Морская Навигация

Для полинезийцев, преодолевавших тысячи морских миль в бескрайних просторах Тихого океана без привычных нам навигационных инструментов, она была особым даром, на уровне магии. Во времена Колумба – ремеслом на грани искусства. В XVIII – XIX веках она стала наукой. Однако, несмотря на научный подход по сей день она остается и искусством и ремеслом и отчасти магией.

Для нас морская навигация это не только профессия, но и увлекательное хобби. В некоторых аспектах это предмет профессионального интереса, исследований и изучения. Но также это и предмет увлечения.

Часть статей этого сайта появилась в виде ответов на вопросы курсантов во время преподавания навигации на курсах Королевской Яхтенной Ассоциации (RYA). Другая часть – в виде факультативных тем, на которые во время курса просто не хватает времени. А ещё у всех, кто так или иначе сталкивается с морской навигацией обязательно возникнут вопросы, с которыми просто интересно было бы разобраться подробнее.

История и Архивы

Морской навигации более двух тысяч лет. По крайней мере по письменным источникам. Возраст более чем солидный. От финикийцев и викингов до Эпохи Великих Географических Открытий и Золотого Века Паруса. Мы изучаем устные предания и письменные свидетельства, судовые журналы и личные дневники, старинные морские карты и рукописные лоции.

Интересно? Тогда вам сюда →

Приёмы и Методы

Викинги регулярно пересекали Северную Атлантику и открыли Америку задолго до Колумба. Какими инструментами и приёмами они пользовались? Зачем Кук отправился в Полинезию наблюдать транзит Венеры? Историческая ретроспектива методов морской навигации и классические техники, не вошедшие в программу курса Day Skipper.

Интересно? Тогда вам сюда →

Природа и Подсознание

Природа навигации и навигация в природе. Есть ли у нас шестое чувство, отвечающее за навигацию и можно ли его тренировать? Можно ли достать из подсознания заложенные в нас природой способности? Как разобраться с тем, что присходит вокруг и использовать это? Приёмы натуральной навигации и как обойтись без GPS.

Интересно? Тогда вам сюда →

Последние События

Теперь трудно представить навигацию без компьютеров и спутников. Они почти поработили нас. С их помощью нам кажется всё нипочём и ответ на любой вопрос на расстоянии вытянутой руки. Но в море всё не совсем так. Стоит ли безоглядно доверять этим ‘помощникам’ и что отличает компьютерного пользователя от мастера – навигатора?

Интересно? Тогда вам сюда →

Морской Диалект

В каждой профессии есть свой особый, малопонятный непосвящённым язык. Кто-то назовёт это жаргоном, кто-то профессиональным наречием, а кого-то это хаотичный набор слов с непонятным смыслом. Но в море без специального языка не обойтись.

А что же на берегу? Неужели моряки сойдя на берег забывают свой привычный диалект? И в портовом пабе за пинтой эля или стаканчиком ‘Dark and Stormy’ они переходят на банальный язык, на котором говорят обычные ‘landlubbers’? Ничуть не бывало! Более того, довольно много словечек, оборотов и выражений перекочевали в повседневный английский и остались там навсегда.

What are you on about?

Давайте вместе разбираться в превратностях британского, да ещё и с морским уклоном английского. Идиомы и поговорки, крылатые фразы и жаргонные словечки. В контексте и с историей происхождения, а главное доступно и вполне понятно.

НОВЫЙ РАЗДЕЛ | СКОРО в ПЕЧАТИ

Полистать архивы статей можно здесь:

Loading…

Можем ли мы видеть в темноте?

