Zacetki astronomske navigacije [Suc, 2004].pdf

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA POMORSTVO IN PROMET

ZAETKI ASTRONOMSKE NAVIGACIJE

Diplomska naloga Mentor: doc. dr. Jelenko vetak, kap. d. pl. ______________________

tudent: Timothy uc ______________________

Lektor: Peter tefani ______________________

Vpisna tevilka: 09970891

tudijski program: Visokoolski strokovni tudijski program pomorstva

Smer tudija: Navtika

Portoro, marec 2004

Predgovor

I

Predgovor

Dobro se spominjam svojega prvega obiska v piranski mestni knjinici, kamor me je takrat

kot drugoolka peljala mati, in prve knjige, ki sem si jo tistega dne izposodil. Stevensonov

Otok zakladov e zdaj imam pred omi gusarja s podvezo na oesu na naslovnici je morda

zartal mojo ivljenjsko pot.

Spominjam se tudi naslednjih dveh. Prva je bila kako znailno za tiste ase Knjiga o Titu.

Zanimivo branje, z naslednjo pa se le ni mogla primerjati: Daniel Defoe Robinson Crusoe!

V tej smeri se je tudi nadaljevala moja knjina aktivnost in sanjarjenja. Pustolovine, morje

in pustolovine na morju, Jules Verne in Otroka kapitana Granta, Jack London in Morski

volk, Petnajstletni kapitan in Otroci kapitana Bontequa. Danes bi bil spisek predolg takrat

prekratek.

Kasneje so prili na vrsto raziskovalci: Marco Polo, Vasco da Gama, Kritof Kolumb,

Ferdinad Magellan in drugi. ivljenjske zgodbe ljudi, ki so si prvi upali v neznano, njihov

pogum, odrekanja in odlonost.

Vse to je burilo domilijo malega fantia in elel sem si, da bi vsaj del njihovih pustolovin

okusil tudi sam.

Pomorska ola in ladja. Devet let potikanja in dogodivin po svetu. Da, izivel sem svoje

sanje.

Diplomska naloga. Pisati o ljudeh, ki so bili idoli tvojih otrokih let. Pisati o Kolumbu,

Magellanu, Hudsonu, Flindersu in drugih. Kakna ast!

Preklinjal sem dan, ko sem izbral naslov diplomske naloge. Dnevi in noi, ki sem jih presedel

za raunalnikom. Branje knjig, brskanje po internetu in preverjanje izraunov starih mojstrov.

Kritien pogled njihovih dejanj, napak in zablod.

Zdaj na njih ne gledam ve z otrokimi omi. Ti moje niso bili vedno tako neustrani, tako

iznajdljivi in tako popolni. Vendar v mojih oeh so danes e veji!

Omnium rerum principia parva sunt. (Vsak zaetek je teak) Marcus Tullius Cicero (106 43 p. n. .), rimski politik in filozof

Vsebina

II

Vsebina

1 UVOD.................................................................................................................................................................. 1

2 RAZVOJ ASTRONOMSKIH TABLIC........................................................................................................... 4

2.1 PRAKTINA UPORABA ASTRONOMSKIH TABLIC V 16. STOLETJU .................................................................. 11

2.1.1 Delo s tablicami Martina Cortesa iz leta 1545................................................................................... 11

2.1.2 Delo s tablicami Williama Bourna iz leta 1574.................................................................................. 13

3 PRVE NAPRAVE ZA MERJENJE VIINE NEBESNIH TELES.............................................................. 14

3.1 GNOMON ..................................................................................................................................................... 14

3.1.1 Doloanje smeri meridiana in trenutka prehoda Sonca skozi meridian ............................................. 143.1.2 Doloanje viine Sonca....................................................................................................................... 153.1.3 Doloanje navideznih letnih poloajev Sonca, nagiba ekliptike in geografske irine ........................ 153.1.4 Eratostenova izmeritev obsega Zemlje ............................................................................................... 16

3.2 KVADRANT.................................................................................................................................................. 18

3.3 ASTROLAB................................................................................................................................................... 19

3.4 MORSKI PRSTAN .......................................................................................................................................... 22

3.5 JAKOBOVA PALICA ...................................................................................................................................... 23

3.6 KAMAL........................................................................................................................................................ 26

3.7 NONA URA................................................................................................................................................. 27

3.8 DAVISOV KVADRANT................................................................................................................................... 28

3.9 OKTANT ...................................................................................................................................................... 35

4 MAGNETNI KOMPAS................................................................................................................................... 39

4.1 MAGNETNA VARIACIJA................................................................................................................................ 42

4.2 MAGNETNA DEVIACIJA................................................................................................................................ 44

4.3 DOLOANJE MAGNETNE VARIACIJE ............................................................................................................. 46

5 GEOGRAFSKA IRINA ................................................................................................................................ 50

5.1 GEOGRAFSKA IRINA IN VIINA NEBESNEGA POLA ...................................................................................... 51

5.2 DOLOANJE GEOGRAFSKE IRINE Z MERIDIANSKO VIINO NEBESNIH TELES................................................ 52

5.3 DOLOANJE GEOGRAFSKE IRINE S CIRKUMPOLARNIM SONCEM................................................................. 54

5.4 DOLOANJE GEOGRAFSKE IRINE S POLARNO ZVEZDO................................................................................ 56

5.5 DOLOANJE GEOGRAFSKE IRINE Z ZVEZDAMI JUNEGA KRIA.................................................................. 59

5.6 DOLOANJE GEOGRAFSKE IRINE Z IZVENMERIDIANSKO VIINO SONCA ..................................................... 60

6 ASTRONOMSKA NAVIGACIJA PRED IZUMOM KRONOMETRA..................................................... 61

6.1 SETEVNA NAVIGACIJA ............................................................................................................................... 61

6.2 PROBLEM NAVIGACIJSKIH KART ................................................................................................................. 67

Vsebina

III

6.3 MERSKE ENOTE V NAVIGACIJI ..................................................................................................................... 69

6.4 PLOVBA PO PARALELI.................................................................................................................................. 70

6.5 PLOVBA PO LOKSODROMI IN ORTODROMI.................................................................................................... 74

7 PROBLEM GEOGRAFSKE DOLINE ....................................................................................................... 75

7.1 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z DEKLINACIJO SONCA ........................................................................ 75

7.2 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z LUNINIM MRKOM ............................................................................. 75

7.3 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z MAGNETNO VARIACIJO ..................................................................... 78

7.4 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z MRKOM JUPITROVIH LUN.................................................................. 78

7.5 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z OKULTACIJO LUNE ........................................................................... 80

7.6 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE S KULMINACIJO LUNE.......................................................................... 82

7.7 DOLOANJE GEOGRAFSKE DOLINE Z LUNINIMI ODDALJENOSTMI .............................................................. 84

7.7.1 Postopek doloanja geografske doline z Luninimi oddaljenostmi .................................................... 86

8. SKLEP.............................................................................................................................................................. 90

9. LITERATURA ................................................................................................................................................ 92

10. SEZNAM SLIK ............................................................................................................................................. 94

Summary

IV

Summary This work should be considered as a short guide through the history of astronomical

navigation, for to write a complete history it would require several large volumes.

Latitude and longitude as a means of describing positions were of no practical value to the

navigator for a very long time. To the Mediterranean sailor the narrowness of that sea made

the latitude of no great importance, while no methods, other than by keeping a reckoning,

were availiable to him. What was of more value was the distance between ports and this was

given by his sailing directions, while his progress towards destination was derived from his

estimation of the distance made good. Should he make the land to one side or other of his port

and be uncertain of his position he could usually land in what was always a civilised country

and ask the way.

At the end of the fifteenth century, celestial navigation was just being developed in Europe,

primarily by the Portuguese. Prior to the development of celestial navigation, sailors

navigated by dead reckoning. This was the method used by Columbus and most other sailors

of his era. When the Portuguese started their series of explorations down the west coast of

Africa, a new factor was introduced. It now became most valuable to be able to measure the

distance one had sailed north or south from the point of departure. Besides getting the

latitude, it was of most importance to be able to measure a difference of latitude. This was

solved by measuring the altitude of celestial bodies. Developement of first instruments used

for this purpose, their handling and imperfection, rising of more and more accurate

astronomical tables and developement of various techniques to get the reliable position, are

the main priority of this work.

Before the invention of accurate clocks, it was nearly impossible for sailors to find their

longitude. This did not stop them from trying, however. For almost three hundred years

navigators, astronomers, mathematicians and geographers tried to solve the longitude

problem. Their efforts, aberrations and forgotten methods like timing of the Moon eclipses,

occultations of stars by the Moon, Lunar distances and others are also part of this research.

Of course I could not pass by not mentioning magnetic compass and complications appeared

in the fifteenth century when it was first discovered that the compass needle did not point to

the true north and later that it did not even point in the same direction in all parts of the world.

Calculating this error, later known as the variation, could also be done making astronomical

observations. How did the ancient mariners solved the mistery is also described here.

Uvod

Vinogradu ni potrebna molitev, temve motika. bolgarski pregovor

Uvod

1

1 Uvod

V 15. stoletju so nenadoma izginile nevidne zapreke, ki so prej tako dolgo obdajale Evropo.

Zavladal je nov duh, z renesanso pa se je ponovno prebudila tudi znanstvena radovednost.

Evropa je priela obnavljati trgovske stike z Vzhodom, vendar je vzhodnjako trgovsko blago

prihajalo v Evropo po kopnem preko Srednjega vzhoda, zato je bila trgovina v rokah arabskih

muslimanov. Zaradi tega je bilo v Evropi mogoe kupiti diave, svilo, brokat in druge dobrine

le po izredno visokih cenah, kranska Evropa pa je muslimanom, tradicionalnim

sovranikom kranstva, seveda zavidala njihov trgovinski monopol.

V 15. stoletju so Evropejci prieli iskati novo pot na vzhod, saj so eleli trgovati neposredno s

proizvajalci in pri tem izkljuiti muslimanske posrednike. Ti praktini in predvsem materialni

motivi so pomenili zaetek dobe velikih odkritij ter pospeen razvoj astronomske in oceanske

navigacije.

Do zaetka dobe velikih odkritij nam zgodovina ni pustila nobenih zapisov o opazovanju

nebesnih teles na ladji z namenom doloanja njenega poloaja. Zato Portugalce, ki so v tem

asu prvi prieli poiljati odprave proti jugu Afrike, smatramo za pionirje astronomske

navigacije.

Vir: www.arqnet.pt/dicionario/ henriquei.html, 13. avgust 2003

Slika 1: Henrique de Navegador (Henrik Pomorak) pionir astronomske navigacije

Uvod

2

Zahvala temu gre petemu sinu portugalskega kralja Jooa I. in njegove angleke ene Filipe,

princu Henriku. Ta je svoje ivljenje posvetil napredku pomorske navigacije ter odkrivanju

neznanih deel, in eprav se sam ni udeleil nobene izmed odprav, ki jih je organiziral, pa si

je prav z njimi prisluil vzdevek Pomorak.

