Navegación y Sextante

Ángulos, ángulos, ángulos ...

Los ángulos, como veremos en este capítulo, son la materia prima del astrónomo. Las posiciones de las estrellas y los objetos en la Tierra están dadas por ángulos. El sextante es un instrumento que mide ángulos. Incluso las distancias en la superficie de la Tierra se pueden expresar en forma de ángulos. Por esta razón, hay una pequeña discusión sobre el tema.

Los ángulos se miden en grados, minutos y segundos. La circunferencia completa es de 360 ​​°. Un grado corresponde a 60 minutos. Los segundos de grado no se utilizan en la navegación, ya que el sextante no es lo suficientemente preciso para medirlos. La unidad de ángulo más pequeña para el navegador astronómico es la décima de minuto.

La milla náutica (= 1852 m) es una medida que se ha definido convenientemente para simplificar las conversiones entre ángulos y distancias. Una milla náutica corresponde a un arco de un minuto en grado sobre la superficie terrestre. En cualquier momento podemos convertir ángulos de grados a millas y viceversa. Por tanto, los ángulos y las distancias son equivalentes. Una excepción son los minutos de longitud, que valen una milla solo en las proximidades del ecuador de la Tierra.

Otra equivalencia importante de la navegación es entre horas y grados de longitud. Dado que la Tierra gira 360 ° cada 24 horas, cada hora corresponde a 15 ° de longitud.

La Tierra y la Esfera Celestial

Imaginemos por un momento que la Tierra está en el centro del universo. Aunque ahora sabemos que este modelo no es realista, se ha adoptado durante muchos siglos y puede ayudarnos a comprender la navegación astronómica. Imagina que alrededor de la Tierra hay otra esfera más grande, centrada en el mismo punto, donde están fijas las estrellas, como si estuvieran pintadas en su pared. Esta otra bola se llama Esfera Celestial.

Fig.4 - Posición Geográfica del Astro

Dado que la estrella gira junto con la Esfera Celeste, su PG se mueve sobre la superficie de la Tierra. PG do Sol, por ejemplo, se mueve a una velocidad de aproximadamente 900 nudos, aproximadamente 1 milla náutica cada 4 segundos. Otras estrellas más cercanas a los polos se mueven más lentamente. El PG de Polaris se mueve muy lentamente (unos 14 nudos), ya que está cerca del Polo Norte.

Dado que los ecuadores terrestre y celeste están en el mismo plano, la latitud del PG es igual a la declinación de la estrella. La longitud del PG se denomina ángulo horario en Greenwich o AHG, en alusión a la correspondencia entre horas y longitud.

Podemos determinar, con la ayuda del Almanaque Náutico, la Posición Geográfica (AHG y declinación) de una estrella en cualquier momento. Para ello es de fundamental importancia que sepamos el momento exacto que nos interesa. Como hemos visto, 4 segundos de error pueden significar hasta 1 milla de error en el PG de la estrella. Esto da una idea de la importancia de tener un reloj con la hora precisa para la navegación.

Otro punto importante es el cenit. El cenit es el punto de la esfera celeste situado verticalmente, sobre la posición del navegante. La línea que une el cenit con el centro de la Tierra atraviesa la superficie terrestre en la posición del navegante, la posición que pretendemos determinar. Entonces tenemos las siguientes correspondencias entre puntos:

En la siguiente figura, el PG de la estrella está representado por la letra X y el Zenith por la letra Z.

fig. 5 - PG del astro y Cenit

La distancia XZ del punto X (PG de la estrella) al punto Z del navegador se llama distancia Zenital. Esta distancia se puede expresar tanto en millas como en grados, ya que representa un arco sobre la superficie esférica de la Tierra.

El ángulo horizontal que forma XZ con el norte verdadero se llama Azimut (Az) de la estrella (fig. 6). El azimut, por tanto, es la dirección o dirección en la que está el PG de la estrella.

fig.8 - Círculo de altura

Cualquier observador posicionado en este círculo ve la estrella con la misma altura, solo que en diferentes azimuts. En el ejemplo de la figura, suponga que un navegador posicionado en el círculo observa la estrella a una altura de 65 °. Como ya hemos visto, la distancia del cenit es 90 ° -H, o 25 °. Para determinar la distancia del cenit en millas, multiplicamos por 60, ya que cada grado equivale a 60 millas. Por lo tanto, la distancia cenital del ejemplo de la figura, que también es el radio del círculo, es de 1500 millas.

Si pudiéramos determinar con la brújula la dirección exacta en la que está el PG de la estrella, el Azimut, podríamos decir en qué parte del círculo de altura estamos. Esta determinación, sin embargo, no es posible con la precisión necesaria para la navegación. Aún en el ejemplo de la figura 8, un error de solo 3 °, normal al leer las brújulas, corresponde a un error de 78 millas en la posición.