Если вы спросите среднестатистического жителя Земли, что нужно для того, чтобы рассмотреть что-то в темноте, то вероятно получите довольно прямой ответ, надо включить свет. Нам это кажется вполне естественным, для того, чтобы разглядеть что-то в темноте, нужно просто это что-то подсветить. Мы настолько привыкли к свету, что даже не задумываемся о том, что обладаем фантастическим даром видеть в темноте. Природа заложила в нас эту способность, наравне с кошками, собаками и более крупными млекопитающими. Однако, в течении нашей адаптации к цивилизации мы практически разучились ей пользоваться. И теперь, в отличие от братьев наших меньших, для того чтобы воспользоваться ночным зрением, нам нужно сначала достать его из глубин подсознания. Ночное зрение. Уровень первый, начальный. Первое и наверное самое главное, для того чтобы попробовать своё ночное зрение, нужна темнота. Нет, не сумерки и не городская ночь со светом в окнах, уличными фонарями и ослепляющими фарами проезжающих автомобилей. Нужна полная темнота. И лучшего места для тренировки, чем во время ночного перехода на парусной яхте трудно найти. Так человек видит в темноте. Детали не видны, особенно с правой стороны дороги. А так в темноте видит кошка. Гораздо больше деталей справа от дороги. Вы наверняка знаете, что наш зрачок обладает потрясающим свойством сужаться на ярком свету и становиться шире в темноте. Строго говоря, это свойство не только самого зрачка. Сигнал расшириться или сузиться зрачку посылает наш мозг. Именно поэтому по реакции зрачка на свет и по одинаковой реакции обоих зрачков диагностируют проблемы с головным мозгом после травмы или при потере сознания. Итак, сначала нам нужно дать зрачку расшириться и предоставить возможность зрительным ‘сенсорам’ адаптироваться в отсутствии света. Несмотря но то, что сам зрачок реагирует практически мгновенно, вы начнёте различать силуэты примерно минут через 15-20 минут, а полная адаптация может занять до 45 минут. Именно поэтому исключительно важно не включать никакой свет. Любой, даже очень быстро включенный и выключенный источник света моментально разрушит весь процесс адаптации и всё придётся начинать заново. Как только ваши ‘сенсоры’ адаптируются и глаза привыкнут к темноте, вы увидите, что ночь не такая уж и тёмная. Только не включайте свет, пожалуйста! Периферийное зрение. Уровень второй, продвинутый. Для того, чтобы включить наше ночное зрение на полную мощность и научиться видеть в темноте ещё лучше потребуется некоторая тренировка. Нам нужно задействовать то, чем мы практически не пользуемся, то, что называют периферийным зрением. Дело в том, что зрачок, ‘основной фокус’ нашего глаза это всего лишь отверстие в глазном яблоке снабженное встроенным механизмом точной фокусировки. Изображение, передаваемое через зрачок, считывает особый светочувствительный слой на тыльной поверхности глазного яблока – сетчатка. Сетчатку составляют два типа светочувствительных сенсоров. Так называемые ‘колбочки’, отвечающие за считывание изображения в условиях хорошей освещенности и способные различать цвета. И ‘палочки’, гораздо более чувствительные при низкой освещённости, но способные различать только чёрно-белые изображения и оттенки серого. Плотность расположения палочек на сетчатке существенно ниже, чем колбочек и их практически нет в ‘слепом пятне’, которое находится точно напротив зрачка. А вот самая большая концентрация палочек расположена по краю сетчатки, её периферии. Может быть именно поэтому такое зрение и назвали периферийным. Впрочем, довольно теории, на самом деле всё не так уж и сложно. Для того чтобы ‘включить’ периферийное зрение и задействовать большее количество нужных сенсоров попытайтесь смотреть не на сам объект, а чуть выше и правее от него. Старайтесь при этом не фокусировать взгляд ни на вашем объекте, на чём другом. Для начала пытайтесь разглядеть очертания и контуры предметов и даже не думайте о цветах. Из-за того, что наши ‘палочки‘ не различают цветов, в темноте мы дальтоники. Немного тренировки во время ночных переходов и скоро вы будете видеть в темноте не хуже кошки. Всё это здорово, скажете вы, но что же делать, если нужно в темноте рассмотреть что-то важное и к тому же мелкое, да ещё при этом не разрушить ночное зрение? Посмотреть карту, сделать запись в судовом журнале или надеть сапоги на ночную вахту. Давайте на минуту снова вернёмся к сетчатке, только ни в коем случае не включайте яркий свет! Наши светочувствительные ‘палочки’ более восприимчивы к зелёно-голубой части спектра и практически не чувствительны к красной его части. Поэтому для освещения штурманского стола на яхтах предусмотрена лампа с красным светом, а те, кто часто ходит в оффшорные переходы имеет в своём арсенале налобный фонарик либо с красным светофильтром, либо с дополнительным красным светодиодом.