Henrik Pomorak je v Sagresu ustanovil astronomski observatorij in pomorsko olo, kjer so

se bodoi pomoraki uili osnov pomorske navigacije ter uporabe navigacijskih naprav in

astronomskih tablic. V to pomorsko-raziskovalno sredie je Henrik pripeljal matematike,

astronome, geografe, kartografe in ladjedelce iz vse Evrope, med njimi pa je bilo tudi precej

pomorakov, predvsem iz Italije. Genoveki piloti so bili namre prvi intruktorji na

portugalskih ladjah.

e so pomoraki eleli pluti po oceanih, jim navigacijsko znanje in metode plovbe po

Sredozemskem morju niso ve zadostovale. V Sredozemlju je namre plovba potekala od rta

do rta po relativno kratkih razdaljah, ko pa so se oddaljili od obale, so se lahko zanaali samo

na setevno navigacijo. Ta je seveda imela precej pomanjkljivosti, zato je bilo potrebno

odkriti nove metode doloanja poloaja ladje.

Zaradi brezvetrja oz. neugodnih vetrov v bliini obale so morali Portugalci med plovbo

vzdol zahodne obale Afrike pogosto zapluti na odprto morje, kjer se je poloaj ladje lahko

doloil samo z astronomskimi opazovanji.

Na zaetku dobe velikih odkritij je Rt Cabo Bojador oddaljen priblino 900 Nm od

Portugalske predstavljal jugozahodno mejo evropskega znanja o svetu. V tistem asu je veljal

za zloglasen rt, ki ga je bilo nemogoe obpluti. Plitvine so se namre raztezale dale od obale,

poleg tega pa so bili na tem obmoju prisotni zelo moni morski tokovi.

Kljub vsem pomislekom in teavam ga je leta 1434 uspelo obpluti portugalskemu

pomoraku Gilu Eanesu. Leta 1434 so Portugalci odkrili Kapverdske otoke, odprave proti

jugu Afrike pa so se nadaljevale.

Leta 1443 je Nuno Tristao priplul do Cape Blanca, naslednje leto pa je Dinis Diaz dosegel

Zeleni rt najzahodneji dela Afrike. Leta 1482 je Diego Cao priplul do ustja Konga, leta

1486 pa Bartholomeu Diaz dosegel najunejo toko afrike celine - rt Dobrega upanja,

katerega je leta 1497 obplul Vasco da Gama in priel v Indijski ocean. Pet let pred tem je

Kolumb odkril Ameriko.

Geografsko irino na morju so v zaetku doloali predvsem s Polarno zvezdo in z

meridijansko viino Sonca, obe metodi pa so navigatorji kombinirali s setevno navigacijo.

Astronomske tablice in naprave za merjenje viine nebesnih teles so se postopoma prilagajale

Uvod

3

potrebam pomorakov in delu na ladji, ti pa so imeli vedno ve teoretinega znanja,

potrebnega za astronomska opazovanja.

Ta diplomska naloga opisuje njihove prve korake. Ukvarja se s prvimi napravami za merjenje

viine nebesnih teles, z uporabo teh naprav in njihovimi pomanjkljivostmi. Ne glede na to, da

danes niso ve aktualne, pa menim, da je prav, da jih pozna vsak pomorak. Poznavanje

pomorske zgodovine je namre del pomorske kulture, in eprav je ta v sodobnem asu vedno

manj pomembna, pa nas med preuevanjem zgodovine e vedno preveva duh prvih

morjeplovcev. Te naprave danes lahko najdemo samo e v kaknem muzeju, toda starodavne

metode doloanja poloaja ladje so ne glede na dananjo tehnologijo e vedno uporabne.

Neko bodo morda komu od nas na morju reile tudi ivljenje.

Zemlja in lovek na njej sta v primerjavi z vesoljem neskonno majhna, vendar pa je prav

razvoj astronomije in posredno astronomske navigacije pokazal mo lovekega uma.

Per aspera ad astra. (Skozi trnje do zvezd) latinski rek

Razvoj astronomskih

tablic

Pot od Zemlje do zvezd ni ravna. Seneca

Razvoj astronomskih tablic

4

2 Razvoj astronomskih tablic

Za doloanje geografske irine je bilo poleg izmerjene meridianske viine Sonca ali zvezd

potrebno poznati tudi vrednost njihovih deklinacij za trenutek merjenja.

Dnevna sprememba deklinacije Sonca se je doloala glede na spremembo meridianske viine

Sonca v doloenem mestu. Te vrednosti v zaetku niso bile najbolj tone, eprav je e

Eratosten (276 194 p. n. .) izraunal najvejo vrednost Soneve deklinacije z napako samo

4' ( = 23 51', namesto 23 47). Prve astronomske tablice oz. tablice deklinacij so torej

nastale precej pred tem, kot so jih pomoraki prieli uporabljati na ladjah, na razvoj

astronomske navigacije pa so imele velik vpliv.

V 7. stoletju so Arabci po osvojitvi Aleksandrije ponovno prieli oivljati starogrko znanost

z zbiranjem in kupovanjem grkih rokopisov. Rokopise so prevajali v arabino, med

prodorom v Evropo pa so ta znanja prinesli s seboj. Pri tem je potrebno omeniti, da so se

Arabci veliko nauili tudi od sirijskih kristjanov, ki jih je uradna kranska cerkev preganjala.

Ti so se zato pred preganjanjem zatekli v Perzijo, ki so jo Arabci kasneje osvojili.

Konec 9. stoletja je sirijski astronom Omar Hajjam Al Battani izdal tablice gibanja Meseca in

planetov ter popravil stare Ptolomejeve tablice.

V 10. stoletju je mogona arabska drava propadla. Sredie arabske znanosti je tako postalo

obmoje zahodnega Sredozemlja, knjinice, akademije in astronomske ole pa so nastajale

predvsem v dveh srediih v Cordobi in Toledu. Prek teh sredi je arabska znanost

prodirala v Evropo, saj so mnogi Evropejci obiskovali arabske ole v paniji.

V Toledu je tako Abu Ishak ibn Al-Zarkali leta 1080 izdal znamenite Toledske astronomske

tablice. Poldrugo stoletje kasneje je v istem mestu kastiljski kralj Alfonso X. zbral okoli sebe

ve arabskih, judovskih in kranskih astronomov. Ti znanstveniki so pod njegovim

pokroviteljstvom prevedli v kastiljino najvaneja arabska astronomska dela, med njimi tudi

Toledske tablice. Izboljana in popravljena verzija teh tablic je leta 1248 izla pod imenom

Alfonsove tablice (Tabulae Alfonsiane), tablice pa so vsebovale podatke za izraun poloaja

Sonca, Meseca in planetov glede na toledski meridian. Skoraj istoasno je Angle John

Hollywood izdal svoje znano astronomsko delo Sphaera Mundi, v katerem so prav tako

astronomske tablice.

Leta 1292 so v sklopu koledarja izle t.i. Zadarske astronomske tablice. Koledar je vseboval

tiri Lunine cikluse, imena svetnikov, podatke o trajanju dneva in noi, meridianske viine in

dnevne deklinacije Sonca ter njegov poloaj v Zodiaku. Tablice, ki so nastale v


5

benediktinskem samostanu Chrysogonus (ital. Grizogono, hrv. Krevan) v Zadru, so v

zaetku 14. stoletja prenesli v Auvignon. Kasneje so prek samostana Mont Saint Michele v

Normandiji in opatije Saint Mary v Dorchesterju svoje mesto nale v univerzitetni knjinici v

Oxfordu, kjer so jih odkrili ele leta 1964.

Leta 1457 sta Georg von Peuerbach in njegov uenec Johann Mller von Knigsberg

(Regiomontanus) popravila in ponovno objavila Alfonsove tablice iz leta 1248 pod imenom

Tabulae Eclypsium.

Vir: www.hps.cam.ac.uk/starry/ tables.html, 13. avgust 2003

Slika 2: Stran iz knjige Tabulae Eclypsium (1457) Georga von Peuerbacha


6

Po von Peuerbachovi smrti je Regiomontanus dobil novega zaitnika Bernharda Waltherja

iz Nrnberga. Ta finanni mogotec je omogoil gradnjo astronomskega observatorija v

Nrnbergu, ki ga je vodil prav Regiomontanus. Pod njegovim vodstvom so leta 1474 izdali

koledar z efemeridi za obdobje 14751506. V Ephemerides so bile tudi dnevne tablice

Sonevih deklinacij, ki so bile izjemno koristne za pomorake tistega asa.

Portugalski princ Henrik Pomorak (Henrique de Navegador), ki je vse ivljenje posvetil

odkrivanju novih deel, je v 15. stoletju na svoj dvor pripeljal tevilne pomorake,

astronome, graditelje ladij in vse druge, ki bi mu lahko pomagali pri uresnievanju njegovih

nartov. Pod njegovim pokroviteljstvom je razvoj pomorstva dobil nov zagon, ki se je

nadaljeval tudi po njegovi smrti leta 1460.

Portugalci so tako leta 1481 osnovali znanstveni intitut oz. Odbor ekspertov (Junta), katerega

namen je bil izboljati astronomsko navigacijo s pomojo Polarne zvezde in Sonca. Pri svojih

dolgih potovanjih so namre potrebovali imbolj tone tablice Sonevih deklinacij za

doloanje geografske irine z meridiansko viino Sonca. Rezultat dela Odbora je bil prvi

navigacijski ubenik, ki je e danes ohranjen Regimento do Astrolabio e do Quadrante, ki je

izel leta 1509. Ubenik je poleg navodil za doloanje geografske irine z viino Polarne

zvezde in meridijansko viino Sonca vseboval tudi podatke o geografskih irinah in viinah

Sonca v meridianu za posamezne dneve, ki so se nanaale na pomembne toke zahodne obale

Afrike.

Podatki o meridianskih viinah Sonca za posamezne dneve in razline toke so bili posebej

koristni pomorakom, ki niso bili vei matematine navigacije in uporabe astronomskih

tablic. Izmerjene meridianske viine so namre primerjali s tabeliranimi in na ta nain

priblino ocenili svojo geografsko irino.

Kot prilogo temu ubeniku je lan Odbora Abraham Ben Samuel Zacuto izdal almanah

Perpetuum s tablicami Sonevih deklinacij. Portugalske tablice so vsebovale tudi dnevne

meridianske viine Sonca za Lizbono pomoraki so na poti proti jugu Afrike iz razlike

izmerjene meridianske in tabline viine za Lizbono doloali razliko geografske irine.

