặt cầu, gọi là vòng tròn lớn Tất cả các bán kính của các vòng tròn lớn này đều bằng nhau và tương đương với bán kính của khối cầu, tức là OA = OC = R.
Giao tuyến của khối cầu với mặt phẳng không đi qua tâm của nó sẽ hình thành một vòng tròn nhỏ, ví dụ vòng tròn CEDC hay KMLK
Bán kính r của vòng tròn nhỏ phụ thuộc vào khoảng cách giữa mặt phẳng của vòng tròn và tâm khối cầu Ví dụ, bán kính r1 lớn hơn r2 do mặt phẳng của vòng trong CEDC gần tâm cầu hơn so với mặt phẳng của vòng tròn bên ngoài.
Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên bề mặt cầu được xác định bởi cung nhỏ hơn của vòng tròn lớn đi qua hai điểm đó Chẳng hạn, khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm G và F là cung của vòng lớn GF.
Trong hàng hải học, việc xác định vị trí tàu thông qua quan trắc các mục tiêu địa văn yêu cầu phải biết vị trí của chúng trên hải đồ Tương tự, trong thiên văn hàng hải, vị trí của các mục tiêu trên bầu trời cũng cần được xác định, nhưng khác với các mục tiêu địa văn, các mục tiêu thiên văn (thiên thể) không cố định và liên tục thay đổi vị trí trên bầu trời.
Thiên cầu là một khái niệm trong thiên văn học, giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán thực tế và rút ra các nguyên tắc lý thuyết, thông qua việc biểu thị sự chuyển động của các thiên thể trên một mặt cầu phụ trợ.
Thiên cầu là một quả cầu phụ trợ với bán kính tùy ý, có tâm tại một điểm bất kỳ trong không gian, và tất cả các mặt phẳng cùng đường thẳng của nó đều song song với các mặt phẳng và đường thẳng tương ứng của người quan sát trên trái đất Các đặc điểm của thiên cầu bao gồm sự tương đồng trong hình học và sự liên kết với vị trí quan sát của con người.
Thiên cầu bổ trợ là một khối cầu hình học thuần túy, mang tính ước lệ và không phản ánh chính xác vòm trời mà chúng ta quan sát bằng mắt.
Tâm của thiên cầu thường được xác định tại các điểm cụ thể, chẳng hạn như vị trí của mắt người quan sát hoặc ở tâm của địa cầu Khi xác định những vị trí này, chúng ta có thể nhận được những hình chiếu khác nhau từ cùng một thiên cầu bổ trợ.
1.2 Các đường, điểm và các vòng tròn chính trên thiên cầu:
Xét hình chiếu của Thiên cầu với tâm là mắt người quan sát.
Trong Hình 1.2 dưới biểu diễn Trái đất (khối cầu dưới thấp), trong đó:
Trục trái đất được xác định bởi các điểm pn và ps, trong đó pn là địa cực bắc và ps là địa cực nam Xích đạo của trái đất được ký hiệu là qq‘ Khi một người quan sát đứng ở điểm O trên bề mặt trái đất, vĩ độ của họ được xác định là φ = qO.
Trái đất được hình dung như một khối cầu quay từ tây sang đông, với đoạn OC là đường dây rọi qua vị trí người quan sát Từ điểm O, chúng ta có thể dựng mặt phẳng chân trời thật, vuông góc với đường dây rọi Giao tuyến của mặt phẳng chân trời thật với mặt phẳng kinh tuyến địa lý tại điểm O tạo ra đường Tý - Ngọ theo hướng Bắc - Nam (NS) Đồng thời, đường vuông góc với hướng Bắc - Nam chính là đường Đông - Tây (EW), xác định các hướng của các đường này.
NS và EW tạo thành các hướng chính của chân trời Các đường thẳng OS1‘; OS2‘;
OS 3 ‘ là các hướng từ mắt người quan sát tới các thiên thể khác nhau.
Lấy điểm O làm tâm, chúng ta xây dựng một hình cầu với bán kính tùy ý Sau đó, vẽ các đường thẳng và mặt phẳng đi qua O, song song với các đường thẳng và mặt phẳng tương ứng trên bề mặt trái đất, cụ thể là trục.
Trái đất, xích đạo và các kinh tuyến địa dư Tất cả những vòng tròn nhận Hình 1.2
S được trên hình cầu sẽ lànhững vòng trònlớn vì chúng được dựng qua tâm O của hình cầu.
Do đó chúng ta có mối liên hệ quan trọng như sau: QOZ = qCO = φ Đường thẳng
PNO hợp với mặt phẳng chân trời tại một góc φ, vì các góc NOPN và QOZ có các cạnh tương ứng vuông góc Người quan sát sẽ thấy thiên cầu quay từ Đông sang Tây Khi tách điểm O ra và vẽ hình biểu diễn Trái đất, đồng thời vạch ra các mặt phẳng và đường thẳng song song tương ứng với thực tế, ta nhận được một biểu diễn đơn giản hơn của thiên cầu.
Sự biểu diễn Thiên cầu được sử dụng để nghiên cứu chuyển động của các thiên thể và giải quyết một số bài toán thiên văn Các yếu tố như mặt phẳng, đường thẳng và điểm trên Thiên cầu tương ứng với các yếu tố tương tự trên Trái đất Đường thẳng ZOn, hay còn gọi là đường dây rọi, là đường thẳng đứng đi qua vị trí của người quan sát, trong khi điểm Z đại diện cho thiên đỉnh và điểm n là thiên đế.
Mặt phẳng chân trời thật, được hình thành bởi vòng tròn lớn NESWN, đi qua tâm Thiên cầu và vuông góc với đường dây rọi, có vai trò quan trọng trong việc phân chia không gian.
Thiên cầu ra làm 2 phần: phần trên chân trời có chứa thiên đỉnh và phần dưới chân trời có chứa thiên đế.
Chuy ển độ ng nhìn th ấy ngày đêm củ a thiên th ể
1 Những đăc điểm chuyển động nhìn thấy ngày đêm của thiên thể
Tất cả các thiên thể, dù không thay đổi vị trí tương đối, vẫn di chuyển trên vòm trời trong một ngày đêm Qua từng ngày, vào cùng một thời điểm, chúng ta lại thấy cùng một ngôi sao ở vị trí tương tự trên bầu trời.
Phần lớn các thiên thể trong vũ trụ di chuyển từ hướng Đông sang Tây, tuy nhiên, có một số thiên thể lại chuyển động ngược lại, từ Tây sang Đông, trong một khoảng thời gian nhất định.
Nguyên nhân vật lý của hiện tượng này là do Trái đất quay quanh trục của mình, tuy nhiên, trong thiên văn cầu, các hiện tượng trên thiên cầu được nghiên cứu từ góc nhìn của người quan sát Người quan sát cảm nhận rằng Thiên cầu và tất cả các thiên thể trên đó quay quanh trục của Thiên cầu, và sự chuyển động này được gọi là "chuyển động nhìn thấy ngày đêm của Thiên cầu".
- Trong chuyển động ngày đêm thì đường dây rọi, chân trời và kinh tuyến Nqs sẽ đứng yên, thiên thể sẽ chuyển động cùng với Thiên cầu.
Thiên thể di chuyển theo quỹ đạo song song với xích đạo, và khoảng cách đến xích đạo phụ thuộc vào xích vĩ của chúng Chuyển động này được gọi là chuyển động nhìn thấy ngày đêm của thiên thể, thực chất là chuyển động ảo do sự quay của Trái đất.
- Trong chuyển động ngày đêm, thiên thể sẽ cắt măt phẳng chân trời cố định, vòng thẳng đứng gốc và kinh tuyến người quan sát.
1.2 Điều kiện thiên thể qua các vịtrí đăc biệt
- Điều kiện mọc, lăn của thiên thể. δ < 90 0 - φ
- Điều kiện thiên thể đi qua thiên đỉnh δ = φ và δ cùng tên với φ (nếu khác tên thì thiên thể sẽ đi qua thiên đế).
