"Erste Schritte in der Astronavigation" Theodolit / Sextant. Theodolit. Sextant (Spiegelsextant)

Transkript

1 "Erste Schritte in der Astronavigation" Theodolit / Sextant Theodolit Winkelmessinstrument. Es wird in der Geodäsie zur Messung von Horizontalrichtungen und Zenit- oder Vertikalwinkel eingesetzt. wird (mit Stativ) über einem Punkt lotrecht aufgestellt. (im Bergbau: Hängetheodolit) Bestandteile Vertikal- & Horizontal-Teilkreis mehreren Libellen zur lotrechten Ausrichtung des Gerätes (Horizontierung). In das Zielfernrohr mit Fadenkreuz, um Ziel anzuvisieren. Hier Winkeleinheit Gon (100 Gon = 90 ). Messgrößen konkret: Horizontalwinkel: Differenz der Richtungsbeobachtungen zu zwei Zielen... Azimut Zenitwinkel: Vertikalwinkel oder veraltet Zenitdistanz Sextant (Spiegelsextant) Winkelmessgerät zwischen den Blickrichtungen zu relativ weit entfernten Objekten, insbesondere für den Winkelabstand eines Gestirns vom Horizont. Er wird hauptsächlich zur Messung des Höhenwinkels von Gestirnen für die astronomische Navigation auf See verwendet, seltener auch in der Luftfahrt und bei Expeditionen. Früher fand er auch Anwendung in der Astronomie und der Landvermessung. Bezeichnung "Sextant" kommt von der Winkelskala, die 60 (1/6 des Vollkreises) umfasst, womit Winkelmessungen bis 120 möglich sind! Links von Null: Hauptbogen; recht davon Vorbogen Vgl Oktant (älter) mit Skala von nur 45 (1/8 des Vollkreises), womit Winkel bis 90 bestimmt werden konnten. Nicht so der "Quadrant": nur Winkelmesser bezüglich der Lotrichtung! gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_45

2 Handhabung des Sextanten Der Navigator ist eine Fehlerquelle Haltefehler Kippfehler können an den Spiegeln (rechteckig: Indexspiegel / rund: Horizontspegel) auftreten. müssen durch Justierung beseitigt werden! Indexfehler Bei fast allen Sextanten vorhanden! Man muß ihn nur kennen! an Trommelstellung zwischen direkt & gespiegeltem Bild ablesbar! Im Idealfall beseitigen (Erfahrung). Wenn man ihn kennt; als Indexberichtigung Ib in Messungen verücksichtigen! (s. Zeichng:) links: Ib = - 2' / rechts Ib = +1' Was würden Sie ablesen? 49 55' oder 50 55' AsNavi_46 "Astronomie & Kulturgeschichte" an Bord der "SEDOV" Juni 2012: Kiel - Rund Skagen - Cuxhaven

3 Übung: Einrichten des Sextanten Wie groß ist der Indexfehler Das ist Ihr KorrekturWert bzw. "Geräte- & Individualfehler", den Sie vor relevanten Messungen ermitteln müssen und bei der Auswertung Ihrer Messungen (mehrheitlich Höhenmessungen) - berücksichtigen müssen! Vorab: unbedingt passende Blendgläserkombination auswählen Variante I Spiegel-Sonne mit DirektSonne in Deckung bringen und Ib an der Nullmarke ablesen; liegt aktuelle (wahre) Nullmarke auf Vorbogen ist Ib plus (alle Winkel zu klein) liegt aktuelle (wahre) Nullmarke auf Hauptbogen ist Ib minus (alle Winkel zu groß) Ib-Markierung bitte nicht auf den Leihgeräten! Variante II Vorab: Gerätetyp bei Messung merken 1. Spiegel-Sonne von unten an die DirektSonne (bei scharfer Randberührung) ansetzen! "unterer Messwert" notieren: 2. Spiegel-Sonne oben auf die DirektSonne (bei scharfer Randberührung) aufsetzen! "oberer Messwert"* notieren: * Der obere Messwert wurde auf 60' ergänzt, sodaß unten Summe gebildet werden kann! 3. Siehe Tabelle "SextantProbe" Die Algebraische Differenz (hier Summe) ergibt: 2 SonnenDurchmesser bzw. 4 SonnenRadien! Genauigkeit: 1. Vgl. Instrument mit "Nonius"_Einteilung: die Theoretische Genauigkeit des Instrumentes ist 0,2'; in der Praxis genügen 0,5' 2. Bei Sonnensichtbarkeit ist hiermit ist auch die Überprüfung Ihrer persönlichen Beobachtungsgenauigkeit möglich! Wir müßten - im Idealfall; lt. Nautisch. Jahrbuch - auf den angegebenen Sonnenradius von r... ' kommen. gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_47