Entonces hagamos una estimación de nuestra posición. Tan perdidos como estemos, siempre es posible estimar nuestra posición más o menos. Podremos, a partir de la Posición Geográfica de la estrella (obtenida en el Almanaque Náutico) y la distancia cenital (calculada con la altura de la estrella medida con el sextante), determinar el error de nuestra estimación en la dirección de la estrella. Este error puede ser en la dirección de la estrella o en la dirección opuesta a la estrella. Se llama Delta.

Fundamentos de la navegación astronómica. Continuación.

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Dado que la posición geográfica de la estrella se encuentra a miles de kilómetros de nuestra posición, el círculo de altura es extremadamente grande y la pequeña parte de este círculo que nos interesa, que está cerca de nuestra posición estimada, puede considerarse una línea recta perpendicular. el Azimut de la estrella. estrella. Esta línea se llama línea alta (fig. 9).

fig. 9 - línea de altura

Basándonos en la medida de la altura de una estrella en un instante y en nuestra posición estimada, pudimos dibujar una línea recta en la Carta Náutica. Sabemos que nuestra posición real está cerca de esta línea. Para determinar este punto, debemos traer una segunda línea recta obtenida de manera similar a otra estrella. El cruce de los dos será nuestra posición real en la Posición Astronómica.

Normalmente repetiremos el procedimiento para una tercera estrella, obteniendo otra línea recta, para estar seguros de los resultados. Dada la inexactitud inherente de las medidas con el sextante, es probable que las tres rectas no se crucen en el mismo punto, formando un pequeño triángulo. Es probable que nuestra posición astronómica esté en algún lugar de este triángulo (Fig. 10). Cuanto más pequeño sea el mar, mejor. Normalmente asumiremos que nuestra posición astronómica está en el centro del triángulo.

fig. 10 - Triángulo formado por la intersección de 3 líneas de altura

En la figura 10 podemos ver como los círculos de altura de 3 estrellas determinan las 3 líneas de altura r1, r2 y r3.

En la navegación astronómica tradicional, la determinación de la línea de altura a partir de la altura de una estrella implica determinar el PG de la estrella (AHG y Declinación) utilizando el Almanaque Náutico y la solución por tablas del triángulo de posición PXZ; formado por el polo terrestre (P), el PG de la estrella (X) y la posición estimada del navegador (Z) (figura 11). Estos datos proporcionan la altura y el azimut calculados de la estrella. La diferencia, en grados minutos, entre la altura calculada y la altura de la estrella medida en el sextante es la distancia en millas náuticas entre la línea de altura y la posición estimada: el error Delta de la posición estimada.

fig. 11 - Triángulo de posición PXZ

Usando el navegador de luz, el PG de la estrella y el triángulo de posición se resuelven mediante fórmulas por computadora. Todo lo que tienes que informar es la lectura del sextante (fecha, hora y altura), nombre de la estrella y la posición estimada.

Determinación gráfica de la posición astronómica

Aunque no es necesario trazar las líneas de altura en la Carta Náutica cuando se navega con el Navegador Ligero, es interesante saber cómo se hace. Se traza una línea de altura en la Carta Náutica (proyección Mercator), de la siguiente manera:

1) Trace la posición estimada.

2) Con la ayuda de la regla paralela, dibuje una línea recta que pase por la posición estimada en la dirección del Azimut de la estrella.

3) Con una brújula, marque el error Delta de la posición estimada en esta línea, en la dirección de la estrella Azimut o en la dirección opuesta, de acuerdo con la dirección Delta calculada.

4) Luego dibuje la línea de altura, perpendicular a la línea de Azimut.

Las cartas náuticas detalladas solo están disponibles para ubicaciones cercanas a la costa. Por lo tanto, cuando estamos en el mar, generalmente no tenemos una carta con la escala adecuada para trazar las líneas de altura y determinar la posición astronómica. En la navegación tradicional, este problema se resuelve utilizando hojas de parcela - Hoja DHN 0620 N-7, publicada por la Armada de Brasil, por ejemplo - o papel cuadriculado.

Trazar en papel cuadriculado implica algunos cálculos adicionales. Un minuto de duración corresponde a una milla justo en las cercanías del Ecuador. A medida que los meridianos convergen hacia los polos, el minuto de longitud se vuelve cada vez más pequeño a medida que nos alejamos de Ecuador. Por lo tanto, si usamos 1 cuadrado = 1 milla como escala y trazamos las líneas de altura, determinando la posición astronómica, tendremos que convertir la distancia horizontal desde la posición estimada a la distancia astronómica de millas a minutos de largo usando la siguiente relación:

número de minutos de duración = número de millas horizontalmente / Cos (latitud)

El uso de hojas de trazado es más sencillo, ya que tienen una escala gráfica para convertir millas en minutos.