- Điều kiện thiên thể cắt vòng thẳng đứng gốc δ < φ
- Điều kiện thiên thể không mọc, không lặn δ > φ nếu δ và φ cùng tên, thiên thể không lặn Nếu δ và φ khác tên thiên thể không mọc.
1.3 Đặc điểm chuyển động nhìn thấy hàng ngày đối với Nqs ở xích đạo và ở cực
* Đối với Nqs ở xích đạo (φ = 0 0 ) (Hình 2.1)
- Quy đạo chuyển động của thiên thể vuông góc với đường chân trời do vậy tất cả các thiên thể đêu có mọc, lặn thật
- Người quan sát sẽ quan sát được các thiên thể nằm ở cả hai bán cầu
* Đối với Nqs ở cực (φ = 90 0 )(Hình 2.2)
- Quĩ đạo chuyển động của các thiên thể song song với đường chân trời do vậy các thiên thể sẽ không có mọc, lặn.
Nqs chỉ có thể quan sát các thiên thể có xích vĩ tương ứng với vĩ độ của nó Đặc biệt, khi xích vĩ bằng 0 độ, thiên thể sẽ di chuyển dọc theo đường chân trời.
Ở vĩ độ trung gian, quỹ đạo chuyển động của thiên thể nghiêng với thiên xích đạo một góc 90° - φ Do đó, sự xuất hiện của thiên thể có thể là mọc, lặn, không mọc hoặc không lặn, tùy thuộc vào mối quan hệ giữa vĩ độ φ của người quan sát và độ thiên δ của thiên thể.
2 Các hiên tƣợng liên quan đến chuyển đông nhìn thấy ngày đêm của thiên thể
2.1 Hiên tượng mọc, lặn thật của thiên thể
Chiếu Thiên cầu lên mặtphẳng thiên kinh tuyến Nqs ta thu đƣợc
Trong quá trình chuyển động ngày đêm, thiên thể C cắt mặt phẳng chân trời Tại thời điểm di, thiên thể C từ dưới đường chân trời di chuyển lên trên (thời điểm mọc); và tại thời điểm d4, thiên thể C lại di chuyển từ trên đường chân trời xuống dưới.
(thời điểm lặn) tại các thời điểm đó, thiên thể nằm trên đường chân trời do vậy ta có độ cao của thiên thể = 0.
Trong quỹ đạo chuyển động ngày đêm củathiên thể mà khônng cắt đường chân trời khi đó xuất hiện hiện tượng không mọc hoặc không lặn.
- Hiện tượng thiên thể không mọc: (thiên thể F) khi đó quỹ đạo trong chuyển động ngày đêm của thiên thể hoàn toàn nằm phần phía dưới đường chân trời.
- Hiện tượng thiên thể không lặn: (thiên thể B) khi đó quỹ đạo trong chuyển động ngày đêm của thiên thể hoàn toàn nằm phía trên đường chân trời
2.2 Khi thiên thể qua thiên kinh tuyến Nqs
Thời điểm thiên thể qua thiên kinh tuyến người quan sát ta có độ cao của thiên thể đạt giá trị lớn nhất
(hmax) khi qua thiên kinh tuyến thượng (vị trí d3) và hminkhi thiên thể đi qua thiên kinh tuyến hạ (vị trí d) và gọi là độ cao kinh tuyến H.
2.3 Khi thiên thể qua vòng thẳng đứng gốc
Tại vị trí d2thiên thể đi qua vòng thẳng đứng gốc.
3 Sƣ thay đổi toa đô của thiên thể trong chuyển đông ngày đêm
* Sự thay đổi tọa đô xích đạo của thiên thể trong chuyển đông ngày đêm.
(coi chuyển động quay của Trái đất xung quanh trục của nó là chuyển động đều).
Góc giờ t là vị trí của thiên kinh tuyến, được xác định bởi trị số góc giờ Chiều biến thiên của góc giờ t trùng với chiều tính góc giờ tây, do đó góc giờ tây (tW) tăng đều đặn từ 0.
- Xích vĩ δ: chuyển động ngày đêm của thiên thể theo vĩ tuyến có khoảng cách góc đến xích đạo, tức là xích vĩ, là một đại lượng không đổi.
Do vậy xích vĩ của thiên thể trong chuyển động ngày đêm là một đại lượng không đổi (δ = const)
Xích kinh, hay điểm xuân phân γ (Aries), là một điểm quan trọng liên quan đến Thiên cầu, di chuyển cùng vận tốc góc với Thiên cầu Sự chuyển động của Trái Đất trong ngày đêm không ảnh hưởng đến xích kinh của các thiên thể.
* Sư thay đổi tọa đô chân trời của thiên thể trong chuyển đông ngày đêm.
(ta thừa nhận góc giờ t biến thiên tỉ lệ thuận với thời gian At).
3.1 Biến thiên phương vị của thiên thể Để tính phương vị A ta sử dụng công thức 4 yếu tố liên tiếp
Cotg A Sin t = Cos.Tg δ - Sin φ Cos t
Lấy vi phân theo A và t biến đổi ta được ΔA = - Cos q Cos δ Sec h At
Biến đổi để mất q dựa vào tam giác thị sai ta có ΔA= - (Sin φ - Tg h Cos φ CosA) At
* Dấu trừ chứng tỏ khi góc giờ tăng thì phương vị trong cách tính bán vòng sẽ giảm
- Với một Nqs ở cực (φ = 90 0 ) thì Sin φ = 1: Cos φ= 0 Khi đó ta có Δ = - At, tức là phương vị thay đổi đều như thời gian
Tại Nqs ở xích đạo (φ = 0°), Sin φ = 0 và Cos φ = 1, dẫn đến Δ = tg h Cos Δ Khi thiên thể mọc và lặn thực sự, h = 0, do đó Δ = 0 Khi thiên thể đi qua thiên kinh tuyến Nqs, h đạt giá trị lớn nhất và Cos A = 1, khiến AΔ trở nên rất lớn.
Ở xích đạo và những vĩ độ nhỏ, phương vị của thiên thể thay đổi không đồng đều, có lúc nhanh chóng, có lúc lại gần như không thay đổi trong một khoảng thời gian Tốc độ biến thiên phương vị lớn nhất xảy ra khi thiên thể đi qua thiên kinh tuyến Nqs trong thời gian mọc và lặn Khi thiên thể đi qua vòng thẳng đúng gốc, phương vị của nó hầu như không thay đổi Điều này rất quan trọng trong thực hành để chọn thời điểm đo phương vị nhằm xác định sai số la bàn.
3.2 Biến thiên độ cao của thiên thể Áp dụng hàm số Sin trong tam giác thị sai ta có.
Sin h = Sinφ Sin δ + Cos φ.Cos δ Cos tL
Lấy vi phân theo h và tL Δh = - At Cos φ Sin A Δh‘ = - 15 Δt m Cos φ SinA Δh‖ = - 0.25 Δt s Cos φ Sin A
- Đối với người quan sát trên xích đạo, sự biến thiên độ cao thiên thể là lớn nhất (φ = 0 Cos = φ
1), còn khi người quan sát ở cực thì độ cao của tất cả các thiên thể đêu không đổi trong chuyển động ngày đêm.
Tại các vĩ độ trung gian, sự biến thiên độ cao của các thiên thể không đồng đều trong các phần khác nhau của quỹ đạo chuyển động ngày và đêm.
+ Khi A = 90°(270°), tức là khi thiên thể cắt vòng thẳng đứng gốc thì Sin A= 1, giá trị của Ah sẽ lớn nhất và tỉ lệ thuận với thời gian
Khi A = 0° hoặc 180°, thiên thể đi qua thiên kinh tuyến Nqs, dẫn đến Sin A = 0 và Ah = 0, nghĩa là độ cao của thiên thể không thay đổi, và thiên thể di chuyển gần như song song với đường chân trời Điều này phản ánh chuyển động quỹ đạo của Trái Đất và sự chuyển động hàng năm của Mặt Trời.