V nekaterih tablicah Sonevih deklinacij iz tistega asa zasledimo e en podatek: trajanje

dneva in noi v minutah za mesto, za katerega so bile tablice izraunane. Iz teh podatkov je

lahko navigator z merjenjem vzhoda in zahoda Sonca na grobo ocenil razliko geografske

irine glede na standardno mesto.


7

Vir: www.calendario.cnt.br/ geniosinesqueciveis.htm, 13. november 2003

Slika 3: Stran iz Portugalskih tablic (1509) A. Zacuta

Leta 1519 je Martin Fernandez de Enciso izdal prvi panski navigacijski ubenik z naslovom

Suma de Geographia, ki ga je leta 1554 Roger Barlow prevedel v angleino. Prevod pod

naslovom Brief Sum of Geography je prva knjiga s Sonevimi deklinacijami v anglekem

jeziku.

Vir: www.bruce.ruiz.net/PanamaHistory/ martin_ferna, 13. avgust 2003

Slika 4: Stran iz knjige Suma de Geographia (1519) F.Encisa


8

Vir: www.mcallen.lib.tx.us/books/seasecr/dseasec0.htm, 13. avgust 2003

Slika 5: Tablice Sonevih deklinacij Johna Davisa (1643)


9

Flamski astronom Gemma Frisius je leta 1530 izdal knjigo Astronomiae z astronomskimi

tablicami, leta 1537 pa mu je sledil Pedro Nunez z navigacijskim ubenikom Tratato da

Sphera, ki prav tako vsebuje astronomske tablice.

Navigacijski ubeniki in tablice so postajali vedno bolj tevilni. Leta. 1545 je panec Pedro

de Medina objavil svoje delo Arte de Navigar, Martin Cortes pa leta 1551 Breve Compendio

de la Sphera y de la Arte de Navegar. Cortes daje tablice Sonevih deklinacij samo za

prestopna leta, medtem ko se deklinacija za neprestopna leta izrauna s pomojo dodanih

korekcijskih tablic.

Leta 1551 je Erasmus Reinhold objavil Tabulae Prutenicae prve astronomske tablice na

osnovi Kopernikovega sistema, italijanski pomorak Testa Rossa pa leta 1557 knjigo Breve

Compendio del Arte del Navigar, kjer opisuje plovbo ob obali ter na odprtem morju.

Leta 1583 je nizozemski pomorak Lucas Janzsoon Waghenaer objavil razpravo o pomorski

navigaciji (Spieghel der Zeevaerdt) skupaj s tablicami Sonevih deklinacij in navodilom za

izraun geografske irine z meridiansko viino Sonca.

Leta 1600 je John Tapp objavil The Seaman's Calendar z efemeridi za Sonce, Mesec ter

najsvetleje zvezde. To je bil tudi prvi poskus redne izdaje astronomskih tablic za vsako leto,

ki bi bile namenjene izkljuno pomorski navigaciji.

Leta 1627 je znameniti astronom Johaness Kepler objavil tablice Tabulae Rudolphiane,

izdelane na dvoru kralja Rudolfa II. v Pragi. Pri izdelavi teh tablic je Kepler upoteval zakone

gibanja planetov in zemlje okoli Sonca, ki jih je sam odkril. Te tablice so bile zato tudi precej

bolj tone. Meja napak v efemeridih namre znaa 10', kar je v primerjavi z napakami do 5

kakrne so imele stareje tablice, izjemen napredek.

V 17. in 18. stoletju so bile objavljene tablice Sonevih deklinacij v tirih knjigah ena za

prestopno, druge tri pa za vsa tri leta po prestopnem. V tablicah so bili podatki za priblino 20

let naprej izraunani s tonostjo 3,6'.

Prvi navtini almanah je bil francoski Connaissance de Temps, ki ga je priel izdajati pariki

observatorij. Britanski British Nautical Almanac je priel izhajati leta 1767, nemki Jahrbuch

oder Ephemeriden leta 1774, panski Almanaque Nautico y Ephemerides Astronomicas leta

1827 ter ameriki American Ephemeris and Nautical Almanac leta 1855.


10

Vir: www.hps.cam.ac.uk/starry/ keplertableslrg.jpg, 13. avgust 2003

Slika 6: Stran iz Tabulae Rudolphiane (1627) J. Keplerja


11

2.1 Praktina uporaba astronomskih tablic v 16. stoletju

2.1.1 Delo s tablicami Martina Cortesa iz leta 1545

Uporaba Cortesovih tablic je zahtevala dokaj dolg postopek, poleg tega pa je bila potrebna

tudi interpolacija. Za primer uporabe je podan datum 11. julij 1579 po starem koledarju

Vir: www.longcamp.com/cortes.html, 13. avgust 2003

Slika 7: Izvleek iz tablic Martina Cortesa (1545)


12

1. korak: Vhodna podatka za tablico 1 sta mesec in dan. Iz tablice dobimo vrednost 27 57'.

2. korak: Vhodni podatek za tablico 2 je leto. Iz tablice dobimo vrednost 0 44'.

3. korak: Obe vrednosti setejemo in dobimo 28 41'.

4. korak: Ker leto 1579 ni prestopno, odtejemo od rezultata 1. Dobimo vrednost 27 41', ki

predstavlja poloaj Sonca v ozvezdju Raka.

5. korak: V tablici 1 je za mesec julij Sonce v ozvezdju Raka (Cancer). Za tablico 3 sta zato

vhodna podatka ozvezdje Raka in vrednost 27 (zaokroena nija vrednost poloaja Sonca v

tem ozvezdju). V tablici dobimo vrednost deklinacije Sonca, ki znaa 20 49', vendar ta

vrednost ni tona, ker je potrebna interpolacija za vrednost 27 41', torej za 41'.

6. korak: V 16. stoletju sta bili deljenje in mnoenje zelo zahtevni operaciji. Uporabljal se je

zelo dolg in nepregleden postopek, ki so ga razvili Hindujci v 12. stoletju. Zato daje Cortes

naslednje navodilo za priblino interpolacijo: Vrednost 27 daje v tablicah vrednost

deklinacije 20 49', vrednost 28 pa vrednost deklinacije 20 37'. Razlika med vrednostmi

deklinacije je torej 12'. Razmerje med 41' in 60' je priblino , od 12' pa je 8'. Ker vrednost

deklinacije med 27 in 28 pada, odtejemo 8' od vrednosti 20 49' in dobimo konno

vrednost deklinacije Sonca, ki znaa 20 41'.


13

2.1.2 Delo s tablicami Williama Bourna iz leta 1574

Bournove tablice so v primerjavi s Cortesovimi precej bolj enostavne, saj se je vrednost

deklinacije dobila samo z enim vhodom v tablice. Vhodna podatka sta mesec in dan,

uporabljen je isti datum kot pri Cortesovih tablicah. Vrednost deklinacije iz Bournovih tablic

tako znaa 20 42', kar je zelo podoben rezultat, kot bi ga dobili s tablicami Martina Cortesa.

Vir: www.longcamp.com/cortes.html, 13. avgust 2003

Slika 8: Izvleek iz tablic Williama Bourna (1574)

Prve naprave za merjenje

viine nebesnih teles

So mrtveci, ki bi jih bilo potrebno e enkrat ubiti. Bigot

Prve naprave za merjenje viine nebesnih teles

14

3 Prve naprave za merjenje viine nebesnih teles

e v zgodnji fazi razvoja astronomske navigacije je bilo za doloanje geografske irine

potrebno merjenje viine nebesnih teles nad horizontom. V zaetku so merili samo

meridiansko viino Sonca in viino Polarne zvezde, kasneje pa so se merili tudi viine drugih

nebesnih teles ter sferne oddaljenosti med njimi.

Prve naprave za merjenje viine nebesnih teles na morju so bile prilagojene tistim, ki so jih

astronomi e dalj asa uporabljali na kopnem. Tam je bil problem merjenja viin namre

precej laje reljiv, saj na kopenskega opazovalca ni vplivalo nestabilno stojie, morje, veter

in valovi. Prve naprave, ki so jih navigatorji uporabljali na morju, so bile zato nenatane in

nezanesljve.

Problem natannega merjenja viin je bil uspeno reen ele v 18. stoletju z izumom

sekstanta.

3.1 Gnomon

Gnomon je verjetno najstareji astronomski instrument. Kljub temu, da ga niso nikoli

uporabljali na morju, pa si vseeno zaslui vso pozornost. Za tem udenim imenom se namre

skriva navadna palica, ki je pravokotno zabodena v zemljo. Pravi kot se doloi s pomojo

vrvi, na katero je obeena ute. Tako narejena svinnica je namre vedno pravokotna na

horizontalno ravnino gnomona.

Gnomon so poznali e Babilonci (priblino 2000 p. n. .), Kitajci pa so z njim e okrog leta

1100 p. n. . skoraj tono izraunali nagib ekliptike proti nebesnemu ekvatorju.

Glede na smer in dolino gnomona ter njegove sence se je v pradavnini doloala doba dneva,

stari astronomi pa so znali z njim doloiti tudi smer meridiana, izmeriti viino Sonca, doloiti

nagib ekliptike, Eratosten (276 194 p.n..) pa je z njim celo izraunal obseg Zemlje.

3.1.1 Doloanje smeri meridiana in trenutka prehoda Sonca skozi meridian

e v teku dneva opazujemo senco, ki jo gnomon odseva na zemljo, opazimo, da ta menja

svojo smer in velikost. Senca gnomona potuje skupaj s Soncem, njena dolina pa je odvisna

od viine Sonca nad horizontom. Vije kot je Sonce na nebesni sferi, kraja je senca in

obratno. Trenutek, ko je Sonce najvije na nebesni sferi, predstavlja trenutek njegovega


15

prehoda skozi nebesni meridian opazovalca senca je takrat najkraja, usmerjena pa je tono

proti severu.

Smer meridiana najlaje doloimo tako, da v teku dneva oznaujemo vrh sence gnomona. Te

oznake kasneje spojimo ter doloimo poloaj najkraje sence podnoje gnomona predstavlja

jug, vrh sence pa sever. e poleg tega beleimo tudi ase meritev, lahko enostavno doloimo

tudi as prehoda Sonca skozi meridian oz. pravo poldne.

3.1.2 Doloanje viine Sonca

e izmerimo dolino sence gnomona, lahko z reevanjem pravokotnega trikotnika enostavno

izraunamo viino Sonca nad horizontom:

Slika 9: Doloanje viine Sonca z gnomonom

Namesto uporabe trigonometrinih enab lahko pravi dolini gnomona in njegove sence

sorazmerno zmanjamo ter nariemo na papir, kjer s kotomerjem izmerimo kot , ki

predstavlja viino Sonca nad horizontom.