Морской астроном Уильям Гуч и корабельный кот, разбивший хронометр

На протяжении XVIII века количество белых пятен на морских картах неукоснительно сокращалось. Исследовательские экспедиции, снаряжаемые Британским Адмиралтейством и состоявшие из судов Королевского военно-морского флота были довольно регулярным явлением. В задачи этих экспедиций кроме военных и политических целей входило составление точных морских карт, тестирование новых навигационных приборов и методов и сложные астрономические наблюдения. Вот для осуществления таких наблюдений и расчётов в экспедиции командировали учёных – астрономов. Были штатные астрономы в экспедициях и Джеймса Кука, и Джорджа Ванкувера и Мэтью Флиндерса. Бывал в таких экспедициях и Невил Маскелин, Главный Королевский Астроном, заведовавший Гринвичской обсерваторией, сменивший на этом посту Джона Фламстеда, Эдмонда Галлея и Джеймса Бредли. Одним из таких астрономов, которому предстояло отправиться в снаряжаемую Адмиралтейством экспедицию к Западному побережью Канады был двадцати-двухлетний Уильям Гуч. Сразу после выпускных экзаменов в Кембридже он был направлен к Невилу Маскелину, который входил тогда в состав “Комитета по Долготе” (Board of Longitude), занимавшегося проблемой точного определения долготы в море. Маскелин был сторонником “астрономического” метода решения проблемы и и был в некоторой степени научным оппонентом Джона Харрисона, работавшего над созданием морского хронометра и бывшего сторонником “временнóго” метода определения долготы по разнице между местным временем и временем в Гринвиче. В апреле 1791-го Гуч прибыл в Гринвич, где Маскелин начал готовить его к морской специфике астрономических наблюдений и вычислений. Молодому астроному предстояло присоединиться к экспедиции Джорджа Ванкувера, который чуть раньше отправился к Западному побережью Канады на судне Дискавери (Discovery). Ещё одним наставником Гуча в подготовке к экспедиции был астроном Уильям Уэлс, который на заре своей карьеры служил астрономом на борту Резолюшен (Resolution) под командованием Джеймса Кука во время его второй экспедиции 1772-75. А ещё раньше Уэлс принимал участие в проекте Адмиралтейства под названием “Транзит Венеры”, целью которого было точное определение расстояния от Земли до Солнца. Только в отличие от Кука, который отправился наблюдать транзит Венеры в Тихий океан, на Таити, Уэлс наблюдал его в Гудзоновом заливе в северной Америке. В июле 1791-го Уильям Гуч закончил последние приготовления и ступил на борт судна снабжения Даэдалус (Daedalus), пришвартованного в порту Дептфорд, рядом с Гринвичем. Даэдалус, которым командовал лейтенант Ричард Хергест, должен был присоединиться к Джорджу Ванкуверу в проливе Нутка. Астроном вёз с собой внушительный арсенал навигационных и астрономических инструментов, который включал в себя астрономические часы, несколько секстантов, хронометры, теодолиты и мерную цепь для геодезической прокладки, а также последнюю техническую новинку – карманный хронометр со второй стрелкой. Правда и молодому астроному, и карманным часам не довелось ступить на борт Дискавери. Часы практически сразу после отплытия Даэдалуса разбил один из корабельных котов который, по словам астронома: “… прыгнул с открытой дверцы шкафа на стол, где лежали часы, и скинул их на пол, отчего они повредились настолько, что перестали ходить. … Этот кот довольно молод и видимо тиканье часов привлекло его внимание.” 2 Мая 1792 года в своём последнем письме к отцу Гуч написал о своих сомнениях по поводу того, что он видимо использовал не тот меридиан в своих расчётах и о том, что надеется увидеть его осенью 1794-го. 11 Мая 1792 года “Даэдалус” бросил якорь в заливе Ваймеа у берегов острова Оаху в составе Гавайского архипелага. На следующий день командующий кораблём лейтенант Ричард Хергест, астроном Уильям Гуч и несколько матросов отправились на корабельном шлюпе на берег, чтобы договориться с местным племенем о пополнении запасов воды и провианта. Что-то пошло не так на тех переговорах и их небольшой отряд был атакован. Хергест, Гуч и ещё один матрос, португалец по-имени Мануэль, были отрезаны от остальных и убиты.