4 Die Sonne... und das Mittagsbesteck Lotfußtpunkt der Sonne auf die Erde: "Bildpunkt der Sonne" Unsere Sonne wirft einen Bildpunkt auf den Globus. Der Bildpunkt der Sonne rast in 24h in einer bestimmten Breite (abhängig von der Deklination) über die Erde! Zahlen fordern Präzision heraus: In Nähe der Äquinoktien - Bildpunkt in Nähe des Äquators - passiert das mit einer Geschwindigkeit von 900kn über die Erdoberfläche! In einer Sekunde überstreicht die Sonne folglich etwa 1/4 sm bzw. 463 m - oder in 4s eine Seemeile!! 24h = 360 = sm 1h = 15' = 900sm 4 min = 1 = 60sm 1min? anders: Uhrenfehler von 1min am Äquator verfälscht den Schiffsort um 15 sm A propos "Novara-Weltumseglung": Nun wird das Bemühen des Commodore verständlich, die Ganggenauigkeit seiner Chronometer akribisch zu verfolgen und zu protokollieren! Ergo: Hierbei ist nicht nur die sekundengenaue Zeit_Markierung ("Schuss") wichtig, sondern, daß man auch Sicherheit & Routine im Aufsetzen des Sonnenrandes auf die Kimm hat. AsNavi_48 "Astronomie & Kulturgeschichte" an Bord der "SEDOV" Juni 2012: Kiel - Rund Skagen - Cuxhaven

5 Koordinaten Breite: Äquator: 0 ; Pole 90 - in Astronavigation: auch die Deklination δ +... N / -... S Länge: von Greenwich 180 nach West bzw. Ost in der Astronavigation: 360 in westlicher Richtung "Greenwicher Stundenwinkel" Grt Die Länge des Bildpunktes Nautisches Jahrbuch: Dieser wird für die Sonne, für die Planeten Venus, Mars, Jupiter, Saturn, den Mond & den Frühlingspunkt angegeben! Für Fixsterne ist es der Greenwicher Sternwinkel β Er ist außerdem gleich der geografischen Länge eines Ortes λ, für den das Gestirn kulminiert! Grafik: eine Position auf der Erdoberfläche mit λ = 10 E entspräche einem Grt = 350 An Bord ticken die Uhren mit UT1 Universal Time One bzw. UT1 = MEZ -1h entspricht Greenwich Mean Time: (kurz GMT) ist die mittlere Sonnenzeit am Nullmeridian. Die Greenwich Mean Time war von 1884 bis 1928 Weltzeit und ist in dieser Funktion heute von der Koordinierten Weltzeit UTC ersetzt. UT war an Sonne orientiert, UTC (Universal Time Coordinated) ist an AtomUhr orientiert! Wegen Verzögerung der Erdrotation sind an UTC Korrekturen notwendig: Wenn also die Differenz von UT1 und UTC 0,9s übersteigt, wird 1 Schaltsekunde eingefügt! (so z.b. Silvester 2005). Immerhin richtet sich das Leben auf der Erde nach der Erdrotation und nicht nach einer künstlich erzeugten Zeit! UTC ~ UT1 (maximale Differenz von 0,9s), damit kann man leben ( λ λ = 0,2') Mittagsbesteck wahrer Mittag: Sonne kulminiert und steht genau südlich bzw. nördlich von uns > daraus läßt sich die sog. "Mittagsbreite" und "Mittagslänge" ermitteln (siehe Übungen) 1. auf jeden Fall "Mittagshöhe" & "Mittagszeitpunkt" notwendig! Kompasspeilung zu ungenau! Direkte MittagsHöhen-Zeit-Messung unmöglich, da Sonne kurz vor, während und kurz nach Kulmination ihre Höhe nur unmerklich, kaum messbar ändert! 2. Methode: Messung von Sonnenhöhen in mehreren Zeitabschnitten vor und nach der angenommenen Kulmination, idealerweise mit korrespondierenden Höhen! Mittelwert der Zeitpunkte korrespondierender Höhen ist der angenäherte Mittagszeitpunkt (abhängig von Jahreszeit ~ wegen Deklination) Achtung: Chronometrische Länge mit näherungsweisem Mittagszeitpunkt daher zwangsläufig auch ungenau! Alternative: Lineare Interpolation oder Schalttafeln "Zuwachs Grt" nach Minuten & Sekunden (siehe Übung). 3. Bewertung: Mittagsbesteck hat im Vergleich mit anderem Navigationsaufwand auch heute noch Vorteile; logischerweise aber auch Nachtteile - der MethodenMix bringts - auch unabhängig vom GPS! gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_49