3.1.3 Doloanje navideznih letnih poloajev Sonca, nagiba ekliptike in geografske irine

e bi ta opazovanja izvajali vsak dan skozi vse leto, bi lahko iz dobljenih podatkov doloili

nagib ekliptike na ravnino nebesnega ekvatorja. Stari astronomi so to doloili prav z uporabo

gnomona! Razlika najveje in najmanje viine Sonca v kulminaciji v teku leta je namre

enaka dvojnemu nagibu ekliptike oz. dvojni vrednosti najveje Soneve deklinacije.

GNOMON (a)

SENCA (b)

batg =


16

S pomojo gnomona so vasih doloali tudi dneve letnega in zimskega solsticija, dneve

ekvinokcija, dolino leta in velikost Soneve deklinacije:

- ko izmerimo najkrajo opoldansko senco v teku leta ter s tem najvejo poldnevno viino

Sonca, je Sonce v poloaju letnega solsticija.

- ko izmerimo najdaljo opoldansko senco v teku leta ter s tem najnijo poldnevno viino

Sonca, je Sonce v poloaju zimskega solsticija.

- komplement geografske irine (90-) je enak kulminacijski viini Sonca na dan

pomladanskega in jesenskega enakonoja. Te dneve doloimo tako, da izraunamo

aritmetino sredino med najvijo in najnijo letno opoldansko viino Sonca ko Sonce

dosee to viino, je njegova deklinacija enaka 0.

- z znanim komplementom geografske irine izraunamo geografsko irino: = 90 V.

Slika 10: Grafina reitev navideznih letnih poloajev Sonca

3.1.4 Eratostenova izmeritev obsega Zemlje

V Syeni (danes Assuan) v junem Egiptu so se vsako leto ob dnevu letnega solsticija ljudje

zbirali in opazovali odsev Sonca v nekem vodnjaku. Sonce se je v njem zrcalilo samo enkrat v

letu, in sicer tono opoldne, ko je doseglo zenit. Eratostenu, ki je ivel v Aleksandriji, je bila

Vii

na S

onca

Viina Sonca v ekvinokciju

D A T U M

Najvija letna opoldanska viina Sonca

21.12 21.3 22.6 23.9 21.12

Najnija letna opoldanska viina Sonca


17

znana oddaljenost od Siene. Izmerili so jo kraljevi potniki vodniki, znaala pa je 5000

stadijev (1 stadij = 184.98 m).

Eratosten je poznal zgodbo o vodnjaku in pri tem priel na genijalno idejo. Sklepal je, da je

razdalja med Syeno in Aleksandrijo zanemarljivo majhna v primerjavi z razdaljo med Zemljo

in Soncem. Aristarh je namre e dobrih 100 let prej dokazal, da mora biti razdalja med

Zemljo in Soncem najmanj tisokrat veja od zemeljskega polmera. Sonni arki, usmerjeni

proti Aleksandriji in Syeni, so torej skoraj vzporedni med seboj. Ker je (napano) mislil, da

Syena in Aleksandrija leita in istem meridianu, bi moralo biti Sonce za as letnega solsticija

istoasno v meridianu obeh mest ter v zenitu Syene. Z izmerjeno viino Sonca v Aleksandriji

bi izraunal komplement viine oz. zenitno oddaljenost (90-V), ta pa bi bila enaka kotu v

srediu Zemlje med obemi mesti.

Slika 11: Doloanje obsega Zemlje z gnomonom

Eratosten je tako izmeril zenitno oddaljenost 7,2 ta vrednost pa predstavlja 50-ti del kroga

(360). Ker vrednost 7,2 predstavlja 5000 stadijev je izraun preprost: 50 x 5.000 = 250.000

stadijev (46.245 km). Danes vemo, da je dejanski obseg (meridiana) 40.009 km, kljub temu

pa je bilo njegovo merjenje presenetljivo natanno. Kot, ki ga je izmeril Eratosten (7,2),

namre odgovarja razliki geografske irine Aleksandrije (31 11' N) in Syene (Assuan, 24 05'

N), ki znaa 7,1. Glede na dejanski poloaj Syene tudi vemo, da Sonce tam ni moglo dosei

zenita, eprav je maksimalna. deklinacija v njegovem asu znaala 23 51' (Eratosten 23 47',

danes 23 27'). Kljub temu pa je njegovo merjenje Zemlje udovito preprosto, saj ni terjalo

nobenega truda. Eratosten najbr nikoli ni videl tistega vodnjaka v Syeni ali osebno izmeril

V

z

zVz = 90

Aleksandrija

Syena


18

njegovo razdaljo od Aleksandrije. Tudi instrumenta, s katerim je meril ni sam sestavil - samo

pogled je uprl nanj.

3.2 Kvadrant

Kvadrant je najstareja naprava za merjenje viin nebesnih teles, ki so jo uporabljali na ladjah.

Omenja ga e Ptolomej (sredina 2. stoletja p. n. .) v svojem delu Almagest, na morju pa so ga

okoli leta 1460 prvi prieli uporabljali Portugalci. Danes vemo, da sta kvadrant na svojih

potovanjih uporabljala tudi Kolumb in Magellan.

Sestavljen je bil iz trikotne lesene (kasneje kovinske) ploe s kronim lokom 90, kar

predstavlja etrtino kroga, po emer je kvadrant tudi dobil svoje ime.

Vzdol ene katete so opazovali nebesno telo, svinnica z utejo pa je kazala viino nebesnega

telesa na kronem delu kvadranta.

Vir: www.unet.univie.ac.at/astro/history/quadrant2.htm, 30. junij 2003

Slika 12: panski kvadrant iz 16. stoletja

Prvi kvadranti so imeli namesto stopinjske razdelitve vrezane simbole, ki so predstavljali

imena pristani. V tistem asu namre namen opazovanja ni bil natanno doloanje

geografske irine, temve samo ugotoviti, kdaj bo ladja dosegla geografsko irino pristania,

proti kateremu je bila namenjena. Vrezano ime pristania oz. simboli so namre predstavljali

viino Polarne zvezde s tem pa tudi geografsko irino mesta. Ko je bila geografska irina

doseena, se je plovba nadaljevala po paraleli proti vzhodu ali zahodu.


19

Vir: www.home.rhein-zeitung.de/~heinkele/astro/galerie.htm, 30. junij 2003

Slika 13: Kopija Kolumbovega kvadranta

3.3 Astrolab

Astrolab so podobno kot kvadrant uporabljali na kopnem od 2. stoletja p. n. . Iznajdba

astrolaba se pripisuje Hiparhu (180 125 p. n. .), eprav nekateri indici kaejo, da so ga

morda uporabljali e 200 let prej. Na ladjah je priel v uporabo okoli leta 1480, kot

navigacijsko sredstvo pa ga prvi omenja Pedro de Medina v navigacijskem ubeniku Arte de

Navegar (1545), kjer daje opis in navodila za uporabo.

Vir: www.galileo.imss.firenze.it/presale/eprsal13.html, 30. junij 2003

Slika 14: Astrolab, izdelan v Lisboni leta 1608 (Muzej v Firencah)


20

Vir: www.perso.wanadoo.fr/ intruments_celebre3.htm, 30. junij 2003

Slika 15: Astrolab

Astrolab je bil sestavljen iz okrogle lesene ali kovinske ploe, na kateri je bila oznaena

stopinjska razdelitev. Visel je na prstanu na vrhu ploe, ki je omogoal, da je bilo 0

stopinjske razdelitve vzporedno z ravnino horizonta. Merjenje viine so izvajali z vizirjem,

pritrjenim v srediu astrolaba. Vizir so usmerili proti nebesnemu telesu, na stopinjski

razdelitvi pa so oditali vrednost viine oz. zenitne oddaljenosti.

Astrolabi, ki so jih uporabljali v praksi, so bili razlinih dimenzij. Vasco de Gama je npr.

uporabljal ogromni astrolab, pri katerem sta morala sodelovati najmanj dva pomonika eden

je astrolab dral, drugi je usmeril vizir ter skozi odprtino na objektivu in okularju opazoval

nebesno telo, tretji pa odital izmerjeno viino.

Z manjimi astrolabi kasneje niso vizirali Sonca, temve so jih drali ob sebi. Pri tem so vizir

premikali tako, da so sonni arki prodrli skozi objektiv na okularju.

Astrolab je uporabljala veina pomorakov v 15. in 16. stoletju. Iz Kolumbovih dnevnikov je

razvidno, da ga je uporabljal za merjenje viine Sonca, medtem ko je za Polarno zvezdo raje

uporabljal kvadrant. Delo z astrolabi je bilo namre nezanesljivo, e posebej ob monem vetru

in valovih, oditavanje viin pa je imelo natannost 0,5, s tem da tudi napake do 5 niso bile

nobena redkost. Pomoraki so z astrolabi zato raje merili viino Sonca in zvezd, ki so bile

ve kot 50 nad horizontom, medtem ko so za opazovanje drugih nebesnih teles raje posegali

po drugih napravah.


21

Vir: Pedro de Medina - Arte de Navegar, 1545

Slika 16: Astrolab

Vir: www.sedona.net/pahlavi/ science.html, 30. junij 2003

Slika 17: Astrolab iz leta 1550 (Gualterus Arsenius)

Vir: www.ac-strasbourg.fr/ recherch/instrum.html, 30. junij 2003

Slika 18: Uporaba astrolaba


22

3.4 Morski prstan

Morski prstan se je razvil iz astrolaba, namenjen pa je bil izkljuno merjenju viine Sonca. To

napravo omenja ve piscev med letoma 1594 in 1684, kar kae na njegovo priljubljenost v

tem obdobju.

Vir: John Davis The Seamans Secrets, 1594

Slika 19: Morski prstan

Masivni kovinski obro je imel na vrhnji strani prstan, ki je sluil za obeanje naprave. 45 od

vrha je imel obro majhno odprtino, skozi katero je naprava prestregla sonni arek in del

svetlobe usmerila proti stopinjski razdelitvi. Ta nain merjenja je zahteval, da je bila odprtina

vedno usmerjena proti Soncu. Prednost morskega prstana pred astrolabom je bila v tem, da je

imel za isti premer precej vejo stopinjsko razdelitev.

Naprava ni imela nobenega preminega dela. Nekatere izvedbe morskega prstana so imele

etverokotno obliko, vendar so bili ti instrumenti manj stabilni ter zato tudi manj zanesljivi.

Zanimivo, da John Davis v svoji knjigi The Seamans's Secret iz leta 1594 to napravo omenja

pod imenom astrolab. Izraz morski prstan (Ring, Searing) je nastal ele kasneje.


23

3.5 Jakobova palica

Izum te naprave se pripisuje judovskemu matematiku Jacobu ben Makirju (Baculus Jacobi) v

13. stoletju, baje pa so podobno napravo uporabljali Kaldejci e okrog leta 400 p. n. .