Расстояние до берега. Или тангенс маяка

Как измерить расстояние до берега, без ДжиПиЭсов и электроники? Нет ничего проще, скажет счастливый обладатель компьютерного гаждета . Всего то нужно навести курсор на объект на берегу, например маяк, и всякий приличный картплоттер моментально выдаст и расстояние, и направление и время хода. Чуть больше манипуляций потребуется с простым GPS, без встроенного картплоттера. Придётся ввести широту и долготу маяка, создав путевую точку (waypoint). И всё. Точно, надёжно и практично. К чему искать чего-то ещё. Что касается точности, то тут вопросов нет. Практичность – возможно. А вот, насчёт надёжности, особенно в море – весьма спорно. Однако оставим тему надёжности Глобальных Систем Спутниковой Навигации (GNSS) для отдельного разговора, упомяну только один факт. В 2011 году британское правительственное агентство GLA (General Lighthouse Authorities), отвечающее за безопасное судоходство и систему навигационных знаков и маяков, приняло решение вернуть в эксплуатацию давно забытую систему радионавигации LORAN в качестве резервной, на случай отказов GPS. И уж если коммерческое судоходство задумалось о надёжности ДжиПиЭсов и Глонассов может и нам стоит задуматься на тему “А что, если … ?” Не слишком ли мы стали беспечны, всецело доверяя в море всем этим спутникам и компьютерам? Сколько раз они нас подводили, требуя повернуть туда, где нет дороги или вообще зависали, потеряв сигнал со спутника. Лоция Англии, 1671 год. Автор Джон Селлер Морская навигация это не только точная наука, но в значительной степени искусство. В 1669 году Джон Селлер, гидрограф, картограф и составитель первых английских лоций, издал учебник, ставший классическим. Назывался он “Practical navigation, or An introduction to that whole Art” (“Практическая навигация или Введение в это всеобъемлющее Искусство”). Селлер писал: “… the part (Navigation) may properly bare the name and principally deserves to be entitled the Art of Navigation, is that part which guides the ship in her Course through the Immense Ocean to any part of the known World.” “… часть Навигации, которая по сути и определяет её название, по праву заслуживает называться Искусством, которое способно провести корабль намеченным курсом через Бескрайний Океан в любую известную часть Света.” Много чего изменилось в морской навигации со времён Селлера, не одна сотня учебников издана, но по-прежнему её называют The Art of Navigation, а высшим проявлением мастерства считают владение именно классическими методами астро-навигации. При этом человек с секстантом многим видится членом некоего тайного ордена сродни Франкмасонам и Розенкрейцерам. Для многих классическая астронавигация по сей день остаётся The Dark Art. К сожалению на месте навигатора всё чаще можно увидеть компьютерного оператора, который полностью зависит от всплывающих подсказок на мониторе, а забери у него компьютер, становится совершенно беспомощным. На самом же деле в искусстве навигации нет непостижимых секретов. А некоторые приёмы совсем не сложно освоить. Секстант в открытом море Раньше, в те времена, когда морские путешествия совершались под парусом, об электронике даже не догадывались, а электричество было предметом научных опытов, одним из самых главных навигационных инструментов был секстант. С его помощью измеряли высоту небесного тела – вертикальный угол между планетой или звездой и горизонтом (altitude). Затем с помощью предварительно рассчитанных учёными астрономических таблиц вычисляли широту (latitude) судна. А вот с долготой (longitude) были определённые сложности. До средины XVIII века определение долготы требовало много довольно сложных расчетов, осилить которые мог далеко не каждый навигатор. Только после опубликования немецким астрономом Тобиасом Мейером в 1751 году лунных таблиц постепенно стал получать практическое распространение метод так называемых лунных угловых расстояний (lunar distances или просто lunars). Этот метод основан на том, что Луна подобно часовой стрелке гигантских часов совершает свой путь по небесному экватору, эклиптике, словно по циферблату. При этом звёзды зодиакальных созвездий, расположенные вблизи эклиптики служат “часовыми отметками” на этом циферблате. Поэтому если измерить угол между Луной и одной из примерно пятидесяти подходящих для этого звезд, то с помощью лунных таблиц можно довольно точно рассчитать местное время. А если ещё измерить высоту Луны и звезды над горизонтом (altitude) – то можно вычислить и гринвичское время. Разница между временем в Гринвиче и местным временем и будет ни что иное, как долгота (longitude). И в прибрежной навигации Секстант был незаменим не только в открытом море. Основным методом навигационной прокладки был так называемый метод последовательных счислений. Суть его заключается в том, что на карту наносили курс и последовательно отмечали положение судна с учётом скорости, сноса ветром и течением. Последние два фактора не всегда можно было рассчитать точно и это приводило к накапливающейся ошибке. В открытом море ошибка в несколько миль на так уж важна, но на подходах к берегу нужно было определить положение поточнее. Есть в морской навигации метод определения положения по направлению на объект, пеленгу (bearing), и расстоянию до этого объекта. Ну, если с направлением, которое можно измерить магнитным компасом всё более или менее ясно, то как измерить расстояние, находясь в море не очень понятно на первый взгляд. Придётся вспомнить азы тригонометрии из программы девятого класса. А именно, что соотношение длины катета противолежащего углу α к длине прилежащего катета даёт тангенс этого угла. Угол α можно измерить секстантом, но откуда взять длину противолежащего катета, высоту объекта? Ответ нужно искать на морской карте. Поскольку маяки, бакены и знаки строили специально для навигационных целей, их высоту всегда обозначали на карте. Там же на карте обозначали некоторые высоты рельефа местности: гор, холмов и просто возвышенностей. Вот например фрагмент Британской Адмиралтейской карты 1865 года. Здесь изображены скалы Каскетс (Casquets), коварно притаившиеся прямо посредине English Channel, в 6 милях западнее острова Олдерни (Alderney). Это настоящее кладбище погибших кораблей разных времён. Однако благодаря маяку, который построили здесь в 1724 году, многие кораблекрушения с тех пор удалось предотвратить. Высота его 120 футов. Прочтя на карте его высоту вооружённый секстантом навигатор мог измерить угол между верхней точкой маяка и линией моря у его основания. Дальше всё просто. Только нужно помнить, что если высота маяка в футах, то и расстояние до него тоже будет в футах. Сейчас, на современных картах высоты обозначают в метрах, а тогда, чтобы перевести футы в морские мили, нужно было помнить, что в морской миле примерно 6076 футов или 2025 ярдов.

