Как узнать, что вы достигли Северного или Южного полюса без GPS?

Прочитав о недавнем пешем переходе через Антарктиду Колином О'Брэди , я задался вопросом, какое средство использовали полярники прежних, до GPS времен, чтобы определить, достигли ли они Северного или Южного полюса. Очевидно, вы не можете использовать компас, так как он укажет вам на магнитный север или юг, а не на сам полюс.

Итак, какие средства они использовали или (чтобы сделать это немного более открытым) они могли использовать?

GPS только сообщает вам ваше местоположение относительно эталонного геоида, который является всего лишь приближением к форме Земли. Местоположение GPS может быть на расстоянии до мили в очень горных районах.
Я думал, что единственная причина неправильных показаний - это когда GPS не может получить сигналы от трех спутников, которые ему нужно триангулировать. @Jasper есть ссылка на этот факт?
@DavidRicherby - Я думал, ты просто искал, где сходятся все эти линии широты...
@Ashutosh - Быстрый поиск ошибок геоида nad-84 и гравитационной аномалии дает ngs.noaa.gov/GEOID/PRESENTATIONS/2007_02_24_CCPS/… . Обратите внимание, что угловая разница (наклон) между эллипсоидальным эталонным геоидом и «фактически» геоидом среднего уровня моря является ошибкой широты или долготы. Разница в угловую минуту на этом склоне соответствует разнице примерно в милю.
Связанный вопрос outdoors.stackexchange.com/questions/21467/…
Для северного полюса посмотрите на угол Полярной звезды. (должен быть 90°). Возможно, вы захотите иметь секстант со спиртовым уровнем. Для полярных условий не покупайте прибор с водой, содержащей жидкость, в качестве спиртового уровня.
@Ashutosh, комментарии Джаспера не имеют смысла. Мультилатерация может работать на любой местности, и обычные ошибки связаны с плохой прямой видимостью спутников, многолучевыми отражениями сигнала и плохим распределением спутников во время измерения. Проблема с GNSS вблизи полюсов заключается в том, что орбиты спутников имеют наклонение в пределах 55-65°, а это означает, что спутники всегда будут находиться низко над горизонтом. Ни один спутник никогда не пройдет прямо над полюсом. Из-за этого позиционирование немного менее точное, чем на более низких широтах.
@ГабриэльС. Поскольку у нас еще нет геостационарной орбиты над полюсами, это объяснение имеет больше смысла!
@Ashutosh Геостационарная орбита физически невозможна нигде, кроме как над точкой прямо над экватором. Чтобы спутник никогда не двигался относительно полюса, он должен быть неподвижным, что невозможно. Есть разница между геостационарной и геосинхронной. Однако полярные орбиты возможны, многие спутники для съемки Земли следуют полярным орбитам. Спутников ГНСС на этих орбитах нет, но подробности этого выбора мне неизвестны, разве что в предположениях, что он нерентабелен, так как на полюсах он почти никому не нужен.
@GabrielC.Хотя я считаю, что вы правы насчет стоимости, я считаю, что в ближайшем будущем стационарная орбита над полюсами, безусловно, возможна. Смотрите физику.stackexchange.com/a /71585/198125 для объяснения.

Ответы (3)

Я немного расскажу о том, как можно использовать секстант для определения северного или южного полюса.

Базовая компоновка требует горизонтальной отражающей плоскости, для которой Амундсен использовал лужу ртути. Точно взвешенное зеркало также могло бы работать, но пул ртути более надежен и не выходит из-под калибровки. Секстант измеряет угловое расстояние между двумя видимыми объектами, в данном случае между солнцем и его отражением на горизонтальной поверхности.

Этот угол в два раза больше высоты солнца над горизонтом. Если вы стоите точно на северном (или южном) полюсе, солнце будет оставаться на одной и той же высоте в течение всего дня. Будет небольшое линейное изменение из-за обращения Земли вокруг Солнца, но не будет циклического 24-часового изменения, потому что вы находитесь на оси вращения Земли.

Теперь вы можете провести несколько измерений в течение дня и построить график. Хотя солнце остается на той же высоте, оно все равно будет двигаться по кругу вокруг вас, поэтому каждое измерение соответствует разному направлению.

Если график высот плоский, вы нашли полюс. Однако, если он напоминает синусоиду, вы можете использовать эту информацию, чтобы приблизиться к полюсу. Направление, в котором высота солнца наименьшая, находится к полюсу, а расстояние до истинного полюса можно рассчитать по разнице между самой низкой и самой высокой высотой.