Jakobovo palico (angl. cross-staff, fore-staff) je prvi opisal Levi ben Garson (1288 1344),

na ladjah pa so jo prieli uporabljati ele potem, ko se je Evropa seznanila z arabskim

kamalom. Uporabo te naprave je priporoal e Johann Werner leta 1514, odlien opis pa daje

nizozemski pomorak Lucas Janszoon Waghenaer leta 1583.

Vir: John Seller Practical Navigation, 1669

Slika 20: Jakobova palica

Naprava je bila sestavljena iz lesenega droga, po katerem je drsel kri. Opazovalec je drog

postavil k oesu, nato pa kri premikal tako, da je istoasno preko spodnjega dela opazoval

morski horizont, preko zgornjega dela pa nebesno telo. Pomik kria je bila mera za izmerjeno

viino, vendar je ni bilo potrebno posebej raunati, saj je bila e oznaena na stopinjski

razdelitvi droga.

V zaetku je imela Jakobova palica samo en kri, zato je bilo z njo nerodno opravljati

meritve. Kasneje so dodali e tri krie, tako da se je dolina droga zmanjala na 75 90 cm,

dolina kriev pa je varirala od 15 do 40 cm. Krii so bili opremljeni s privrstitvenim

vijakom, vsak pa je imel na drogu svojo stopinjsko skalo.


24

Slika 21: Jakobova palica trigonometrijska reitev

Pri doloanju geografske irine z meridiansko viino Sonca so s kompasom opazovali

spremembo azimuta, da bi se videli priblievanje Sonca meridianu ( = 0 ali 180). Pred

prehodom Sonca skozi meridian je opazovalec prislonil drog k oesu ter kri tako, kot bi

viina Sonca rastla, premikal proti oesu. Ko bi viina Sonca zaela padati, bi bil to za

opazovalca znak, da je zadnja izmerjena viina tudi najveja.

Ne glede na to, da je Jakobova palica predstavljala napredek v primerjavi z astrolabom, pa je

imela e vedno precej pomanjkljivosti. Istoasno usmerjanje pogleda v dve smeri je

povzroalo napako paralakse, poleg tega pa je zahtevalo precej izkuenj. Pri opazovanju

Sonca so arki tudi oslepili opazovalca, eprav so kasneje to neprijetnost delno omilili z

zatemnjenim steklom na gornjem delu kria. Pred tem so Jakobovo palico uporabljali

predvsem za merjenje viine Polarne zvezde. Uporabo zatemnjenega stekla omenja e Bourne

leta 1574, verjetno pa so ga uporabljali e nekaj let prej. Nekateri celo trdijo, da so imeli pirati

in gusarji poveze preko oesa prav zaradi uporabe Jakobove palice brez zatemnjenih stekel.

Vsak opazovalec je tudi meril z doloeno napako zaradi oblike svojega obraza ter razmika

med oesom in drogom. Da bi zmanjali to napako, so pri opazovanju istoasno uporabljali

dva kria razlinih dolin, tako da sta se spodnja konca kriev poudarjala v liniji s

horizontom, zgornja pa v liniji z opazovanim nebesnim telesom.

C

A

B

B'

Horizont

ACBCtg =

2=Vkri

drog


25

Pogosto je bilo problematino tudi natanno oditati izmerjeno viino. Stopinjska razdelitev

namre ni bila linearna, kar je povzroalo teave pri velikih viinah, kjer je bil kri blizu

oesa, saj so bile tam stisnjene skupaj.

Z Jakobovo palico so lahko merili samo viine od 3 do 60, zato je bila neuporabna v nizkih

geografskih irinah, kjer je bila meridianska viina Sonca zelo visoka, viina Polarne zvezde

pa prenizka. Obratno je veljalo za visoke geografske irine. Zaradi tega so se morali

pomoraki e vedno zanaati na astrolab in kvadrant.

Kasneje so se sicer pojavile izboljane variacije Jakobove palice (Fludd 1617, Gunter 1624),

vendar te naprave niso bile dosti bolj precizne. Kljub temu, da jo je kasneje izpodrinil

napredneji Davisov kvadrant, so pomoraki Jakobovo palico uporabljali vse do 18. stoletja.

Vir: Internet

Slika 22: Jakobova palica

Vir: Internet

Slika 23: Starodavno besedilo, ki prikazuje uporabo Jakobove palice (datum neznan)


26

3.6 Kamal

To napravo so skupaj z astrolabom e od nekdaj uporabljali Arabci, predvsem za doloanje

viine Polarne zvezde. Kamal je v Evropo prinesel Vasco de Gama, ki se je z njim seznanil

prek arabskih pilotov, ki so ga leta 1497 vodili ez Indijski ocean na njegovem potovanju v

Indijo. Seznanitev Evropejcev s kamalom je tudi spodbudila uporabo Jakobove palice na

morju, saj sta napravi uporabljali isti princip delovanja.

Vir: www.y_humbs.edu/X-Staff/ kamal.htm, 30. junij 2003

Slika 24: Rekonstrukcija originalnega arabskega kamala

Kamal so uporabljali predvsem za merjenje viine Polarne zvezde, sestavljen pa je bil iz

pravokotne ploe, v sredini katere je bila privrena vrv. Vrv je imela vozle, ki so

predstavljali geografske irine posameznih pristani. Opazovalec je z desno roko dral vozel

pristania, proti kateremu je bila ladja namenjena, z levo pa je ploo odmaknil od sebe tako,

da je bila vrv napeta, spodnji rob ploe pa se je poudarjal z morskim horizontom. e je bila

Polarna zvezda tono v zgornjem robu ploe, se je nahajal na geografski irini pristania, e

je bila nad njo je bil preve severno in obratno, e je bila Polarna zvezda pod ploo in je

opazovalec ni videl.

Vir: www.astro.nus.edu.sg/heavenly.shtml, 30. junij 2003

Slika 25: Uporaba kamala


27

Kasneje so vozli namesto pristani oznaevali kote vozli so bili med seboj razmaknjeni za

1 36', kar je ustrezalo dolini enega prsta (arab. issabah). Vsak etrti vozel je bil oznaen

drugae in je predstavljal kotno vrednost 6 24' (arab. dubban).

3.7 Nona ura

Nono uro (nocturnal) so uporabljali predvsem za doloanje asa, z njo pa je bilo mono

meriti tudi viine nebesnih teles. Merila se je predvsem viina Polarne zvezde, vendar nona

ura v ta namen ni doivela splone uporabe, saj so pomoraki raje posegali po drugih

instrumentih.

Napravo prvi omenja panski filozof Ramon Llull v enem od svojih tevilnih del, na ladjah pa

se je zael pojavljati v 15. stoletju. Sestavljen je bil iz dveh kovinskih krogov, skozi sredie

katerih so opazovali Polarno zvezdo. Pri tem so koristili njeno lastnost, da je skoraj

nepremina v bliini nebesnega pola, medtem ko druge zvezde kroijo okoli nje. Krog je imel

zato e dve odprtini za opazovanje zvezd Malega voza Kochab in Pherkad oz. zvezd Velikega

voza Dubhe in Merak. Na vejem notranjem krogu so bili oznaeni meseci in dnevi v letu, na

manjem, preminem krogu pa ure in minute. Opazovalec je skozi odprtino v srediu

opazoval Polarno zvezdo, manji krog pa je premikal s pomojo roice tako, da je skozi drugi

dve odprtini opazoval zvezdi Velikega ali Malega voza.

Vir: www.ubr.com/clocks/nawcc/ hsc/hsn94a.html, 30. junij 2003

Slika 26: Nona ura ilustracija iz knjige Cosmographia, 1584 (Petrus Apianus)


28

Vir: www.celestialnavigation.net/ instruments.html, 30. junij 2003

Slika 27: Nona ura angleke izdelave iz 17. stoletja (levo) in rekonstrukcija none ure iz 18.

stoletja (desno)

3.8 Davisov kvadrant

To napravo je leta 1594 prvi opisal njen izumitelj John Davis v knjigi The Seamans Secrets,

predstavljala pa je velik napredek v primerjavi s prejnjimi instrumenti. Njegov prvi kvadrant

(Davis quadrant, backstaff) je bil sestavljen iz droga, na katerem je prosto drsela vertikalna

roica. Na spodnji strani roice je bil okular, skozi katerega so opazovali vizir (ogledalo) na

kraju droga.

Opazovalec se je s hrbtom obrnil proti Soncu, drog pa usmeril proti horizontu tako, da se ga je

navidezno dotikal s spodnjim delom vizirja. Zatem je vertikalno roico premikal toliko asa,

dokler se njena senca ni pojavila na dnu vizirja (morski horizont), viina pa se je po konani

meritvi oditala na stopinjski razdelitvi droga.

Njegov prvi kvadrant ni bil primeren za viine nad 45, zato je Davis kasneje predlagal

doloene izboljave.


29

Vir: John Davis The Seaman's Secrets, 1594

Slika 28: Prvi Davisov kvadrant iz leta 1594

Drugi Davisov kvadrant je imel dve vertikalni roici. Zgornja je bila ravna, spodnja pa

izvedena v obliki loka. Na roaju sta bili vgravirani dve stopinjski skali viino Sonca so

dobili s setevanjem kotov. Princip delovanje in uporabe je bil isti kot pri originalni Davisovi

izvedbi.

Vir: May, Holder: A History of Marine Navigation

Slika 29: Drugi Davisov kvadrant


30

Nizozemski pomoraki so uporabljali razliico Davisovega kvadranta z eno vertikalno

roico, ki je bila nastavljiva po viini. Za tri razline viine roice so bile na drogu vgravirane

tri stopinjske skale.


Slika 30: Nizozemska razliica Davisovega kvadranta

Razline oblike Davisovega kvadranta so bile v uporabi do leta 1669, ko je John Seller v

knjigi Practical Navigation predstavil njegovo izboljano razliico.

Vir: John Seller - Practical Navigation, 1669

Slika 31: Sellerjeva razliica Davisovega kvadranta


31

Sellerjeva razliica je imela dva krona loka. Zgornji, manji lok je omogoal merjenje kotov

do 60 s preskokom 5 (koti 60, 55, 50 itd.), medtem ko se je s spodnjim vejim lokom

(limb), ki je imel tudi precej veji polmer, merilo kote do 30, z natannostjo 1. Kasneje

izvedbe Sellerjevega kvadranta so imele tudi minutno skalo.

Opazovalec je najprej nastavil vizir z reo na manjem loku (B) na priblino vrednost

Soneve viine, zatem pa usmeril horizontski vizir (A) tako, da se je ta navidezno dotikal

horizonta. Preko okularja (C) na limbu je opazoval horizontski vizir (A) in premikal okular, ki

je drsel po limbu toliko asa, dokler ni opazil Soneve sence na horizontskem vizirju. Seteti

vrednosti z obeh lokov sta predstavljali vrednost Soneve viine.

