Астрономическое время и ориентирование на местности

Спросили меня недавно о том, как можно сориентироваться на местности потерявшемуся человеку. То есть хотя бы примерно определить стороны света без специальных приборов. Почти любой человек имеет об этом представление, и я набросал простую схему. Из оборудования оказались нужны только обычные стрелочные часы. Ну и Солнце над горизонтом. И только потом я понял, что в этой схеме была систематическая ошибка, связанная с тем, что не была учтена разница между астрономическим и административным временем. Но обо всем по порядку. Сначала будет немного теории, а потом пример расчета. Итак, начинаем.

Астрономическое и административное время

Введем понятия, которые нам понадобятся в дальнейшем.

Долгота - координата в системе сферических координат, которая указывает положение точки на поверхности. Эта величина измеряется в градусах. Меридианы соединяют точки с одинаковой долготой. Меридиану, который проходит через Гринвичскую обсерваторию (Лондон, Великобритания) было присвоено значение 0 градусов долготы. Долгота измеряется как угол на восток или запад от нулевого меридиана, и лежит в диапазоне от 0 до 180 градусов в Восточном полушарии и от 0 до 180 градусов в Западном полушарии.

Географический часовой пояс - условная полоса на земной поверхности шириной 15 градусов (7.5 градусов в обе стороны от среднего меридиана).

Долгота географических часовых поясов приведена в таблицах:

Астрономический полдень - время в данном географическом часовом поясе, когда Солнце находится в высшей точке над горизонтом. Полдень ровно в 12:00 в пределах данного часового пояса наступает только на меридиане, проходящем через центр пояса.

Административное время – время, установленное властями на данной территории. Административный полдень – 12:00 по административному времени.

Административный и астрономический полдень вообще говоря не совпадают.

С точки зрения темы данной статьи тут важно следующее – в момент астрономического полудня направление на Солнце показывает направление на Юг в данной точке местности, то есть мы получаем возможность определить стороны света. О том, как можно найти направление на Юг в произвольный момент светового для будет рассказано ниже.

С теорией закончили и переходим к расчету на примере.

Расчет астрономического полудня

Расчет астрономического полудня проведем для долготы Москвы.

Входные данные – долгота в градусах, Москва:

     Долгота_град = 37.6

Определяем долготу в часах (ширина одного географического часового пояса 15 градусов):

     Долгота_час = Долгота_град/15 = 37.6/15 = 2.51 часа = 2 часа 30 минут

По таблице для Восточного полушария находим сдвиг относительно Гринвича для часового пояса Москвы, учитывая что долгота 37.6 градусов лежит между Западной 37.5 и Восточной 52.5 границей пояса, в котором +3 часа к Гринвичу:

     Сдвиг_пояса = 3 часа

Примечание: для Восточного полушария Сдвиг_пояса положительный, для Западного полушария Сдвиг_пояса отрицательный.

Определяем сдвиг астрономического времени внутри часового пояса для Москвы:

     Сдвиг_долготы = Сдвиг_пояса – Долгота_час = 30 минут

Примечание: для Восточного полушария Сдвиг_долготы = Сдвиг_пояса – Долгота_час, для Западного полушария Сдвиг_долготы = Сдвиг_пояса + Долгота_час.

Время астрономического полудня (высшей точки Солнца над горизонтом) в географическом поясе +3 часа от Гринвича на долготе Москвы 37.6 градусов:

     Полдень = 12 часов + Сдвиг_долготы = 12 часов 30 минут

Результат: на долготе Москвы астрономический полдень сдвинут по отношению к административному полудню на +30 минут. То есть, административный полдень в 12:00, а астрономический полдень (высшая точка Солнца над горизонтом) в 12:30 по административному времени.

Альтернативный расчет астрономического полудня

Существует альтернативный способ расчета астрономического полудня.

Минусы: он менее точен, нужен смартфон с приложением «Погода» и мобильный интернет.

Плюсы: вычисления по этому методу проще расчета по долготе.

Перейдем к изложению метода. Открываем приложение «Погода» и смотрим на текущую дату время восхода и заката. Эти времена указаны по местному административному времени. Административный полдень определяется как среднее между восходом и закатом.

Пример расчета на 19 января 2024, Москва:

Восход = 8 часов 45 минут

Закат = 16 часов 34 минуты

Полдень = (Восход+Закат)/2 = 12 часов 40 минут

Расчет по восходу и закату показал расхождение между астрономическим и административным полуднем +40 минут, а не +30 минут как в расчете по долготе. Но это расхождение невелико.

Определение сторон света по астрономическому времени

Расчет будет проводиться также для долготы Москвы. Напомним, что на этой долготе административный полдень в 12:00, а астрономический полдень (высшая точка Солнца над горизонтом) в 12:30 по административному времени.

Допустим вам надо сориентироваться на местности. Будем определять направление на Юг. Вы видите Солнце и у вас есть стрелочные часы. Например, они показывают 8:30. Это административное время, по нему высшая точка Солнца над горизонтом будет в 12:30.

Отнимаем от времени 8:30 сдвиг в 30 минут, получаем 8:00. Это уже не административное, а астрономическое время, по нему высшая точка Солнца над горизонтом (это направление на Юг) на заданной долготе будет в 12:00.

Определяем среднее между текущим астрономическим временем и астрономическим полуднем (8:00+12:00)/2=10:00. Ориентируем часы так, чтобы направление от центра часов на Солнце проходило через 10:00. Тогда направление от центра часов к 12:00 покажет направление на Юг.

Заметим, что мы использовали только циферблат часов. Стрелки часов нужны для информации об административном времени.

Поясняющий рисунок приведен ниже. На этом рисунке на большой дуге положение Солнца на небосводе указано по астрономическому времени, текущее административное время 8:30.

Описанный выше расчет был проведен до полудня. После полудня все аналогично. Например, если административное время 16:30, то астрономическое время 16:00. Тогда (16:00+12:00)/2=14:00, то есть 2:00 на стрелочных часах. Поэтому часы надо ориентировать так, чтобы направление от центра часов на Солнце проходило через 2:00. Тогда направление от центра часов к 12:00 покажет направление на Юг.

Можно ли игнорировать разницу между административным и астрономическим временем? Это нежелательно, особенно на долготе, близкой к границе часовых поясов, как в данном примере. Разница во времени в 30 минут приводит к ошибке определения сторон света в 15 градусов, что достаточно существенно.

Кроме того, вспомним тот период, когда мы переходили на зимнее/летнее время. Тогда административный и астрономический полдень могли отличаться не на 30 минут, а на 1 час 30 минут. В этой ситуации игнорирование разницы административного и астрономического времени может привести к ошибке в определении направлений в 45 градусов, что совсем плохо.

Для некоторых стран все изложенное выше особенно актуально. Например в Китае по всей стране установлено единое административное время +8 часов к Гринвичу. Но Китай находится в 5 географических часовых поясах. Что делать заплутавшему китайцу, желающему выйти к людям? Прочесть эту статью! И помнить, что если вы планируете потеряться в какой либо местности, предварительно выясните ее долготу, выбраться из ситуации будет проще :)