Если вы не берете показания в день равноденствия, солнце не будет оставаться на одной и той же высоте в течение дня, потому что в другие даты ось Земли не будет выровнена под прямым углом к ​​солнцу. Амудсен прибыл 14 декабря, то есть за неделю до солнцестояния и, таким образом, примерно в то время, когда солнце демонстрировало максимальное изменение высоты в течение 24-часового дня. Однако знание того, какой должна быть высота солнца в определенную дату в данном месте, легко представить в виде таблицы, чтобы они могли сравнить показания с тем, что должно было быть на полюсе.
@KeithMorrison Хм, я действительно не могу понять, что может вызвать изменение, учитывая, что вы находитесь на оси вращения - наклон оси Земли будет определять высоту Солнца, но он не будет меняться в течение 24-часовых циклов, а только в 1-летний цикл на полюсе. Я попытался проверить с помощью онлайн-карты звездного неба и, по крайней мере визуально, высота Солнца остается неизменной в течение дня: in-the-sky.org/…
@KeithMorrison На полюсе Солнце находится примерно на (90-23,5) ° над горизонтом во время солнцестояния в течение всего «дня». До/после солнцестояния солнце ниже, но все еще (почти) постоянно в течение 24-часового периода. Поскольку «постоянный» угол возвышения предыдущего и следующего дня немного отличается, на самом деле существует ( небольшое) изменение в течение 24-часового интервала. Однако во время солнцестояния (или близко к нему) эта вариация на самом деле самая низкая.
@KeithMorrison Я был немного удивлен, когда прочитал ответ jpa. Впрочем, я думаю, он прав... Представьте себе, что вы стоите на Северном полюсе летом. Земная Ось проходит между вашими ногами и проходит через вашу голову. Когда Земля вращается (пренебрегая орбитальным движением), вы просто поворачиваетесь на месте, поэтому высота Солнца не меняется. Также подумайте, где находится терминатор; когда Земля поворачивается, вы не меняете свое положение относительно терминатора. Сравните это с тем, что вы находитесь на расстоянии от полюса — вы приближаетесь и отдаляетесь от терминатора, поэтому Солнце поднимается и опускается.
К сожалению, в Арктике ужасно облачно, и можно неделями не видеть Солнца.
@gerrit Не проблема: en.wikipedia.org/wiki/Sunstone_(medieval)

Команда Амундсена использовала метр на своих санях, чтобы приблизиться ( точное счисление ), а затем секстанты, чтобы подтвердить позицию.

Используя дневник Амундсена, Роланд Хантфорд (в «Фотографиях Амундсена») описывает фотографию как «Съемка солнца на Южном географическом полюсе. Амундсен (слева) держит секстант. Хельмер Ханссен (справа) склоняется над искусственным горизонтом, который представляет собой поднос с ртутью. Амундсен совмещает прямое изображение солнца с его отражением на поверхности ртути».

Оригинальная Южнополярная станция Амундсена

Когда их датчики саней показали, что они должны быть в нужном месте, они остановились в месте, отмеченном «Сани» на карте справа (от Южного полюса), чтобы более точно определить свое положение по солнечным снимкам. Затем Амундсен отправил трех человек на санях с интервалом 90 °. Каждый прошел около 10 статутных миль; таким образом он уверял, что его отряд окружил полюс.

...

В Полхейме команда провела серию ежечасных наблюдений в течение 24 часов, чтобы подтвердить свое местоположение.

Оригинальная Южнополярная станция Амундсена

В течение следующих трех дней мужчины работали над определением точного положения шеста; после противоречивых и спорных притязаний Кука и Пири на север Амундсен хотел оставить безошибочные маркеры для Скотта. Сделав несколько показаний секстанта в разное время дня, Бьяаланд, Вистинг и Хассель помчались в разных направлениях, чтобы «зажать» шест; Амундсен рассудил, что между ними они заключат в скобки точную точку.[140] Наконец группа разбила палатку, которую они назвали Польхейм, как можно ближе к полюсу, насколько они могли вычислить по своим наблюдениям. В палатке Амундсен оставил снаряжение для Скотта и письмо, адресованное королю Хокону, которое он просил Скотта доставить.

Википедия

Люди до сих пор используют секстанты, и они по-прежнему являются лучшим способом определения широты/долготы без GPS, так что, похоже, это то, что можно было бы использовать.

Нужно ли этим методом прямо смотреть на солнце?
@ M.Herzkamp Если вы хотите быть техническим, он смотрит прямо на отражение солнца, но да, это необходимо.
@ M.Herzkamp Несомненно, они использовали темные фильтры. Не паникуйте из-за повреждения глаз.

Сделайте цейтраферную фотографию ночного неба прямо над головой. Движущиеся звезды будут образовывать круги на вашей фотографии, и если центр кругов находится прямо над головой, вы там.

Теоретически это сработает. На практике ошибка всего в одну угловую секунду при наведении камеры вверх приведет к ошибке определения положения более чем на 300 метров. Секстанты предназначены для высокоточного прицеливания; штативы для фотоаппаратов нет.
Комментарий к ответу Марка (выше). Угловая секунда соответствует примерно 100 футам на поверхности Земли, а не 300 метрам. Но его точка зрения, конечно, совершенно справедлива.
Все экспедиции до GPS изо всех сил старались убраться оттуда до наступления ночи.
Чтобы пояснить комментарий Кубанчика: Полюса - это земля полуночного солнца. Если видны звезды, значит, зима; Вы действительно не хотите ходить на Южный полюс зимой.
@Bruce: Ночь на полюсе длится шесть месяцев, худшее время для его изучения :) Я не знаю, будут ли работать пленочные или цифровые камеры в очень холодную ночь (т.е. зимой) на полюсе.
Как узнать, что вы достигли Северного или Южного полюса без GPS?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v