John Flamsteed iz Kraljevega astronomskega drutva je kasneje predlagal zamenjavo ree na

vizirju vertikalne roice z leo, ki bi namesto Soneve sence prepuala njegov arek. Tako bi

bila izmerjena viina precej bolj natanna, vendar so le redki upotevali njegov predlog.

Vir: www.mat.uc.pt/~helios/Mestre/ Novemb00/H61iflan.ht, 30. junij 2003

Slika 32: Davisov kvadrant angleke izdelave iz leta 1711

Leta 1732 je John Elton predstavil Kraljevemu drutvu (vrsta akademije znanosti,

ustanovljena leta 1662) Davisov kvadrant, ki je omogoal merjenje viin z umetnim

horizontom.


32

O njegovi uporabi na morju danes nimamo nobenih podatkov, saj je leto predtem John

Hadley iznael oktant (predhodnik dananjega sekstanta), ki je kmalu izpodrinil druge

naprave za merjenje viin nebesnih teles.


Slika 33: Eltonova razliica Davisovega kvadranta

Elton je mali lok Davisovega kvadranta zamenjal s tetivo (BC), na katero se je lahko v treh

razlinih poloajih (a, b, c) med seboj razmaknjenih za 30 privrstilo tubo (IK) z leo (l).

Kombinacija tube in 30-stopinjskega limba (spodnji lok) je omogoala merjenje viin od 0 do

30, 30 do 60 in 60 do 90. Na alhidadi (GH), ki se je premikala okoli osovine v srediu

kronega loka limba, sta bila privrena okular in nonius, ki je omogoal merjenje viin z

natannostjo 1. Sonev arek se je preko lee usmeril na horizontalno ploo (dfg), kjer ga je

skozi okular videl opazovalec. V primeru, da horizont ni bil viden, se je na alhidado namestila

libela (t) posoda z alkoholom, ki je predstavljala umetni horizont.

Eltonov kvadrant je omogoal tudi merjenje viine zvezd, medtem ko bile druge razliice

Davisovega kvadranta za ta namen skoraj neuporabne. Pri merjenju viine zvezd so okular

usmerili direktno proti zvezdi, viino pa oditali s pomojo nagiba libele, ki je bila v ta namen

opremljena z luko.

Poleg e opisanih izvedb Davisovega kvadranta pa jih je dejansko obstajalo precej ve, eprav

jih veina ni nikoli doakala iroke uporabe v praksi. Ena od teh naprav je bil t.i. The Plough,


33

ki se je najverjetneje uporabljal v prehodnem obdobju med originalnim Davisovim

kvadrantom in Sellerjevo razliico.


Slika 34: The Plough

Plough je bil kombinacija Davisovega kvadranta in Jakobove palice. Seller, ki ga leta 1669

omenja v svoji knjigi, pa trdi, da je le redkokje v uporabi. Sestavljen je bil iz droga,

razdeljenega na 12. Ob koncu droga je bil privren horizontski vizir (A), ob njem pa kroni

lok majhnega premera, ki je omogoal merjenje kotov do 85 s preskokom 10 (koti 85, 80,

75 itd.). V primerjavi z drugim Davisovim kvadrantom je imel plough namesto spodnjega

loka premini okular, s katerim so natanneje izmerili viino. Izmerjena viina je bila tako

setevek stopinj kronega loka (poloaj sennega vizirja) in stopinj na drogu (poloaj

okularja). Plough so lahko uporabljali tudi kot Jakobovo palico, za katero je bila stopinjska

skala vgravirana na drugi strani droga.


Slika 35: Coleov kvadrant


34


Slika 36: Cross-Bow kvadrant


Slika 37: Removing kvadrant


35

3.9 Oktant

Angle John Hadley in Amerian Thomas Godfrey sta neodvisno drug od drugega leta 1731

izumila oktant oz. prvo napravo za merjenje viine nebesnih teles z dvemi zrcali.

V njunem asu je prilo celo do spora glede primata odkritja Godfreyjevi zagovorniki so

trdili, da je Hadley videl Godfreyjev oktant, ko je kot poronik angleke mornarice sluil na

Karibih, vendar je bilo kasneje dokazano, da Hadley ni bil nikoli na drugi strani Atlantika ter

da sta oktant odkrila istoasno, ne da bi vedela drug za drugega. Slava odkritja pa kljub temu

pripada Johnu Hadleyju oktant nekateri imenujejo tudi Hadleyjev kvadrant, eprav je oktant

pravilneji naziv.


Slika 38: Originalni Hadleyjev oktant iz leta 1730

Isaac Newton, ki je odkril optini zakon, na katerem temelji delovanje oktanta, je podobno

napravo sicer opisal e 30 let predtem, vendar podrobnosti o njej niso nikoli prile v javnost.


36

Oktant je bil zelo podoben dananjemu sekstantu, z njim pa so dokonno reili problem

preciznega merjenja viin nebesnih teles. Zato ga ob kompasu in kronometru smatramo kot

enega najpomembnejih izumov v zgodovini navigacije.

Oktant deluje na optinem principu, ki ga je odkril Isaac Newton. Po tem zakonu je odbojni

kot svetlobnega arka na gladko povrino (zrcalo) enak njegovemu vpadnemu kotu. e

gladko povrino odklonimo za doloen kot, se bo kot odbojnega arka poveal za dvakratno

vrednost odklona.

Slika 39: Optini princip oktanta

e je alhidada postavljena na poloaj 0, sta zrcali med seboj vzporedni, viina nebesnega

telesa () pa je 0. e veliko zrcalo premaknemo za doloen kot (), bi morala biti viina

nebesnega telesa () dvakrat veja od tega premika. e elimo preveriti Newtonov optini

princip na oktantu, moramo dokazati, da je = 2

Svetlobni arek nebesnega telesa pada na veliko zrcalo pod kotom m in se pod istim kotom

odbije proti malemu zrcalu. Ker je malo zrcalo nagnjeno od vertikale za kot , bo vpadni kot

Horizont

Veliko zrcalo

Malo zrcalo

Oko

A

O

n B

L


37

na malo zrcalo enak +m, isto vrednost pa bo imel tudi odbojni kot malega zrcala svetlobni

arek se bo usmeril proti oesu opazovalca.

V trikotniku ABO (veliko zrcalo, malo zrcalo, oko opazovalca) velja:

=++ 1802 nm v trikotniku ABL (veliko zrcalo, malo zrcalo, poloaj alhidade na limbu) pa:

=++++ 180 mnm Z izenaenjem obeh izrazov in okrajavo dobimo:

22 =++++=++ mnmnm

Vir: www.daa.se/~m10354/mar/img/octant.htm, 30. junij 2003

Slika 40: Hilgendorfov oktant iz leta 1896 (levo) in izboljani Hadleyjev oktant iz leta 1734

(desno)

Iz enabe = 2 sledi, da je kot , za vrednost katerega se med merjenjem premakne alhidada

enak polovici izmerjene viine. Zaradi tega bi morali na limbu podvojiti vsako izmerjeno

viino. Da bi meritve imbolj poenostavili, so na limbu e podvojili stopinjske vrednosti tako,

da je bil njegov kroni lok doline 45. e je npr. viina nebesnega telesa znaala 60, se je

alhidada premaknila po limbu za 30, vendar se je na skali oditala dejanska izmerjena viina

(60).

Po dolini kronega loka je oktant tudi dobil svoje ime 45 namre predstavlja kroga.

Sekstant, ki se je razvil tri desetletja kasneje (leta 1759) in je uporabljal isti optini princip, je


38

omogoal merjenje viin do 120, tako da je bila dolina njegovega kronega loka 60,

odkoder je tudi dobil svoje ime.

Vir: www.nathanielbowditch.org/.../ berman/page3.html, 30. junij 2003

Slika 41: Oktant, ki ga je leta 1760 izdelal Benjamin Martin (levo), in oktant izdelan leta

1795, ki ga je uporabljal znani ameriki kapitan Nathaniel Bowditch (desno)

Vir: www.dehilster.info/instrumenten/ octant.html, 30. junij 2003

Slika 42: Hadleyjev oktant iz leta 1731

Magnetni kompas

Kaj bo rekla zgodovina? Zgodovina bo, gospod, lagala kot vedno. Shaw

Magnetni kompas

39

4 Magnetni kompas

Odkritje magnetnega kompasa, najvaneje naprave za navigacijo, pripisujemo Kitajcem, za

katere obstaja tudi najve dokazov, da so bili prvi, ki so magnetno iglo uporabljali kot

sredstvo za usmerjanje ladje.

Peter de Halde je v knjigi o zgodovini Kitajske pisal o tem, kako je kitajski cesar Hoang Ti

med bitko popolnoma izgubil orientacijo v megli. Ko je izdelal voziek z magnetno iglo, ki je

kazala vse tiri strani neba, je uspel najti in uniiti sovranika.

V isti knjigi obstaja tudi opis dogodka iz asa dinastije Tcheou (2.000 p. n. .). Cesar naj bi

odposlancem sosednje drave podaril napravo z imenom Tchi Nan, ki je kazala smer severa in

jim omogoila varen povratek domov.

Podatki iz de Haldejeve knjige niso najbolj verodostojni, saj kitajska literatura prvi omenja

magnetno iglo ele v 2. stoletju p. n. . Vseeno pa lahko sprejmemo dejstvo, da so bili Kitajci

prvi, ki so magnetni kompas uporabljali na ladjah.

Aleksander Van Humboldt, ki je raziskoval zemeljski magnetizem v 19. stoletju, ugotavlja, da

so kitajske ladje s pomojo kompasa plule do Indije in vzhodne obale Afrike e v 4. stoletju.

Vsekakor pa je bolj verjeten podatek iz knjige Chou Ko Than, ki navaja, da so kompas na

kitajskih ladjah uporabljali od konca 11. stoletja.

Evropejci so se z magnetnim kompasom seznanili v 12. stoletju. Kasneje so se sicer pojavile

trditve, da so ga pomoraki iz severa Evrope poznali e v obdobju med letoma 886 in 1000,

vendar o tem ne obstajajo nobeni pisni viri. Kompasa ne omenjajo niti skandinavske sage iz

tistega asa, niti znameniti nordijska pilotska knjiga Konungs skuggsja (Kraljevo ogledalo) iz

leta 1250.

Na podlagih redkih pisnih virov lahko samo ugibamo o poreklu kompasa in zaetku njegove

uporabe na ladjah. Pomorci so bili namre zelo redko tudi pisci, uenih ljudi pa plovba po

morju ni preve zanimala. Kljub temu so si strokovnjaki enotni, da so kompas na evropskih

ladjah prieli uporabljati v 12. stoletju, torej v asu, ko so ga Kitajci poznali e najmanj 100

do 150 let. Splono miljenje je, da se je kompas najprej pojavil na italijanskih ladjah, kar je

razumljivo glede na njihovo takratno pomorsko prevlado v Sredozemlju.