Chuyển động nhìn thấy hàng năm của Mặt trời
Trình bày được quy luật chuyển động của Trái Đất và hành tinh trong Hệ Mặt Trời và các hiện tượng liên quan
- Trình bày được sự thay đổi toạ độ xích đạo của Mặt Trời.
1 Quy luât chuyển đông của Trái Đất và các hành tinh trong Hệmăt trời
Động học cơ bản về chuyển động của các hành tinh được nêu rõ qua các định luật của Kepler, sau đó được Newton bổ sung bằng định luật vạn vật hấp dẫn Định luật hấp dẫn vũ trụ của Newton đã khẳng định mối liên hệ giữa lực hấp dẫn và chuyển động của các thiên thể.
Trong công thức lực hấp dẫn, f đại diện cho lực hút không đổi, k là hằng số lực hấp dẫn Gauxo với giá trị k = 1/58 hay k = 0,0172, và r là khoảng cách được tính bằng đơn vị thiên văn Khoảng cách A được xác định là khoảng cách trung bình từ Mặt Trời đến Trái Đất, tương đương với 149,6 triệu km.
* Các định luật của Keppler
Gồm có 3 định luật như sau:
* Các quĩ đạo của các hành tinh (trong đó có Trái đất) là những hình elip mà Mặt trời là một trong các tiêu điểm của nó.
đơn vị đo thờ i gian tr ong thiên văn
Dụng cụ đo thời gian trên tàu, hay còn gọi là đồng hồ, được sử dụng để tái tạo các đơn vị thời gian và xác định các thời điểm Sự chuyển động đều của đồng hồ được đảm bảo nhờ các bộ điều chỉnh đặc biệt, thường là những con lắc kiểu lò xo Độ chính xác của đồng hồ phụ thuộc vào sự ổn định của chu kỳ chuyển động của con lắc.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dao động của tinh thể thạch anh (đồng hồ Quartz) và dao động của các phân tử khí (đồng hồ nguyên tử) đã được sử dụng để thay thế cho dao động của các con lắc vật lý Những công nghệ này mang lại độ chính xác rất cao cho thời gian, đảm bảo hoạt động của đồng hồ với độ chính xác tuyệt đối.
Tàu biển hoạt động như một đơn vị độc lập, vì vậy việc đảm bảo thời gian phục vụ là rất quan trọng để duy trì hoạt động đồng bộ, chính xác và liên tục của tàu.
Tùy thuộc vào tính chất công việc, đơn vị thời gian sử dụng có thể khác nhau về độ chính xác Đối với bài toán thiên văn Hàng hải trên tàu, cần có chỉ số giờ thế giới (GMT) chính xác với độ chính xác lên đến 0,5 giây.
Để đảm bảo thông tin liên lạc, sinh hoạt và các yêu cầu hàng hải khác đạt độ chính xác đến 10 giây, công tác phục vụ thời gian trên tàu bao gồm nhiều nhiệm vụ quan trọng.
- Duy trì thời gian một cách liên tục và chính xác.
- Theo dõi sự hoạt động của các đồng hồ và đảm bảo cho chứng có đủ điều kiện hoạt động tốt.
Thu tín hiệu thời gian từ các đài bờ là phương pháp quan trọng để xác định số hiệu chỉnh thời kế và các loại đồng hồ, cũng như điều chỉnh lại chỉ số của chứng Việc này giúp đảm bảo độ chính xác của thời gian và tăng cường tính tin cậy trong các ứng dụng liên quan đến đo lường thời gian.
Thời kế (Chronometer) là một loại đồng hồ có cấu tạo đặc biệt dùng để chỉ giờ thế giới TG với độ chính xác rất cao.
Hiện nay, có hai loại đồng hồ chính: đồng hồ cơ khí và đồng hồ điện tử Đồng hồ cơ khí được chế tạo từ vật liệu chất lượng cao, với cấu trúc tương tự như đồng hồ cơ thông thường Những bộ phận đặc biệt trong thiết kế giúp đồng hồ hoạt động với độ chính xác cao, ổn định và thời gian sử dụng lâu dài.
Các bộ phận đặc biệt đó là:
Bộ phận cung cấp năng lượng, hay còn gọi là động cơ, là yếu tố quan trọng trong đồng hồ cơ khí Đối với các loại đồng hồ này, dây cót đóng vai trò là bộ phận cung cấp năng lượng, truyền động trực tiếp tới trục Tuy nhiên, trong trường hợp của đồng hồ, năng lượng được truyền qua một trống hình nón, đảm bảo rằng mô men tời trục luôn giữ ở mức không đổi.
Bộ phận điều chỉnh (con lắc) được thiết kế với hai nửa vành khuyên, mỗi nửa được cấu tạo từ hai lớp kim loại có hệ số dãn nở nhiệt khác nhau Thiết kế này đảm bảo rằng cánh tay đòn tới trục luôn giữ nguyên, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Thời kế hiện đại được thiết kế trong một chiếc hộp thông qua hệ thống vòng các đăng, giúp mặt phản ảnh luôn song song với mặt phẳng chân trời, đồng thời giảm thiểu sai số do tàu lắc trong điều kiện sóng gió lớn Trong số các loại thời kế, thời kế thạch anh đang ngày càng phổ biến và dần thay thế thời kế cơ khí Loại thời kế này hoạt động bằng nguồn điện một chiều ổn định, với dao động điều hòa do tinh thể thạch anh tạo ra, đảm bảo độ tin cậy cao Ngoài ra, thời kế thạch anh còn được trang bị bộ phận chỉ báo năng lượng dự trữ, giúp người sử dụng theo dõi và lên kế hoạch thay nguồn điện kịp thời.
Đồng hồ bỏ túi chính xác này có kim giây nhảy hai lần mỗi giây và luôn hiển thị giờ thế giới Nó thường được sử dụng để quan sát thiên văn trên boong tàu nhỏ, nhưng thường bị thay thế bởi thời kế.
Đồng hồ trên tàu là các thiết bị thông dụng được lắp đặt tại nhiều vị trí như buồng lái, buồng máy, câu lạc bộ và hành lang Chúng có vai trò quan trọng trong việc duy trì thời gian làm việc và sinh hoạt trên tàu, cũng như giải quyết các bài toán địa văn và ghi nhật ký Thông thường, đồng hồ chỉ hiển thị giờ tại vị trí hoạt động của tàu hoặc giờ của quốc gia nơi tàu neo đậu, theo lệnh của thuyền trưởng Riêng đồng hồ trong buồng VTĐ thường sử dụng giờ GMT và yêu cầu phải có kim giây.
Đồng hồ bấm giây là loại đồng hồ nhỏ gọn, thường được sử dụng để đo thời gian ngắn với thiết kế chỉ có kim phút và kim giây Loại đồng hồ này thường được trang bị trong buồng lái để hỗ trợ giải các bài toán thiên văn, địa văn, tính toán sai số thời gian và nhiều mục đích khác.
2 Số hiệu chỉnh thời kế và cách xác đinh.
2.1 Số hiệu chỉnh thời kế.
Thời kế là một loại đồng hồ có thiết kế tinh vi và cấu tạo đặc biệt, được chế tạo từ những vật liệu chất lượng cao Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng và do ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, thời kế vẫn có thể gặp phải sai số.
Sai số thời kế là sự chênh lệch giữa chỉ số của thời kế T TK và giờ thế giới T G Để loại trừ sai số này, người ta sử dụng một đại lượng có trị số bằng sai số nhưng ngược dấu, được gọi là số hiệu chỉnh thời kế, ký hiệu là UTK.
- T G : là giờ thế giới chính xác (thu nhận qua các trạm radio bờ cung cấp)
- TTK: số chỉ của thời kế đặt trên tàu
- U TK : số hiệu chỉnh thời kế UTK < 0 chỉ số thời kế lớn hơn giờ thế giới (thời kế chạy nhanh);
UTK> 0 chỉ số thời kế nhỏ hơn giờ thế giới (thời kế chạy chậm).
