首页 > 冷门知识 > 关键词:冷门知识  日期:2022-02-10 10:12:02

星空几何学,确定纬度的最简单的方法

在我的眼前,下方是一片深渊,上方的星星布满天空。

不知道究竟有多少星星,也不知道这深渊有多深。——罗蒙诺索夫

曾经,我有一个计划,想去过一段跟平常不一样的生活。说白了,就是跟在航海中失踪的人一样,到他们所处的环境中生活一段时间。从某种意义上说,我想把自己变成另一个鲁滨孙。我想如果我真的有了这样的经历,那么再来写这,可能会比现在更有趣一些。但是,也有另一种可能,就是再也没机会写了。事实上,我没有变成鲁滨孙,但我对此并没有感到遗憾。

在我还年轻的时候,有一段时期,确实对这件事很有兴趣,并且为此做了非常认真的准备。因为我觉得,即便是一个最最平凡的鲁滨孙,要想在那样的环境中生存,也必须具备其他人所不具备的知识和能力。

一旦一个人在海上遭遇海难,被丢弃在一个荒无人烟的孤岛上,他应该先做什么事情呢?我想,他必须首先确定自己被迫居住的这块儿地方在什么位置,也就是这个海岛的经度和纬度。但是,很遗憾,不管是在关于鲁滨孙的旧故事中还是新故事中,这些内容都很少被提及。关于这个问题,我查阅了《鲁滨孙漂流记》的全文本,在这里面,最多只能找到不超过一行的相关描写,而且,这仅有的不到一行的描写还是放在括号中,具体是这样写的:

在我所在的海岛的纬度上(根据计算,应该在赤道以北9°22′处)……

当时,我正在为做新一代的鲁滨孙做着各种准备,结果只看到了这样令人遗憾的非常简短的一行文字,我感觉失望极了。最后,我甚至打算放弃独居荒岛这一伟大的事业。正好在这个时候,我看到了儒勒·凡尔纳写的《神秘岛》一书,它帮助我揭开了这个秘密。

我的意思不是让的读者朋友也去做鲁滨孙,我只是想在这里谈一下关于确定纬度的最简单的方法,因为你们以后说不定会用到。这个方法不仅对于漂流在海岛上的人会有一些帮助,对于我们“陆地探险”可能也会有所帮助。因为有一些乡村,它们的位置并没有在一般的地图上标绘出来,而且,如果我们在野外,也不太可能随身带着一张精细的地图。所以,关于确定纬度的问题,可能随时会出现在读者朋友们的面前。

换句话说,我们不一定非要在海上遇难——像鲁滨孙那样,才有必要确定自己所处的地理位置。

说到底,这件事情并不是一件太困难的事情。如果是在一个晴朗的晚上,当你向天空观察一段时间的时候,你就有可能看到这样的现象:天上的星星正在天空中慢慢地沿着一个倾斜的圆弧运动,就好像整个天穹在沿着一条看不见的斜轴慢慢旋转一样。而实际上,这种现象的发生,只是我们在随着地球绕地轴向相反的方向旋转而已。对于北半球来说,天穹上只有一点是静止不动的,就好像地轴的延长线支在这一点上似的。这就是天球上的北极,它的位置距离小熊星座尾尖上的一颗星不是很远,我们把这颗星叫作北极星。在北半球上的人,只要找到北极星,就相当于找到了天球上的北极。其实,找到它并不难,只需要找到我们熟悉的大熊星座(或北斗七星),然后沿着大熊星座边上两颗星连线的方向看去;在距离大熊星座大概等于整个大熊星座长度的地方,就可以看到北极星,如图所示。

图 找到北极星。

北极星就是我们判断地理纬度的天球上的第一个点。第二个点是什么呢?就是我们头顶上空的那个点,也就是“天顶”。那么,什么是“天顶”呢?其实,就是在你站立的位置,把通过你的地球半径向上延长,这个延长线与天空的交点。这时候,天空中“天顶”的位置跟北极星之间弧线的角距,就是你所在的地方和地球的北极之间的角距。比如,在你站立的地方,“天顶”距离北极星的角距是30°,那么你跟北极星之间的角距也是30°。如果你跟赤道之间的角距是60°,你就在北纬60°的位置上。说到这里,我们知道了,要想判断某个位置的纬度,只需要测量出这个位置的“天顶”和北极星之间的角度,然后用90°减去这个测量出的度数,就是纬度了。不过,在实际情况下,通常采取另一种方法。“天顶”跟地平线之间的角度是90°,所以用90°减去“天顶”和北极星之间的角度,就相当于北极星和地平线之间的角度。前面提到的那个差值,就是北极星在地平线上的“高度”。所以,某个位置的地理纬度就等于北极星在这个位置的地平线上的“高度”。

那么,现在我们已经知道,要想判断一个地方的纬度应该怎么做了。在一个晴朗的晚上,从天空中找到北极星的位置,然后求出它射向北极星与地平线射线之间的角度。这个值就是我们所在位置的纬度。如果你想把这个纬度的数值计算得更精确一些,就需要考虑北极星并不是正好在天球的北极,而是在距离北极后面大约

°的位置上。所以,北极星的位置并非静止不动的,而是绕着天球的北极运转,它一直在一个小圈中旋转,并且上下左右始终保持在

°的位置上。这时候,可以测量出北极星在最高点和最低点时的高度,然后取它们的平均值,就是天球北极真正的高度,也是你要测量的正确的纬度。

还有一个问题,如果这样的话,好像根本没有必要一定挑北极星来计算这个纬度,我们可以选任何一颗在天球的北极不会落下去的星星,并测量出它在天空中最高点和最低点的高度,然后取它们的平均值,但是,如果这么做的话,必须注意一点,就是要知道选定的这颗星在最高点和最低点位置的准确时间。这样似乎又把事情弄得更复杂了。而且,如果这样做的话,选定的这颗星也不一定在同一个夜间达到最高点和最低点,也就是不一定能在同一个夜间完成测量。所以,如果只是进行一个近似的测量,还是北极星比较好。至于刚才提到的北极星跟天球北极之间的那点差别,可以忽略不计了。

在前面的分析中,我们都是假设在北半球来测量纬度的。如果是在南半球呢,应该怎么测量?其实,跟北半球是完全相同的,不同的是,在那里,应该找到天球的南极,而不是北极。只是,很遗憾,在天球的南极附近,并没有北极星这样的星星存在,南十字座倒是比较明亮些,但是它的位置距离南极远了一些,如果用这个星座来判断纬度,必须采取刚才提到的方法,测量出这颗星在最高点和最低点的位置,然后取它们的平均值。在儒勒·凡尔纳的小说中,主人公就是利用了天球南极上这个美丽的星座,判断出“神秘岛”的纬度的。

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