Angleki duhovnik Aleksander Neckam (1157 1217), ki je tudiral v Parizu, pie v svoji

knjigi De Utensilibus o tem, kako se pomoraki, ki plujejo po odprtem morju, v slabem

vremenu orientirajo z elezno iglo, ki jo natrejo z magnetom. Iglo zatem prosto obesijo, ta pa

se sasoma umiri v smeri sever-jug.

Magnetni kompas

40

Francoski pesnik Guyot de Provance okoli leta 1205 opisuje kompas, ki ga pomoraki

uporabljajo v oblanem vremenu: ...elezno iglo natrejo z magnetom in jo privrstijo na

trsko tako, da plava v posodi z vodo. V vodi se igla usmeri proti Polarni zvezdi.

Podobno pieta 35 let kasneje dva dominikanska duhovnika: Ko oblaki zakrijejo nebo,

pomoraki natrejo elezno iglo z magnetom, privrstijo na trsko in postavijo v posodo z

vodo. Igla se obrne proti Polarni zvezdi (Stella Maris) in v tem poloaju tudi ostane.

Iz teh opisov je tudi razvidna oblika prvih magnetnih kompasov. Magnetno iglo so kasneje

nameali na oster vertikalni leaj tako, da se je lahko prosto obraala v horizontalni ravnini.

Tako so nastali prvi t.i. suhi kompasi.

Vir: www.localhistory.co.uk/ la/la-links.htm, 15. julij 2003

Slika 43: Kompasni roi: na navigacijski karti iz leta 1700 (levo) in v Almanahu Williama Bourna iz leta 1571

Glede na to, da se je Evropa s kompasom seznanila v 12. stoletju, je presenetljivo pisanje

Italijanov Nicole di Contija in njegovega sodobnika ter izdelovalca pomorskih kart Maura v

15. stoletju. Oba sta namre zaudena nad dejstvom, da arabski pomoraki v Indijskem

oceanu (kjer sta oba plula) kompasa ne uporabljajo. O tem govori tudi nek pomorak iz

Firenc, ki je plul z znamenitim Vascom da Gamo.

Razlog za njihove navedbe se morda skriva v tem, da so kompas v zaetku uporabljali samo v

oblanem vremenu. Teko je namre verjeti, da Arabci kompasa ne bi poznali, saj ga nek

Magnetni kompas

41

njihov rokopis omenja e leta 1282: Sirijski pomoraki uporabljajo udno napravo, in sicer

posodo z vodo, v kateri plava magnetna igla, ki se usmerja v smer sever-jug.

V zaetku je bila magnetna igla izdelana iz mehkega eleza, zato jo je bilo potrebno pogosto

namagnetiti. Magnet, ki je sluil temu namenu, so zato skrbno hranili dale od kompasa.

Preden so na magnetno iglo prieli privrevati roo vetrov, je bila naprava znana pod

imenom busola, medtem ko so ji panci rekli kar igla (agulha). Z roo vetrov je magnetni

kompas dobil ime, pod katerim ga poznamo e danes, roa vetrov pa se je preimenovala v

kompasno roo. Magnetno iglo v kombinaciji z roo vetrov je baje prvi uporabil Italijan

Flavio Gioia leta 1302.

14. in 15. stoletje predstavlja velik napredek v izdelavi kompasov, samo tehniko izdelave pa

je prvi podrobno opisal Martin Cortes v 16. stoletju. Kompasna roa je dobila 32 vetrov,

oznaka za sever pa je postal cvet v obliki lilije.

V zaetku je kompasna roa oznaevala kvadrantalne kurze, in to z obratnimi oznakami, kot

jih poznamo danes (EN, ES, WS in WN). Kasneje so kvadrantalne kurze prieli oznaevati od

meridiana, na koncu pa se je uveljavila krona razdelitev od 0 do 360.

Na kompasno roo je bila privrena magnetna igla, in sicer tono pod linijo N-S. Kompasna

roa in igla sta bili nameeni v lesenem kotlu, na vrhu katerega je bil steklen pokrov s

premnico za doloanje kurza. Kasneje so kotel postavljati v kardan, ki je kotlu omogoal

stalen vodoravni poloaj.

Vir: www.nassaubay.com/ history.htm, 15. julij 2003

Slika 44: Kompasna roa iz leta 1719

Magnetni kompas

42

4.1 Magnetna variacija

Za obstoj magnetne variacije so najverjetneje vedeli e Portugalci, ko so v 15. stoletju

raziskovali zahodno obalo Afrike. O tem nam sicer niso zapustili nobenih pisnih virov, vendar

je splono znano, da so svoje pomorske veine ljubosumno skrivali pred drugimi.

William Gilbert v svoji knjigi De magnete Magneticisque iz leta 1600 sicer trdi, da je

magnetno variacijo prvi odkril Sebastian Cabot, vendar prvi zapis o magnetni variaciji izvira

iz prvega Kolumbovega potovanja leta 1492.

Kolumb je tudi prvi, ki je odkril obstoj zahodne variacije. Prvi je ta pojav opazil 13.

septembra 1492, priblino 600 Nm zahodno od Kanarskih otokov. Magnetna igla je imela

odklon 6 od pravega meridiana v naslednjih tirih dneh pa se je odklon e poveal. eprav je

Kolumb vedel, da Polarna zvezda ne kae pravega severa, pa samo njeno kroenje okoli

nebesnega pola ni moglo povzroiti takne napake.

Kljub temu so nekateri, med njimi tudi panski matematik Pedro de Medina (1545), e vedno

zanikali obstoj magnetne variacije. De Medini verjetno ni bil znan dnevnik lana Magellanove

ekspedicije Antonia Pigafette, ki variacijo omenja e leta 1522. Poleg tega je najuneji rt

afrike celine (Cape Agulhas), ki ga je leta 1497 odkril Vasco da Gama, dobil ime prav zaradi

magnetne variacije, saj je bila v 15. stoletju na tistem obmoju variacija 0 (danes 28 W),

magnetna igla (agulha) pa se je usmerila v pravi meridian.

V vsakem primeru pa je udno, da variacije niso opazili takoj po tem, ko so se kompasi

pojavili v Sredozemlju. Razlika med vzhodnim in zahodnim delom je bila namre kar precej

velika.

Z dejstvom, da se magnetna igla usmerja proti severu, so se prieli ukvarjati v 16. stoletju.

Veliko jih je ta fenomen razlagalo s tem, da so na severu velike koliine magnetne rude.

Arabci so omenjali visoke peine ob indijski obali, ki naj bi imele takno mo, da so privlaile

vijake in elezne dele na ladijskem oploju, zaradi esar naj bi se ladje razpadle in potopile.

Danes vemo, da so bile takne zgodbe namenjene pomorakom iz drugih drav, da bi jih

odvrnile od arabske pomorske interesne sfere. Podobne metode zastraevanja so uporabljali

tudi Feniani in kasneje panci ter Portugalci.

Martin Cortes v svoji knjigi iz leta 1551 trdi, da obstaja magnetna variacija, magnetna igla pa

naj bi se usmerjala vedno proti isti toki na severu, kjer so velike zaloge magnetne rude, s

imer zanika spremembe variacije.

Izdelovalec magnetnih kompasov Robert Norman, ki je kasneje odkril magnetno inklinacijo

(odklon prosto obeene magnetne igle od horizontalne ravnine), je leta 1581 objavil lastno

Magnetni kompas

43

teorijo zemeljskem magnetizmu, v kateri spodbija trditve Martina Cortesa z besedami: e bi

sprejeli teorijo o stalni toki z velikimi koliinami magnetne rude, bi bil magnetni kompas

precej bolj obutljiv v predelih, za katere je znano, da so zelo bogati z magnetno rudo. e bi

ladja plula mimo otoka Elbe ali doloenih tok ob norveki obali, bi se morala magnetna igla

usmeriti direktno proti tem tokam. Norman je oitno napano domneval, da moramo

odgovor na vpraanje, zakaj se igla usmerja proti severu, iskati v magnetni igli sami, in ne v

magnetnih tokah na Zemlji.

Ob koncu 16. stoletja se omenja, da se magnetna igla ob otoku Santa Maria (Azori) usmerja v

pravi meridian, zahodno od otoka pa naj bi imela odklon zahodno od njega.

Ko je bil potrjen obstoj magnetne variacije, so prieli izdelovalci kompasov v razlinih delih

Evrope razlino nameati magnetno iglo na kompasno roo. V Sredozemlju so npr.

magnetno iglo namestili tako, da se je kompasni sever usmerjal v pravi meridian. Problem pa

je bil v tem, da variacija ni bila vedno ista, zato so morali med plovbo iglo premeati, kar je

bilo zelo nepraktino. Sasoma so se priele razvijati metode doloanja vrednosti magnetne

variacije s Polarno zvezdo in drugimi nebesnimi telesi, na kopnem pa so s preciznimi

napravami doloali vrednost variacije in njene letne spremembe.

Te so prvi opazili leta 1622. William Borough je namre leta 1580 opravil ve meritev in

doloil mestu Limehouse variacijo 11 15' E. Ko je astronom Edmund Gunter 42 let kasneje

istemu mestu doloil variacijo 6 13' E (letna sprememba cca. 7'), so bili vsi prepriani, da so

njegove meritve napane. Nadaljnje meritve pa so pokazale pravilnost Gunterjevega rezultata,

s imer je bila dokazana stalna letna sprememba variacije za doloeno mesto.

To je leta 1634 potrdil tudi Henry Gellibrand, ki je Limehousu doloil vrednost variacije 4 E.

Magnetna variacija se je torej spreminjala proti zahodu. Leta 1648 je Henry Bond izraunal,

da bo vrednost variacije devet let kasneje 0, njegova napoved pa se le leta 1657 tudi

uresniila.

Abbe Fournier potrjuje opaanja Angleev v svoji knjigi Hydrographie (1648). V Nrnbergu

je izmeril vrednost variacije 7 E, medtem ko je sto let prej Georg Hartmann, konstruktor

astronomskih naprav, izmeril vrednost 16 E. Letna sprememba je torej znaala priblino 5'.

Leta 1660 je Angle William Gilbert postavil temelje pravilnih spoznanj o zemeljskem

magnetizmu. Med raziskovanjem je priel do zakljuka, da magnetno iglo usmerja sama

Zemlja, ki na njo deluje kot ogromen magnet. Istoasno tudi odgovarja Normanu, zakaj

magnetna igla nima vejega odklona, ko ladja pluje mimo otoka Elbe. Sila taknih lokalnih

polov se namre ne more primerjati z magnetno mojo zemeljskih polov. Manji odklon

magnetne igle je posledica delovanja magnetnih mineralov pod morskim dnom, zato lahko ob

Magnetni kompas

44

plitvem morju in moni sili lokalnih polov pride do manjega odklona magnetne igle. Edina

Gilbertova napana domneva je bila, da se magnetna variacija ne spreminja.