S ử d ụ ng l ịch thiên văn Hàng hả i gi ả i các bài toán liên quan
Lịch thiên văn hàng hải bao gồm các bảng chứa tọa độ đã biết và tọa độ tính sẵn của các thiên thể, cùng với một số số liệu thiên văn quan trọng khác.
Có nhiều loại lịch thiên văn được phát hành bởi các quốc gia, nhưng nội dung chủ yếu của chúng thường giống nhau, như Lịch thiên văn Anh (The Nautical Almanac) và Ephemerides Nautiques của Pháp Những lịch này chủ yếu được sử dụng để xác định góc giờ Greenwich (GHA) và Xích vĩ (DEC - Declination) của các thiên thể, và đó cũng là mục đích chính của Lịch thiên văn hàng hải.
Lịch thiên văn hàng hải của Anh, hay còn gọi là The Nautical Almanac, là công cụ phổ biến được sử dụng trong hàng hải Bài viết này sẽ trình bày cấu tạo và nội dung chi tiết của Lịch thiên văn Anh, giúp người đọc hiểu rõ hơn về ứng dụng và tầm quan trọng của nó trong việc định hướng và điều hướng trên biển.
Nguyên tắc cấu tạo của Lịch thiên văn Anh
Lịch thiên văn Anh cung cấp số liệu quan trọng để tính toán góc giờ Greenwich (GHA) và Xích vĩ (Dec) của các thiên thể, phục vụ cho mục đích hàng hải vào bất kỳ thời điểm nào theo giờ thế giới UT hoặc giờ Greenwich GMT Từ góc giờ GHA, chúng ta có thể dễ dàng tính toán LHA bằng công thức thích hợp.
- Đối với Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh GHA và Dec đã được lập sẵn trong bảng theo từng giờ UT (GMT) trong suốt một năm.
Để xác định góc giờ GHA của các ngôi sao (định tinh), chúng ta cần tính toán thông qua góc giờ Greenwich tại điểm Xuân phân Y và xích kinh nghịch của chúng, theo công thức đã được quy định.
Độ chính xác của dữ liệu trong bảng là 0.1, với thời gian được tính toán dựa trên 12 giờ cộng với góc giờ Greenwich của Mặt trời trung bình, ký hiệu là UT (GMT) Sự khác biệt giữa UT và thời gian UTC do các trạm Radio phát có thể gây ra sai số tối đa 0.2 trong kinh độ xác định bằng quan trắc thiên văn Để đảm bảo độ chính xác giữa UTC và GMT không vượt quá 0.9 giây, vào lúc 00 giờ ngày 1-1 và 1-7, các tín hiệu thời gian UTC được điều chỉnh đúng 1 giây Nếu muốn tăng độ chính xác của thời gian lên hơn 1 giây, cần thu thập số hiệu chỉnh thời gian DƯT và tính toán thời gian cần thiết theo công thức.
CẤU TẠO LỊCH THIÊN VĂN ANH
Ta có thể phân chia toàn bộ lịch thiên văn Anh ra thành hai phần lớn:
* Các bảng phụ khác có thể liệt kê gồm:
- Các bảng tính của Sao Bắc Đẩu φ olaris tables)
- Các bảng hiệu chỉnh độ cao thiên thể ( Altitude Correction Tables)
- Bảng nội suy thời gian hoàng hôn, bình minh, mọc, lặn của Mặt trời và Mặt trăng, thời gian Mặt trăng qua kinh tuyến.
- Giờ chuẩn của các nơi trên thế giới.
- Bản đồ sao (Stars chart)
- Thời gian của các pha trăng.
- Tình trạng nhìn thấy của các hành tinh
Chúng ta không nghiên cứu sâu về các bảng phụ mà chỉ đề cập đến một số bảng phụ cần thiết.
* Phần Lịch chính bao gồm:
- Các trang lịch (Daily pages)
- Danh mục các ngôi sao (Stars)
- Bảng hiệu chỉnh (Increments and Corrections)
Phần lịch chính bao gồm hai loại số liệu quan trọng: số liệu chính để tính GHA và Dec của các thiên thể, cùng với các số liệu khác Mỗi ba ngày được trình bày trên hai trang trong một lần mở lịch, với trang bên trái chứa thông tin về hành tinh và ngôi sao, trong khi trang bên phải cung cấp dữ liệu về Mặt trời và Mặt trăng, cũng như thời gian diễn ra các hiện tượng thiên văn liên quan Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu chi tiết từng thành phần của lịch chính.
Các trang lịch cung cấp GHA của điểm Aries cùng với GHA và Dec của Mặt trời, Mặt trăng và bốn hành tinh hàng hải (Venus, Mars, Jupiter, Mercury) theo từng giờ UT (GMT) Đối với Mặt trăng, các giá trị d và v được lập bảng cho từng giờ để thuận tiện cho việc hiệu chỉnh GHA và Dec Trong khi đó, Mặt trời và các hành tinh có sự biến thiên chậm về v và d, vì vậy chỉ cung cấp một giá trị chung cho mỗi trang lịch, áp dụng cho ba ngày và được đặt ở dưới cùng của mỗi cột Đối với điểm Aries, γ = 0 và v của Mặt trời rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
SHA và Dec của 57 ngôi sao chọn lọc được sắp xếp theo thứ tự Alphabet của tên riêng trong một cột ở trang bên trái Để biết thêm chi tiết về số hiệu chỉnh v và d, vui lòng xem phần sau.
B Danh muc các ngôi sao
Bài viết trình bày về bảng xích kinh nghịch SHA và xích vĩ Dec của 173 ngôi sao, bao gồm 57 ngôi sao chọn lọc, được sắp xếp theo từng tháng Các bảng này được in từ trang 268 đến 273, không cần thực hiện phép nội suy, và sử dụng số liệu tương tự như các ngôi sao chọn lọc trong các trang lịch Các ngôi sao được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của SHA.
Danh mục 173 ngôi sao bao gồm từ những ngôi sao sáng nhất đến những ngôi sao có độ sáng thấp cấp ba, với một số ngôi sao mờ nhạt hơn được thêm vào để lấp đầy khoảng trống Trong số này, 57 ngôi sao đã được chọn lọc dựa trên độ sáng lớn và sự phân bổ rải rác trên bầu trời, đáp ứng tốt cho các quan trắc thiên văn hàng hải.
Bài viết liệt kê 57 ngôi sao chọn lọc, được sắp xếp theo tên riêng và đánh số theo thứ tự giảm dần của SHA Ngoài ra, trong danh mục tổng cộng 173 ngôi sao, trang bên trái dành cho các tháng.
Từ tháng 1 đến tháng 6, các ngôi sao được gọi theo tên của chòm sao mà chúng thuộc về, trong khi từ tháng 7 đến tháng 12, chúng được gọi theo tên riêng nếu có Thứ tự của các ngôi sao được chọn lọc và trình bày rõ ràng ở cả hai cột.
C Bảng số gia và số hiệu chỉnh (Increments and Corrections tables)
Các bảng in trên trang màu vàng nhạt ở cuối lịch thiên văn cung cấp số gia và số hiệu chỉnh cho phút và giây, cần cộng vào giá trị GHA và Dec tương ứng với giờ UT (GMT) Có tổng cộng 60 bảng, mỗi bảng tương ứng với 1 phút, được chia thành hai phần: số gia GHA cho Mặt trăng, Mặt trời, các hành tinh và điểm Aries, cùng với số hiệu chỉnh áp dụng cho GHA và Dec Đối số v tính số hiệu chỉnh cho GHA, trong khi đối số d tính số hiệu chỉnh cho Dec Điểm Aries không có số hiệu chỉnh v, và giá trị v của Mặt trời rất nhỏ nên có thể bỏ qua Do đó, việc điều chỉnh các giá trị lập bảng theo giờ nguyên của GHA Mặt trời được thực hiện để giảm thiểu sai số do việc bỏ qua này.