En la navegación con Light navigator, el programa determina todas las intersecciones de las líneas de altura y calcula la posición astronómica algebraicamente, sin necesidad de trazar las líneas. Se dibuja un mapa simplificado en la pantalla de la computadora, mostrando los paralelos, meridianos, líneas de altura y la posición astronómica.

El sextante

El sextante es un instrumento para medir ángulos. La figura 12 muestra esquemáticamente un sextante. El telescopio apunta al pequeño espejo, que está unido al marco del dispositivo. Este espejo tiene una mitad reflejada y una mitad transparente. En el lado transparente, el navegador puede ver el horizonte directamente. La parte espejada refleja la imagen que proviene del gran espejo. El espejo grande es móvil y gira con el brazo sextante. Al hacerlo, variamos el ángulo entre los espejos pequeños y grandes. La estrella se ve reflejada en el gran espejo. La altura de la estrella se mide en la escala. Suele haber un tambor micrométrico para un ajuste fino del ángulo. La lectura se realiza tomando los grados completos en la escala y los minutos en el tambor micrométrico. Como sabemos, cada minuto de altura corresponde a una milla y cada grado a 60 millas.

fig. 12 - Sextante

El Sextante también cuenta con dos juegos de filtros de colores para suprimir el exceso de luz, especialmente en el caso del Sol. El uso de dos o más filtros frente al gran espejo al observar el Sol es fundamental para proteger el ojo. La observación del sol sin protección puede causar lesiones oculares graves.

Mirando a través del telescopio y ajustando el ángulo del sextante a la altura de una estrella, tenemos la siguiente imagen:

fig. 13 - Imagem del astro en el sextante

Las lecturas con el sextante deben tomarse siempre con el dispositivo en posición vertical. Inclinando levemente el dispositivo ajustado, veremos que la imagen de la estrella describe un pequeño arco que toca el horizonte en un punto cercano al centro del espejo. En esta situación, se ajusta el ángulo y podemos leer la altura de la estrella en la escala.

Antes de usar el valor de altura medida (o altura instrumental) en los cálculos, se deben realizar algunas correcciones. Estas correcciones son la altura del ojo, el diámetro de la semi estrella, el error instrumental, la refracción y el paralaje. Como la mayoría de estas correcciones dependen solo de la estrella seleccionada y la altura, el navegador Light las realiza automáticamente. La única información que deberá proporcionar al programa está relacionada con la altura del ojo y el error instrumental. La aplicación de correcciones en altura instrumental proporciona la altura corregida.

Un observador posicionado en un lugar alto observará una estrella más alta en altura que otra al nivel del mar. La altura del ojo (o Dip) corresponde a este error debido a la altura del observador. En veleros pequeños esta altura no supera los 2 metros y el error en la lectura del sextante es pequeño. Sin embargo, si el navegante está en el puente de un barco grande, el error puede ser considerable. La Figura 14 muestra esta desviación de manera exagerada para ilustrar. Normalmente son unos minutos de grado.

fig. 14 - Error al leer el sextante debido a la altura del ojo (Dip).

El error instrumental (EI) se debe a una pequeña diferencia de paralelismo entre los dos espejos del sextante cuando se ajusta a un ángulo de 0 ° 00 '. Aunque este error se puede corregir midiendo el sextante, es más práctico descontarlo de la altura instrumental de la estrella. Para leer el error instrumental del sextante, ajuste el ángulo en la escala a 0 ° 00.0 'y apunte al horizonte. En la figura 15 de la izquierda, vemos la imagen de un error instrumental. Gire el tornillo micrométrico hasta que las dos imágenes del horizonte formen una sola línea (figura 15 a la derecha). Luego lea el error instrumental en el tambor micrométrico.

fig. 15 - Erro instrumental do sextante na lunetaEl error instrumental puede estar dentro de la escala del dispositivo (ángulo positivo) o fuera (ángulo negativo) como se muestra en la figura 16.

fig. 16 - Signo de error instrumental

Medida de sextante

La forma de regulación del sextante varía de un modelo a otro. En general, se realiza a través de los tornillos de soporte del espejo. Para verificar la medida del dispositivo, establezca el ángulo en la escala en 0 ° 00.0 'y apunte a una estrella (u otro objeto distante). Si se mide el sextante, la imagen directa de la estrella debe superponerse a la reflejada. Esta condición debe permanecer incluso si el sextante está inclinado hacia los lados.

Las desviaciones pueden ser verticales u horizontales. Una pequeña desviación vertical es tolerable y se puede descartar introduciendo el error instrumental en la luz del navegador. Una desviación horizontal significativa debe corregirse comprobando el dispositivo. Consulte el manual del sextante para conocer el procedimiento de medición.