Leta 1675 je dr. Hook objavil rezultate svojega raziskovanja, po katerem se magnetni pol

severne poloble nahaja na oddaljenosti 10 od geografskega pola, ki ga obkroi v 370 letih,

zaradi esar tudi prihaja do letnih sprememb.

Leta 1698 je angleki astronom Edmund Halley vodil znanstveno odpravo na juni Atlantik.

Namen odprave je bilo raziskovanje magnetne variacije. Rezultat tega potovanja so bile prve

geomagnetne karte karte z vrisanimi linijami, ki povezujejo mesta z isto variacijo (izogone).

Halley poleg tega pie o tirih magnetnih polih, po dva na vsaki polobli. Magnetni pol na

meridianu jugozahodnega rta Land's End (Anglija) in geografski irini 75 N naj bi najbolj

vplival na vrednost magnetne variacije v Evropi, drugi magnetni pol pa naj bi se nahajal na

isti geografski irini na meridianu dananje Kalifornije. Halley je podobno kot Hook

domneval, da magnetni poli kroijo okoli geografskih.

Halleyjeve karte so postale zaradi stalnih sprememb variacije kmalu neuporabne, zato so jih v

letih 1744 in 1756 nadomestili s kartami Jamesa Dodsona in Williama Mountaina.

Raziskave v zvezi z magnetno variacijo so se e naprej izvajale, kljub temu pa so bili pravi

razlogi za njeno spremembo odkriti ele v 19. stoletju. Takrat je William Thompson (Lord

Kelvin) podal razlago, da izogone niso kronice, temve nepravilne krivulje, kakor je

nepravilna krivulja tudi magnetni ekvator. Thompson omenja samo dva magnetna pola na

severni polobli ( = 70 N, = 100 E) ter na juni polobli ( = 73 S, = 146 E).

4.2 Magnetna deviacija

Magnetna deviacija nastaja zaradi ladijskega magnetnega polja, kar je prilo do izraza

predvsem v asu izboljave gradnje lesenih ladij in vgradnje tevilnih eleznih delov vanjo.

Kljub temu pa obstaja nekaj zapisov o deviaciji e pred tem. Deviacijo prvi omenja Joo de

Castro leta 1538 zaradi bliine ladijskih topov. V knjigi Seamans Grammar (1627) John

Smith opozarja pomorake na odklon magnetne igle zaradi eleznih vijakov v podnoju

kompasa. Podobno pie tudi kapitan Samuel Sturmy leta 1684 v The mariners Magazine:Do

odklona magnetne igle lahko pride zaradi bliine ladijskih topov oz. kateregakoli drugega

eleznega predmeta v bliini kompasa.

William Wales, ki je bil lan odprave Jamesa Cooka (druga polovica 18. stoletja), je v

magnetni variaciji opazil spremembe, ki niso bile posledica spremembe plovnega obmoja,

Magnetni kompas

45

temve spremembe kurza. Ko je ugotavljal vzroke teh sprememb, je priel do naslednjih

zakljukov:

- e izmerimo magnetno variacijo v kurzu in protikurzu, varira njena vrednost od 3 do

6, vasih celo do 10,

- magnetne variacije dveh kompasov na razlinih delih ladje se prav tako razlikujejo za

vrednost od 3 do 6,

- na juni polobli je bila najveja variacija izmerjena v severnih in vzhodnih kurzih,

najmanja pa v junih in zahodnih.

Na podlagi tega je Wales priel do zakljuka, da ima ladja lastno magnetno polje, ki vpliva na

odklon magnetne igle. Kljub temu, da je bil potrjen obstoj magnetne deviacije, pa je moralo

pretei precej asa, preden so odkrili metode, s katerimi ta kodljiv vpliv zmanjamo oz.

izniimo.

astnik angleke vojne mornarice Matthew Flinders je na ladji Investigation na njeni plovbi

proti Avstraliji (1802 1803) prvi izvedel delno kompenzacijo magnetnega kompasa. eprav

problema deviacije ni uspel popolnoma razumeti, pa je s palico iz mehkega eleza, ki jo je

postavil vertikalno izza kompasa, uspel deviacijo delno izniiti.

Flinders je pojav deviacije povezal z magnetno inklinacijo, zaradi katere se v vertikalnih

eleznih podpornikih palube inducira magnetizem, ki s svojo privlano silo vpliva na odklon

magnetne igle. e je kompas postavljen na krmi, kot je bilo obiajno v tistem asu, nastaja

vzhodna deviacija, zato je potrebno dodati vertikalne palice iz mehkega eleza izza kompasa.

Vertikalna palica (danes znana kot Flindersova) tako ustvarja protideviacijo, zaradi katere se

magnetna igla vraa v magnetni meridian. Taken nain kompenzacije je bil uporaben v vseh

geografskih irinah, saj se z njeno spremembo spremeni tudi indukcija v vertikalnih

podpornikih, s tem pa tudi v sami Flindersovi palici. e bi bil kompas nameen v srediu

magnetne vzdolnice ladje, bi vse vertikalne elezne mase enako vplivale na njega in

deviacije ne bi bilo.

Flinders pri tem ni upoteval horizontalnih eleznih mas, raziskovanja pa so se po njegovi

vrnitvi v Anglijo nadaljevala. Leta 1836 je nek drugi astnik angleke vojne mornarice J.

Johnson med iskanjem idealnega mesta za kompas na ladji Garry Owen priel do zakljuka,

da so ladijski magnetni poli stalni in neodvisni od kurza ladje. Os ladijskega magnetizma je

bila odvisna od geografske irine mesta gradnje in kurza, v katerem je bila ladja grajena.

Angleki astronom George Airey je leta 1839 med prouevanjem magnetizma na bojnih

ladjah Rainbow in Ironsides postavil matematino razlago ladijskega magnetizma ter odkril,

da obstaja poleg stalnega e polstalni in prehodni magnetizem.

Magnetni kompas

46

Leta 1855 so ustanovili Liverpool Compass Committee, ki se je ukvarjal z vplivi ladijskega

magnetizma na magnetni kompas. Raziskovanja tega pojava so nato izvajali vse do zaetka

druge svetovne vojne.

4.3 Doloanje magnetne variacije

Prva metoda doloanja magnetne variacije, ki se je pojavila, je bilo merjenje kompasnega

azimuta Sonca v gornji kulminaciji. V tem trenutku je tp = 00h, njegov azimut (p) pa 000 ali

180. Iz razlike pravega in kompasnega azimuta se je zatem izraunala vrednost variacije:

( ) KP = .var V nizkih geografskih irinah, npr. v bliini ekvatorja, je dnevni lok Sonca skoraj pravokoten

na horizont. To pomeni, da se bo Soncu v bliini kulminacije viina relativno hitro

spreminjala, sprememba azimuta pa bo precej manja. Nasprotno temu je v vijih geografskih

irinah dnevni lok Sonca bolj poloen (blije temu, da bi bil vzporeden z ravnino horizonta).

Zato se bo viina v bliini kulminacije spreminjala relativno poasi, zaradi esar je teko

doloiti trenutek kulminacije, medtem ko bo sprememba azimuta precej veja.

V vijih geografskih irinah ta metoda tako ni najbolj primerna, poleg tega pa je bilo s

takratnimi nepreciznimi napravami za merjenje viine nebesnih teles zelo teko doloiti

trenutek kulminacije. Teave so nastopile tudi takrat, ko je bila meridianska viina Sonca

previsoka, saj je bilo teko nanj izmeriti azimut.

Zaradi tega so kasneje Antonio Pigafetta (Magellanov pilot), Francisco Faleiro in Castro

(glavni inpektor portugalske flote v 16. stoletju) poskuali trenutek kulminacije doloiti z

gnomonom (iglo), ki so ga postavili v sredie kotla, vendar pri tem niso bili uspeni.

Variacija se je doloala tudi z azimutom Polarne zvezde v trenutku zgornje ali spodnje

kulminacije (p = 000). Trenutek kulminacije so doloali s pomojo poloaja zvezd v

ozvezdjih Velikega in Malega medveda in kasneje z ozvezdjem Kasiopeje, rezultati pa so bili

samo priblini. Polarna zvezda je bila namre v visokih geografskih irinah visoko nad

horizontom, njena polarna oddaljenost pa takrat znaala priblino 4, kar pomeni, da je lahko

imel izraunani azimut napako tudi do 8.

Zgodovina belei tudi poskuse doloanja pravega azimuta z nebesnim globusom. Pri tem je

bilo potrebno na znani geografski irini, izmeriti viino Sonca v kateremkoli poloaju izven

meridiana (V < 30). Postopek je bil naslednji:

- os globusa (nebesna os) so usmerili v geografsko irino opazovalca,

Magnetni kompas

47

- izmerili so viino in azimut Sonca,

- izmerjeno viino so na globusu oznaili s preminim viinskim paralelom,

- s koordinatami Sonca iz tablic (deklinacija in rektascenzija) so na globusu oznaili

njegov poloaj na ekliptiki,

- globus so skupaj z viinskim paralelom obraali okoli nebesne osi, dokler se poloaj

Sonca na ekliptiki ni prekril z viinskim paralelom,

- na horizontalni skali so s fiksnim meridianskim krogom in viinskim paralelom

oditali vrednost pravega azimuta.

Zaradi majhne dimenzije globusa, netone viine in deklinacije pa so bili rezultati samo

orientacijski.

William Borough je leta 1581 v knjigi Discourse of the Variation of the Compass predlagal

metodo dvojne viine. Pri tem so Sonce opazovali dvakrat na isti viini, pred in po

kulminaciji. V srednjem asu obeh opazovanj je bilo tako Sonce kulminiralo z azimutom 0

ali 180. e je pri vsakem opazovanju izmeril tudi kompasni azimut, bi bila aritmetina

sredina obeh kompasnih azimutov enaka kompasnemu azimutu Sonca v meridianu:

221 KK

K +=

Tudi ta metoda ni bila tona, ker ni upotevala dnevne spremembe deklinacije in prevoene

poti.

V prvi polovici 17. stoletja je angleki astronom Henry Gellibrand priporoal amplitudno

metodo s pravim astronomskim vzhodom in zahodom Sonca, ki jo omenja e Portugalec

Faleiro leta 1535 v knjigi Tractado de esphera y del arte del marear. Pri tem bi z geografsko

Documents

Zacetki astronomske navigacije [Suc, 2004].pdf