Giờ thế giới UT (GMT) của một quan trắc được thể hiện bằng ngày, giờ, phút và giây Dựa vào số liệu ngày và giờ UT từ các trang lịch, chúng ta có thể lấy các giá trị GHA và Dec (gọi là các giá trị bảng) cùng với các giá trị tương ứng của v và d nếu cần thiết Những giờ này luôn được xác định trước thời điểm quan trắc.
Nếu ta quan trắc các ngôi sao chọn lọc thì cũng trong một lần mở trang lịch, ta lấy ngay được SHA và Dec của chúng.
Sử dụng các dụng cụ lập bầu trời sao, chọn sao quan sát
Bầu trời sao được phân chia thành các chòm sao từ thời cổ đại để thuận tiện cho việc định hướng Năm 1928, Hiệp hội Thiên văn học quốc tế đã thiết lập ranh giới giữa các chòm sao dựa trên các cung kinh tuyến và xích vĩ Tên các chòm sao chủ yếu được đặt theo thần thoại Hy Lạp - La Mã, như Ursa Major, Orion, và Hercules Các sao sáng hơn trong chòm sao được ký hiệu bằng các chữ cái Hy Lạp như a, p, và Y.
Trong Lịch thiên văn Anh, có 173 ngôi sao được liệt kê, trong đó 57 ngôi sao được chọn lọc, thường gọi là các ngôi sao hàng hải Danh mục này cung cấp thông tin quan trọng như cấp độ sáng, tên riêng của sao hoặc tên chòm sao kèm theo ký hiệu chữ cái Hy Lạp, số thứ tự của các ngôi sao chọn lọc, xích kinh nghịch (SHA: Sideral Hour Angle) và xích vĩ (Dec).
Chòm sao chỉ là hình chiếu của các ngôi sao trên bề mặt một mặt cầu tưởng tượng, và các ngôi sao trong một chòm sao thực tế không liên quan đến nhau và cách xa nhau Để xác định độ sáng của một ngôi sao, người ta sử dụng khái niệm cấp sao, ký hiệu là Mag Những ngôi sao sáng nhất có cấp sao bằng 0 hoặc nhỏ hơn, tức là Mag < 0 (cấp âm), trong khi những ngôi sao mờ nhạt nhất có thể quan sát bằng mắt thường có cấp sao bằng 6.
Ngôi sao được phân loại theo độ sáng, với ngôi sao cấp 1 sáng hơn ngôi sao cấp 2, và ngôi sao cấp 2 sáng hơn ngôi sao cấp 3 Độ sáng của các ngôi sao được thể hiện bằng một cấp số nhân, trong đó ngôi sao cấp 1 sáng gấp 100 lần ngôi sao cấp 6 (I1/I6 = 100) Công bội q của cấp số nhân này là 2,5, nghĩa là khi cấp sao giảm đi 1 cấp, độ sáng của ngôi sao sẽ giảm khoảng 2,5 lần.
Hiện nay, việc xác định cấp sao đạt độ chính xác cao nhờ các phương pháp quang phổ và vô tuyến, với các cấp sao được biểu diễn bằng số thập phân dương cho các ngôi sao mờ và số thập phân âm cho các ngôi sao sáng.
Ta có thể xem ví dụ về cấp sao của 173 ngôi sao trong ―Danh mục các ngôi sao‖ trong Lịch thiên văn Anh
Mặt trời là thiên thể sáng nhất trên bầu trời với độ sáng -26,8, tiếp theo là Mặt trăng có độ sáng -12,6 Ngôi sao sáng nhất, Venus (còn gọi là sao Hôm hay sao Mai), có độ sáng -4,6.
2 Quả cầu sao, cách sử dung 2.1 Cấu tạo quả cầu sao.(Hình 2.1)
Thiên cầu là một khối cầu rỗng làm từ chất dẻo, với bản đồ bầu trời sao được dán trên bề mặt, cho phép người quan sát nhìn lên từ bên ngoài Sự sắp xếp của các ngôi sao trên thiên cầu ngược lại với thực tế Thiên cầu quay quanh hai điểm tượng trưng cho thiên cực, trong đó thiên cực bắc (PN) được xác định bởi sao Polaris.
Trên quả cầu địa cầu, các thiên kinh tuyến được vẽ cách nhau 15 độ, với vòng xích đạo ở giữa được thể hiện đậm và có các độ chia bằng chữ số Ả Rập, đồng thời ký hiệu giờ bằng chữ số La Mã Các độ chia này giúp xác định góc giờ địa phương tại điểm xuân phân, với điểm gốc tính toán là điểm Xuân phân Y, được đánh số 0 và XXIV Ngoài ra, đường Hoàng đạo cũng được vẽ nghiêng với Thiên xích đạo một góc 23 độ 5 và được chia độ tương ứng.
Các thiên kinh tuyến ứng với các điểm Xuân phân Y và điểm Thu phân Q, điểm Hạ chí L và Đông chí L‘cũng được vạch đậm và chia độ.
Các thiên vĩ tuyến (vòng xích vĩ) được vẽ song song với vòng xích đạo và cách nhau 10 0 một.
Vành kinh tuyến người quan sát, làm từ kim loại, ôm sát quả cầu và đi qua hai Thiên cực, có các trục để Thiên cầu xoay tròn Nó được chia độ và đánh số từ 0 đến Hình 2.1.
90 0 , tính từ Xích đạo về phía hai thiên trục
Vòng phương vị được đặt trên mặt phẳng ngang của hộp chứa, tượng trưng cho mặt phẳng chân trời thật Tại các điểm Bắc (N) và Nam (S) của vành phương vị, có hai khe được khoét để lắp đặt vành kinh tuyến cho người quan sát Vành phương vị được khắc độ và đánh số theo cách tính phương vị V vòng.
Hai vòng thẳng đứng là hai nửa vòng tròn vuông góc với nhau và được đặt vuông góc với vành phương vị, cho phép nhấc ra hoặc đặt vào tùy ý Chúng được chia độ và đánh số từ 0° đến 90° theo chiều từ chân trời trở lên Giao điểm của hai vòng thẳng đứng là thiên đỉnh của người quan sát, giúp xác định độ cao h của thiên thể Trên vòng thẳng đứng, có một con chạy được bố trí để hỗ trợ trong việc đo đạc.
Trên bề mặt khối cầu, có khoảng 170 ngôi sao sáng nhất được vẽ cho một thời kỳ nhất định Trong vòng 20 đến 30 năm, sự thay đổi tọa độ của các thiên thể do hiện tượng tiến động địa trục có thể được bỏ qua Gần thiên cực bắc, bảng chỉ dẫn thể hiện ký hiệu của các ngôi sao tương ứng với độ sáng của chúng, và tên của các ngôi sao được ghi bên cạnh.
Do các hành tinh, Mặt trăng và Mặt trời liên tục thay đổi tọa độ do chuyển động riêng, nên chúng ta không thể biểu diễn chúng trên quả cầu sao Thay vào đó, cần tự đánh dấu các vị trí này bằng bút chì mềm có sẵn trong hộp phụ tùng đi kèm.
2.2 Cách sử dụng quả cầu sao.
2.2.1 Thành lập bầu trời sao.
Vị trí của bầu trời sao phụ thuộc vào vĩ độ và thời gian quan sát của người quan sát Để giải bài toán này, cần đặt quả cầu sao theo vĩ độ Ọc và thời gian sao địa phương, tức là góc giờ của điểm xuân phân Y.
A Đặt quả cầu sao theo vĩ độ
Bằng cách xoay vòng kim loại tượng trưng cho thiên kinh tuyến người quan sát, thiên cực thượng sẽ được đặt ở trên điểm chân trời, tạo thành một góc h = ỌC Các vành chia của kinh tuyến được đánh số từ xích đạo trở lên, do đó số đọc trên cung kinh tuyến tại điểm tiếp xúc với đường chân trời sẽ là 90° - h.