Почему приливы ведут себя не так? Введение

Гравитация и вариации на тему приливов. Достаточно бегло пролистать таблицы приливов и за всем эти мельканием бесчисленных цифр вы непременно увидите удивительные вещи. Например: почему в Портленде, в середине English Channel высота прилива даже в сизигию едва дотягивает до 2,5 метров, а прямо напротив, во французском Сан Мало превышает 12? Почему в некоторых местах такой несимметричный прилив, когда например в Саутгемптоне на одну Низкую Воду приходится две Высоких, а Портленде наоборот – на одну Высокую – две Низких? Или вот: почему в отличие от привычного нам цикла, когда Высокая Вода происходит два раза в день, в Мексиканском заливе, на Аляске и юго-западном побережье Австралии один раз в 24 часа? Почему эти приливы ведут себя порой совсем не так, как написано в учебниках? Ещё с курса Day Skipper мы все знаем, что основные силы, отвечающие за возникновение приливов – это гравитация Луны и Солнца. Но эта официальная теория совершенно не объясняет того многообразия характера приливов, которое можно видеть не то, что в разных частях света, а здесь буквально под боком. Ведь и Луна и Солнце одни и те же и в Атлантике и в Тихом и в Индийском океане. Почему же приливы такие разные? Можно конечно попытаться списать всё на то, что силы гравитации направлены под разными углами и в разных частях света воздействие Луны и Солнца может отличаться. Но как тогда быть Портлендом и Сан Мало? Ведь между ними всего-то около 120 миль, что в планетарных масштабах просто миллиметры. При расчёте современных таблиц приливов в Управлении по Гидрографии Великобритании (UKHO) “закладывают” в компьютер 37 различных не зависящих друг от друга, но изменяющихся синхронно параметра. Среди них гравитация Луны, Солнца и ещё 35 других параметров. Но что же это за параметры от которых зависят расчёты таблиц приливов? И если каждый из этих параметров так важен, может именно из-за них приливы ведут себя не так? Изучение всех этих причин нестандартного поведения приливов возможно покажется вам долгим и нудным занятием, но некоторые из них безусловно заслуживают немного внимания. Продолжение Следует …

Апрельские даты спутниковой навигации

Апрель оказался довольно насыщенным историческими событиями в космической сфере и особенно в сфере космической навигации (читать спутниковой). Конечно, главное событие, которое отмечала вся прогрессивная часть человечества произошло 12 апреля. «Он сказал, «Поехали!» и открыл новую эру – эру космических экспедиций. Не так давно закончилась эпоха Великих Географических Экспедиций, и вот Гагарин открыл новую эпоху, которой ещё только предстоит стать Великой. Спутниковой навигации стукнуло 55 лет Сейчас уже трудно сказать, что было первично. То ли морские экспедиции подтолкнули развитие навигации и астрономии, то ли развитие астрономии повлияло на морскую навигацию и сделало дальние экспедиции возможными. Ясно одно, так же как эпоха Географических Открытий не стала бы Великой без морской астрономии, секстанта и хронометра, эпохе Космических Экспедиций не обойтись без астрономии дальнего космоса и спутниковой навигации. А вот в морской навигации с космосом и спутниками связана совершенно новая глава, начало которой было положено за год до полёта Гагарина, 13 Апреля 1960 года. В этот день с мыса Канаверал успешно стартовал первый в истории человечества навигационный спутник Transit 1B. Спутник вышел на низкую околоземную орбиту высотой около 600 морских миль и совершал полный оборот каждые 96 минут, передавая сигнал на частоте 400 мегагерц. Этот сигнал позволял определить географические координаты принимающей станции с впечатляющей для того времени точностью до 0.06 мирской мили (~ 110 метров). Семейство спутников Transit разрабатывалось для определения географических координат морских судов сначала исключительно для военно-морского флота, но затем система стала доступной и для гражданских судов. Определение координат основывалось на методе Сумнера-Элиера, широко применяемом в морской астронавигации начиная со второй половины XIX века. 20 лет GPS-у Ещё одна апрельская дата, заслуживающая внимания всех, кто так или иначе связан с морской навигацией. 20 лет назад, 27 Апреля 1995 года система GPS вышла на уровень Полной Операционной Способности (Full Operational Capability). Это означало, что все 24 спутника заняли свои места на околоземной орбите, и GPS стала способной бесперебойно обеспечивать Точное Позиционирование, доступное только для военных и Стандартное Позиционирование для гражданских. Официально об этом было объявлено только 17 июля 1995-го и с тех пор каждый день, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю GPS обеспечивает навигаторов точными географическими координатами и в море и на суше. Конечно, можно по-разному относиться и к GPS в частности и к компьютерной навигации вообще. Как написал недавно британский журнал Money Week: “Type in where you want to go, switch off brain, and follow the arrows. Only losers and old people use maps these days.” Может для финансиста ‘switch off the brain’ и считается идеалом бытия, но вот для шкипера в оффшорном переходе вряд ли. Что касается losers, то вопрос довольно спорный, кто lost, a кто gained. А вот насчёт old people пожалуй соглашусь. ‘There are bold skippers and old skippers, but no old bold skippers’. Очевидно на мой взгляд только одно: игнорировать наличие и отказываться от предлагаемых возможностей просто нелепо.