6 Nautisches Jahrbuch / Auszug AsNavi_50 "Astronomie & Kulturgeschichte" an Bord der "SEDOV" Juni 2012: Kiel - Rund Skagen - Cuxhaven

7 gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_51

8 Nautisches Jahrbuch / Auszug AsNavi_52 "Astronomie & Kulturgeschichte" an Bord der "SEDOV" Juni 2012: Kiel - Rund Skagen - Cuxhaven

9 gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_53

10 Navigation mit Zirkumpolaren: "für Nordlandfahrer" Ausgangsituation Kulmination eines Gestirns; das ist gleichbedeutend mit Meridianpassage oder - Durchgang. Wegen "Vorzeichenfalle": die Verhältnisse über dem südlichen Horizont sind etwas anders als über dem nördlichen Horizont! Untere Kulmination Obengenannte Darstellung zeigt nun die Situation in der sogenannten "unteren Kulmination": D.h. daß das Gestirn (z.b. Capella, die Sonne zu MittSommerWend und letztlich auch der extreme Mond über Callenish) nicht den Meridian über dem Südhorizont passiert, sondern im Norden "unterhalb" des Pols (Polarsterns). vorab: Dämmerungsstufen Bürgerliche Dämmerung: beginnt mit SonnenUntergang; Ende: SonnenMittelpunkt 6 unter der Kimm. Sterne 1. Größe schon erkennbar. Nautische Dämmerung: SonnenMittelpunkt zwischen 6 und 12 unter der noch sichtbaren Kimm. Sterne bis 3. Größe erkennbar. Mit Sextant kann noch (morgens: wieder) gearbeitet gewerden! Astronomische Dämmerung: folgt nautischer Dämmerung, d.h. Sonne unter 12 ; Ende: Sonne unter 18 : Kimm unsichtbar; Himmel ist völlig dunkel! Kimmsichtbarkeit & Sextant-einsatz: Für "Nordlandfahrer" wird im Sommer der Abschluß der Nautischen Dämmerung erst spät oder kaum erreicht! Man sieht daher den Nordhorizont gut. In Nächten vor und nach MittSommerwend kann man die Höhen wichtiger Sterne am nördlichen Horizont gut messen! Typische Fragestellungen: 1. Ich registriere die untere Meridianpassage von Capella bei einer Höhe von 7. Auf welcher geografischen Breite bin ich? 2. Auf welcher Breite "schrammt" Capella am Horizont (Höhe etwa Null)? 3. Sie wollen zur Beobachtung der SommerSonnenWende nach Norden segeln. Ihre Familie kann aber erst Mitte Juli reisen. Zu welcher geografischen Breite muß man nach Norden reisen, um die SommerSonnenWende (Sonne noch zirkumpolar) zu beobachten? 4. Auf welcher geografischen Breite kann man die Zirkumpolarität des Mondes zu Zeiten des Mondextrems erleben? Welches wäre die südlichste BeobachtungsPosition in diesem Monat? AsNavi_54 "Astronomie & Kulturgeschichte" an Bord der "SEDOV" Juni 2012: Kiel - Rund Skagen - Cuxhaven

11 gpbolze_ "Windjammer-Akademie_7" c/o Well Sailing Segelschule, Hamburg AsNavi_55