B Đặt quả cầu sao theo góc giờ địa phương của điểm Xuân phân y.
Đo và hiệ u ch ỉnh độ cao thiên th ể
1 Nguyên lý cấu tao của Sextant hàng hải
Sextant hàng hải, hay còn gọi là kính lục phân, là một thiết bị đo góc độc đáo hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ ánh sáng Thiết bị này cho phép người sử dụng cầm nắm dễ dàng mà không cần phải đặt trên bề mặt cố định.
Nguyên lý hoạt động của Sextant hàng hải được trình bày như Hình 1.1 :
Để đo góc giữa hai mục tiêu S và H từ điểm quan sát O, ta đặt một gương H trên đường truyền tia sáng HO Gương H có mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và bề mặt phản xạ hướng về phía mắt người quan sát Nếu một nửa diện tích của gương H là kính trong suốt, tia sáng từ mục tiêu H sẽ tự do đi đến mắt người quan sát.
Trong hình vẽ, đường đi của ánh sáng được biểu thị bằng mũi tên, cho phép người quan sát nhìn thấy hình ảnh trực tiếp của mục tiêu H, gọi là ảnh nhìn trực tiếp Tại điểm I, một gương khác được đặt với bề mặt phản xạ hướng về mục tiêu S, có khả năng xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng hình vẽ Khi gương này xoay, nó có thể đạt vị trí mà tia sáng từ mục tiêu S (được biểu thị bằng mũi tên đôi) phản xạ qua gương I, sau đó tiếp tục phản xạ trên gương H và truyền đến mắt người quan sát.
Người quan sát sẽ thấy hình ảnh phản xạ hai lần của mục tiêu S trong phần gương phản xạ H, hướng OH, trùng nhau tại vị trí OHH Điều này cho thấy rằng trong tình huống này, hai mục tiêu chỉ có một vị trí duy nhất giữa các gương.
Theo định luật phản xạ ánh sáng, góc tới và góc phản xạ của các tia sáng bằng nhau, tức là góc1 góc2, góc3 = góc4 Do đó, các góc phụ giữa các tia sáng và mặt phẳng gương cũng bằng nhau: β = β và α = α.
I và H ta còn có các góc thẳng đứng cũng bằng α và β Như vậy, ở các đỉnh H và I ta có 3 góc bằng nhau α và β
Xét tam giác AOIH, áp dụng định lí về mối quan hệ giữa góc ngoài và góc trong của một tam giác ta có
Như vậy, khi làm trùng hình ảnh của hai mục tiêu: ảnh nhìn trực tiếp qua gương H
Khi ánh sáng phản xạ hai lần qua gương I (của mục tiêu S) và gương H (của mục tiêu H), góc đo được giữa hai mục tiêu sẽ bằng hai lần góc giữa hai gương H và I.
Thay vì đo góc h, chúng ta sẽ đo góc giữa hai gương là α Để xác định độ lớn của góc α, một vành chia độ có tâm tại điểm I được sử dụng (Hình 1.2).
Gương di động I, hay còn gọi là gương lớn, được sử dụng để hướng tới thiên thể hoặc mục tiêu cần đo Trong bài viết này, chúng ta sẽ gọi gương này là gương I Gương I được lắp đặt cố định trên một du xích IM, còn được gọi là vạch chuẩn M.
Gương cố định, còn được biết đến là gương nhỏ H hoặc gương chân trời, luôn hướng về chân trời trong các quan sát thiên văn Trong bài viết này, chúng ta sẽ đề cập đến gương H.
Người ta có thể đo góc ε theo vành chia độ nếu ta vạch đường I0 0 song song với HC
Khi đó góc = CI0 0 vì là góc so le trong, và εđược đo bằng cung 0 0 M
Từ công thức h = 2ε, nếu ta thừa nhận rằng vị trí 0 0 của du xích ứng với góc h = 0 0 , tức là vị trí song song nhau của hai gương.
Vị trí này được đánh dấu trên vành chia độ bằng vạch số 0 0 và nó được gọi là: vạch
Trên cung bên trái vạch 0, người ta khắc các vạch cách nhau nửa độ và đánh số bằng các giá trị độ nguyên, giúp xác định ngay lập tức góc cần đo h = 28 theo vị trí vạch chuẩn Góc h này có thể biểu thị độ cao của thiên thể đo, hoặc góc kẹp thẳng đứng, hay góc kẹp ngang giữa hai mục tiêu địa văn.
Gương di động I nằm dọc theo đường IH cho phép tia sáng từ mục tiêu S phản xạ tới mắt người quan sát tại điểm H, cho thấy mục tiêu S nằm ở góc kẹp lớn nhất mà Sextant có thể đo được Khi góc ô = 0 và h = 2ε, các Sextant từ các hãng khác nhau có thể có giá trị a khác nhau, dẫn đến độ cao đo được lớn nhất cũng khác nhau Tuy nhiên, đối với các Sextant hàng hải, giá trị a thường nằm trong khoảng 60° - 70°, do đó độ cao tối đa hmax đạt từ 120° đến 140°.
1.2 Cấu tạo và các thông số của Sextant hàng hải (Hình 1.3)
Cấu tạo và tên gọi chung của các bộ phận của Sextant hàng hải bao gồm:
(A) Khung Sextant; (B) Bánh răng chia độ; (C)
Vạch số chia độ; (D) Du xích; (E) Vít núm hình trống; (F) Kẹp nhả; (G) vạch khắc độ núm hình trống (60‘); (H) vạch khắc phần 10 phút (60‖);
(I) Gương di động I; (J) gương cố định H; (K) các kính màu dùng để quan sát mặt trời; (L) ống Hình 1.3 kính viễn vọng
Đối với tất cả các Sextant, phần nguyên độ của góc được đọc theo vạch chuẩn trên du xích Phần phút và phần mười của phút có hai loại dụng cụ để đo: một loại sử dụng núm xoay hình trống để đo số phút, trong khi phần mười phút được nội suy bằng mắt Một số Sextant khác sử dụng thước đọc Vernier, nhưng loại này không phổ biến Bài viết này sẽ tập trung vào cách đọc trên núm xoay hình trống.
Núm xoay hình trống được sử dụng để di chuyển du xích một cách nhẹ nhàng và chính xác qua những khoảng cách nhỏ Thiết kế của núm cho phép khi trống quay một vòng đầy đủ, du xích sẽ dịch chuyển đúng một vạch chia trên vành chia độ cố định của Sextant Vành trống có 60 vạch, mỗi vạch tương ứng với một phút cung Nếu vạch chuẩn của trống nằm giữa hai vạch, phần mười của phút sẽ được nội suy bằng mắt, đạt độ chính xác lên đến 0,1‘.
Vành chia độ chính của Sextant hàng hải được khắc hai phía của vạch số 0, với cung bên trái gọi là cung chia độ chính và cung bên phải thường khắc đến 5°0, được gọi là cung bên phải vạch số 0 Các vạch khắc trên cung bên phải được gán giá trị từ 355° đến 360° (0°), và số đọc được thực hiện theo chiều thuận, tức là từ trái qua phải.
Micrometer drum sextant set at 29 ° 42.5' Vernier sextant set at 29°42'30”.
2 Số hiệu chỉnh vạch chuẩn, sai số của Sextant hàng hải.
2.1 Số hiệu chỉnh vạch chuẩn.
2.1.1 Sai số vạch số 0 (Hình 1.5)
Vạch số 0 của vành chia độ cần phải tương ứng với vị trí song song của các gương, khi đó 8 = 0 và h = 0 Tuy nhiên, do ốc vít của gương A bị lỏng, vạch chuẩn của du xích không trùng với vạch 0 của vành chia độ khi hai gương song song, mà có thể dịch chuyển sang phải hoặc trái tùy thuộc vào từng trường hợp.