Шестое чувство. Навигация

О приёмах практической навигации, которые используют в своих миграциях птицы, насекомые и млекопитающие нам до сих пор мало что известно. Чуть больше учёным удалось пролить свет на то, как у некоторых братьев наших меньших устроены их органы, отвечающие за навигацию. Но зато нам точно известны факты о том, какие ошеломляющие путешествия проделывают некоторые бесстрашные представители дикой природы, преодолевая тысячи миль через бескрайние океанские просторы. Стрекоза Pantala flavescens, мигрируя из Индии в Африку, пролетают около 10 тысяч морских миль. Полярная Крачка (Sterna paradisaea) летом живет в Арктике, а зимует в Антарктике, совершая два раза в год путешествие длиной почти в 20 тысяч миль. Серый кит (Eschrichtius robustus) в своих сезонных миграциях за пару месяцев преодолевает около 8,5 тысяч миль. А что же мы, люди? Неужели природа нас обделила? Почему мы также как птицы, киты и дельфины не можем использовать наши внутренние возможности для того, чтобы ориентироваться в море? Или всё таки можем, но давно забыли? В конце семидесятых годов XX века профессор биологии Робин Бейкер, работавший тогда в университете Манчестера провёл ряд экспериментов на своих студентах. Группу из 4-5 человек Бейкер сажал в грузовой отсек микроавтобуса, завязывал им глаза и по “извилистым просёлочным дорогам” вывозил их в совершенно незнакомое место на расстояние до тридцати миль от университета. Прибыв на место, он выводил студентов по одному, по прежнему с завязанными глазами, и давал некоторое время привыкнуть к новой обстановке. Затем подопытного студента просили показать направление на место, где они сели в автобус. После этого глаза развязывали и просили снова показать направление на место отъезда. В своём докладе, опубликованном в университетском научном журнале, Бейкер писал, что большинство студентов с достаточной степенью определённости правильно указывали направление на Манчестер. Всего таким испытаниям подверглись 64 студента, при этом девушки были точнее с завязанными глазами, а молодые люди – когда повязку снимали. Как же им это удавалось? Результаты экспериментов, по мнению Бейкера, подтверждали давно вынашиваемую им гипотезу о том, что человек подобно почтовому голубю, пчеле или киту обладает скрытым врождённым инстинктом находить нужное направление. В верхней части клюва птиц и в брюшке пчёл находятся миллионы микроскопических кристалликов магнетита, минерала, обладающего магнитными свойствами. Эти кристаллики подобно стрелке магнитного компаса реагируют на магнитное поле Земли и позволяют их обладателям безошибочно ориентироваться по отношению к линиям этого поля. Научная общественность довольно скептически отнеслась к выводам учёного. Но Бейкер уверенно шёл вперёд. Его тревожил тот факт, что когда почтовых голубей выпускали в дни магнитных бурь, они теряли свои навигационные способности. В июне 1979 года по предложению местного телеканала он привлёк к своему новому эксперименту сорока двух учащихся школы городка Барнард Кастл (Barnard Castle) в северо-восточной Англии. Так же как и в экспериментах со студентами Манчестерского университета, школьникам завязывали глаза и по просёлочной дороге вывозили в незнакомое место. Однако в отличие от манчестерских студентов, школьникам на лоб, прямо над переносицей привязывали магнит. Причем одной половине испытуемых настоящий магнит, а второй половине – латунную (немагнитную) обманку. Эксперимент показал, что во второй группе, где привязывали немагнитную латунь, число школьников, показавших в правильном направлении, значительно превысило вероятное число возможных случайных совпадений. Но что же первая половина испытуемых, те, которым привязывали кусочек постоянного магнита? По словам Бейкера “они были полностью дезориентированы и долго не могли понять, где находятся”. Всё это по мнению профессора определённо доказывало, что у нас так же как и у птиц, пчёл и китов тоже есть своя встроенная магнитная стрелка, только мы за свою долгую эволюцию в условиях цивилизации практически разучились ей пользоваться. Возможно кажущаяся простота опытов и довольно смелые выводы могут заставить усомниться в научности экспериментов, но биография Бейкера, список его научных званий и опубликованных в университетских журналах работ не оставляет никаких сомнений в его порядочности и высочайшем профессионализме как учёного. Вот лишь некоторые из его научных степеней и опубликованных работ: – Степень магистра зоологии в 1965-м (Университет в Бристоле) – Докторская степень в 1969-м, там же. Тема “Эволюция миграционных инстинктов у бабочек”. – 1976 – 1996: Профессор биологического факультета университета Манчестера. Специализация: орнитология, поведенческая экология, эволюционная биология – Baker, R.R., Mather, J.G. & Kennaugh, J.H. (1983). Magnetic bones in human sinuses. – Baker, R.R. (1988). Human magnetoreception for navigation. – Baker, R.R. (1994). A sense of location. In: Animal Behaviour.