Xác đị nh sai s ố la bàn t ừ b ằng phương pháp thiên văn
1 Cơ sở lý thuyết của việc xác đinh số hiệu chỉnh la bàn bằng phương pháp thiên văn.
Xác định số hiệu chỉnh la bàn là một bài toán quan trọng trong hàng hải, vì nếu không biết chính xác sai số la bàn (AL), chúng ta không thể dự đoán đường đi của tàu với độ chính xác cần thiết Trong quá trình hành trình, độ lớn của số hiệu chỉnh la bàn có thể thay đổi do nhiều nguyên nhân khác nhau Do đó, người sĩ quan hàng hải cần tận dụng mọi cơ hội để xác định AL một cách hệ thống và chính xác Trong môi trường đại dương, việc này thường được thực hiện thông qua quan trắc các thiên thể, tức là bằng phương pháp thiên văn Ngay cả khi tàu gần bờ, nếu không thể sử dụng các chập tiêu địa văn, phương pháp thiên văn vẫn có thể được áp dụng để xác định AL.
Ta đã biết rằng số hiệu chỉnh la bàn AL chính là hiệu số giữa phương vị thật và phương vị la bàn của một mục tiêu nào đó.
Trong địa văn hàng hải, công thức AL = PT - PL được áp dụng để tính toán vị trí của tàu PT của chập tiêu bờ được xác định từ hải đồ hoặc các tài liệu liên quan, trong khi PL được đo bằng biểu xích La bàn tại thời điểm tàu cắt qua chập tiêu đó.
Trong thiên văn hàng hải, vị trí (PL) của một thiên thể được xác định qua biểu xích la bàn bởi các sỹ quan hàng hải Phương vị (PT) của thiên thể, tương ứng với azimuth trong tính toán nguyên vòng, được tính bằng cách giải tam giác thị sai Để có được phương vị thật, các yếu tố của tam giác thị sai được sử dụng tại thời điểm quan trắc vị trí của thiên thể.
Trong thực hành ta có thể sử dụng hai phương pháp đó là phương pháp thời điểm và phương pháp độ cao.
- Ở phương pháp thời điểm đồng thời với lúc đo phương vị PL của thiên thể người ta ghi lại chính xác giờ GMT.
- Ở phương pháp độ cao thì đồng thời với lúc ngắm PL của thiên thể, ta cũng dùng
Sextant để đo độ cao của thiên thể đó.
Những thông số đó: giờ GMT, hoặc độ cao h dùng để tính toán được PT của thiên thể như sau
Khi quan sát PL của thiên thể C bằng biểu xích la bàn và ghi lại thời điểm chính xác GMT, trong tam giác thị sai của thiên thể C (φ NZC), ta có thể xác định được các yếu tố quan trọng liên quan đến vị trí và chuyển động của thiên thể này.
- Cạnh 900 - φC, trong đó φClà vĩ độ dự đoán được lấy từ hải đồ theo giờ tàuTt và chỉ số tốc độ kế.
- Cạnh 90 0 - δ, trong đó δ là xích vĩ của thiên thể được lấy từ Lịch thiên văn theo giờ GMT lúc quan trắc.
- Góc giờ tL = tG ± X W E, trong đó tGđược tính từ lịch thiên văn theo giờ GMT lúc quan trắc, còn
X là kinh độ vịtrí dự đoán và được lấy từ hải đồ như đối với φC
Theo các đối số đã biết ở trên ta có thể tính toán được phương vị Azimuth của thiên thể C theo định lý Cotg:
Cotg A.SintL = Cotg(90 0 - δ).Sin(90° - φC) - CostL Cos(900 - φC)
Cotg A.SintL= Tgδ CosφC - CostL SinφC
Để giải phương trình A hay PT, chúng ta có thể sử dụng các bảng toán như HO - 214, bảng toán ABC hoặc tính toán trực tiếp bằng máy tính kỹ thuật.
Khi đo độ cao của thiên thể cùng với PL, chúng ta có thể xác định phương vị của thiên thể bằng cách áp dụng công thức Cosin cho ba cạnh đã biết của tam giác thị sai PNZC.
Cos(90 0 - δ) = Cos (90 0 - φ C ) Cos(90 0 - h) + Sin (90 0 - φ C ) Sin (90 0 - h) Cos A Đơn giản công thức trên ta được
CosA = SinδSecφ C Sech - Tgφ C Tgh
Ta cũng có thể dùng các bảng toán hay máy tính để giải phương trình này rồi tìm ra phương vị A hay φ T) như ở phương pháp thời điểm.
Việc áp dụng phương pháp thời điểm để xác định giờ GMT thường được ưa chuộng hơn so với phương pháp đo độ cao của thiên thể, do tính đơn giản và tiện lợi của nó trong thực tế.
2 Xác đinh sai số la bàn bằng đo phương vi Măt trời
Phương pháp thời điểm là một cách xác định AL mà không phụ thuộc vào xích vĩ của thiên thể Quan trắc có thể thực hiện vào cả ban ngày và ban đêm, ở mọi vĩ độ, cho thấy đây là phương pháp toàn diện nhất.
Để giảm thiểu sai số trong tọa độ dự đoán và nâng cao độ chính xác của bài toán, nên chọn các thiên thể có độ cao từ 15° đến 20° Việc lựa chọn có thể thực hiện trực tiếp trên bầu trời hoặc sử dụng dụng cụ tìm sao Đối với Mặt trời, thời điểm quan sát lý tưởng là vào buổi sáng hoặc buổi chiều khi độ cao của nó còn thấp Các bước thực hiện bài toán sẽ được tiến hành theo quy trình đã định.
• Bước 1: Chuẩn bị quan trắc.
Để tiến hành quan trắc thiên thể, cần lựa chọn thời điểm và điều kiện thuận lợi nhất, đồng thời chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ và tài liệu cần thiết như đồng hồ bấm giây, máy tính, lịch thiên văn và các bảng toán.
• Bước 2: Tiến hành quan trắc.
Nhanh chóng đo từ 3 đến 5 lần phương vị la bàn PL của thiên thể và ghi lại giờ thời kế với độ chính xác 0,5 giây Nếu thực hiện một mình, cần sử dụng thêm đồng hồ bấm giây để đảm bảo kết quả chính xác.
- Ghi lại giờ tàu, số chỉ tốc độ kế và hướng đi la bàn của tàu HL.
Theo giờ tàu và số chỉ tốc độ kế, hoặc vận tốc tàu, được xác định từ hải đồ tại tọa độ vị trí dự đoán (φc; λC) hoặc có thể lấy trực tiếp từ GPS tại thời điểm quan trắc.
Để tính giá trị trung bình cộng của loạt phương vị đã đo được, chúng ta sử dụng bàn PL để ghi lại giá trị PLtb Đồng thời, chúng ta cũng cần tính giá trị trung bình của các giờ thời kế tương ứng với các phương vị, từ đó xác định TTK trung bình.
- Theo giờ tàu và số thứ tự của múi giờ ta tính gần đúng GMT và ngày trên kinh tuyến Greenwich
Để tính toán góc giờ địa phương tL và xích vĩ δ của thiên thể đối số, cần sử dụng lịch thiên văn Thông tin cần thiết bao gồm ngày tháng năm, tên thiên thể và giờ GMT.
Để giải công thức CotgA = Cosφc.tgδ CosectL - Sinφc.cotgtL và tìm ra giá trị A với các tham số φc, δ, tL đã biết, chúng ta có thể sử dụng bảng toán logarit của các hàm số lượng giác như MT - 53, 63, 75, hoặc các bảng tính số HO 214 Ngoài ra, việc sử dụng máy tính kỹ thuật cũng là một phương pháp hiệu quả để tính toán phương vị thật của thiên thể.
- Chuyển phương vị tính toán được sang phương vị nguyên vòng nếu cần thiết.
“Tính AL theo công thức: AL = PT - PL TB ta thu được AL trên hướng mà tàu ta đang hành trình”
2.2 Tính AL bằng đo phương vị Mặt trời lúc mọc (lặn)
2.2.1 Xác định AL bằng phương vị Mặt trời mọc (lặn) thật
Xác định vị trí tàu bằng phương pháp thiên văn
Việc xác định vị trí tàu bằng cách quan sát đồng thời các thiên thể là một phương pháp đồng thời, tức là quan sát từ cùng một thiên đỉnh hai ngôi sao trở lên Tuy nhiên, trong thực tế, việc đo đồng thời hai ngôi sao là không khả thi; thay vào đó, cần phải thực hiện các phép đo riêng lẻ trong khoảng thời gian vài phút Do đó, sau khi hoàn tất việc đo đạc và tính toán, cần phải quy đổi độ cao đo được về cùng một thời điểm và cùng một thiên đỉnh để đảm bảo tính chính xác.
Xác định vị trí tàu bằng các định tinh được thực hiện vào hai thời điểm trong ngày: bình minh và hoàng hôn hàng hải, khi bầu trời còn sáng và có thể nhìn thấy sao Khoảng thời gian này chỉ kéo dài từ 10 đến 15 phút, vì vậy cần chuẩn bị kỹ lưỡng các dụng cụ, tài liệu và số lượng sao chọm để quan sát phải lớn hơn dự kiến.
Để thực hiện thành công các quan trắc vào lúc trời nhá nhem, cần lựa chọn từ 6 - 8 ngôi sao sáng bằng các dụng cụ tìm sao như quả cầu sao hoặc đĩa tìm sao Việc lập sơ đồ phân bố của các ngôi sao so với mặt phẳng trục dọc tàu là cần thiết, cho phép sử dụng 2, 3 hoặc 4 ngôi sao thích hợp ngay cả khi bầu trời bị che phủ bởi mây.
Khi lựa chọn sao, nên chọn những ngôi sao có độ cao từ 10° đến 70° Nếu có thể, hãy ưu tiên chọn các ngôi sao có độ cao tương đồng với nhau để đạt hiệu quả tốt nhất.
Không nên bỏ qua việc lựa chọn các hành tinh, đặc biệt là Venus va Jupiter, vì độ sáng của chúng luôn lớn hơn các định tinh.
Khi không tiến hành quan trắc ở vĩ độ trong một thời gian dài, cần phải thực hiện lại toàn bộ quy trình chọn sao và hành tinh Sau lần chọn sao đầu tiên, vào những ngày tiếp theo, có thể quan sát các vì sao với độ cao và phương vị gần giống như ngày trước Do đó, nếu thời gian hạn chế, có thể sử dụng bầu trời sao đã lập trong những ngày trước đó, chỉ cần điều chỉnh lại LHA cho phù hợp.
Thời gian lý tưởng để quan trắc sao và hành tinh là vào lúc bình minh và hoàng hôn hàng hải, cần được tính toán trước để chọn sao Quan sát vào hoàng hôn nên bắt đầu ngay sau khi Mặt trời lặn, nhằm phát hiện những ngôi sao sáng nhất qua ống kính của Sextant trước khi chúng có thể nhìn thấy bằng mắt thường Để đạt được điều này, cần sử dụng các tọa độ chân trời gần đúng đã xác định từ các dụng cụ tìm sao Tương tự, khi quan trắc vào bình minh, các ngôi sao sáng sẽ được đo vào gần cuối bình minh hàng hải Các độ cao của các thiên thể sáng trong điều kiện này rất đáng tin cậy do đường chân trời vẫn còn sáng sủa.
Vào buổi sáng và buổi chiều, việc đo độ cao của các thiên thể nên bắt đầu từ phía Đông của bầu trời Lý do là vào buổi sáng, các ngôi sao ở phía Đông sẽ biến mất trước, trong khi vào buổi chiều, chân trời ở hướng đó sẽ mờ đi trước Ngoài ra, cần lưu ý rằng vào buổi chiều, nên đo các ngôi sao sáng nhất trước, còn buổi sáng thì nên đo sau, vì trong cả hai trường hợp, đường chân trời dưới các ngôi sao này sẽ rõ ràng hơn.
Nếu có thể được thì trong khi quan trắc nên có 1 người giúp đỡ.
2 QUI ĐỘ CAO VỀ CÙNG MỘT THIÊN ĐỈNH :
Để xác định vị trí qua quan sát định tinh, cần đo độ cao của ít nhất 2 hoặc 3 sao Thời gian giữa các phép đo độ cao của các thiên thể phải chậm lại vài phút, trong khi tàu đã di chuyển một quãng đường nhất định Đối với tàu tốc độ thấp, quãng đường này không đáng kể và có thể bỏ qua Tuy nhiên, đối với tàu tốc độ cao, việc không đo đồng thời sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí.
Có 2 phương pháp để qui các độ cao về cùng một thiên đỉnh : phương pháp đồ họa và phương pháp giải tích.
Trong phương pháp này, vị trí dự đoán của tàu trong lần quan trắc tiếp theo thường được coi là điểm tính toán chung Quy trình thực hiện bao gồm các bước cụ thể để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc dự đoán.
Trong hình vẽ, nếu không quy độ cao về cùng một thiên đỉnh, vị trí của tàu sẽ là MO, giao điểm của hai đường cao I I và II II.
Từ M kẻ MX song song HT.
Trên MX đặt MP = S - quãng đường tàu chạy giữa hai lần quan trắc
Từ P dựng đường cao vị trí I / I / vuông góc với AC 1tại N.
Giao của I / I / và II II là MO - vị trí xác định của tàu tại thời điểm quan trắc thứ hai
MN = hZ - số hiệu chỉnh độ cao của độ cao quan trắc lần 1 khi qui về thiên đỉnh thứ hai và sẽ đuợc tính trong phương pháp giải tích.
Trong phương pháp này hZđược tính bằng công thức sau :
hZ - Số hiệu chỉnh độ cao.
S - Quãng đường tàu chạy giữa hai lần quan trắc.
T - Thời gian giữa hai lần quan trắc.
Độ cao h1 sau khi áp dụng số hiệu chỉnh ΔhZ sẽ được quy về thiên đỉnh thứ hai Tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành các bước tính toán như thông thường.
Các phương pháp qui độ cao đo về cùng một thiên đỉnh chỉ hiệu quả khi khoảng thời gian giữa hai lần quan trắc không vượt quá 15 phút Nếu thời gian dài hơn, ngoài sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống, đường cao vị trí I/I còn gặp phải sai số dự đoán do sự dịch chuyển của đường vị trí.
8.2 Xác định vị trí tàu bằng quan sát đồng thời các vì sao ( 2 sao, 3 sao )
Khi xác định vị trí tàu bằng độ cao của hai thiên thể đo đồng thời, có thể thực hiện một loạt các bước theo trình tự nhất định, không phân biệt giữa sao, hành tinh hay mặt trăng Trình tự này cũng áp dụng cho việc xác định vị trí tàu thông qua các quan sát đồng thời vào ban ngày của Mặt trời và mặt trăng, hoặc Mặt trời và sao Kim.
1 CHUẨN BỊ CHO QUAN TRẮC :
Chuẩn bị Sextant, xác định số hiệu chỉnh vạch chuẩn I.
Tính số hiệu chỉnh thời kế vào thời điểm dự định quan trắc.
Để lựa chọn các ngôi sao quan sát, bạn có thể sử dụng dụng cụ tìm sao Nếu bạn đã có kinh nghiệm trong việc nhìn sao, bạn có thể chọn trực tiếp các ngôi sao trên bầu trời khi trời nhá nhem.
Nhanh chóng đo độ cao của từng ngôi sao và ghi lại thời gian tương ứng Khi thực hiện đo lần thứ hai, hãy ghi lại giờ tàu và số chỉ tốc độ kế Đừng quên ghi lại HT và V của tàu Nếu độ cao của thiên thể nhỏ hơn 50 độ, cần đo và ghi lại nhiệt độ và áp suất không khí.