Почему приливы ведут себя не так? Часть I

Симфония Приливов в исполнении оркестра Мирового Океана. В 1833 году Адмиралтейство Великобритании впервые опубликовало таблицы приливов. Эти первые таблицы были большей частью эмпирическими, то есть они были составлены по результатам многолетних измерений в разных частях мирового океана. Измерения ясно показали, что несмотря на то, что гравитационное воздействие Луны и Солнца, абсолютно одинаково для всех участков планеты, поведение приливов в различных портах, гаванях и заливах довольно сильно отличается. А по сему ни высота прилива, ни время высокой и низкой воды не могут быть рассчитаны вперед только на основании гравитационного воздействия наших главных небесных соседей. Существовавшая тогда Динамическая Теория приливов была не в состоянии предсказывать их поведение. Но как навигаторы разбирались с приливами? В домашних водах европейских навигаторов, в Атлантике и в Северном море, понимание приливов было критически важно. Довольно остро вопрос понимания приливов стоял и в экспедициях, на Восточном побережье Америки, в Западной Канаде, в Австралии. Конечно кое что имелось в распоряжении навигаторов XVIII – XIX века. Был например такой метод в основе которого была особая характеристика, которая называлась “Port Establishment” (Прикладной час порта). Вот как описывает суть этой характеристики Капитан Торонтон Лекки в своей ставшей классикой книге “Wrinkles in Practical Navigation”, написанной в 1869 году: “Производимое приливом воздействие, будучи одинаковым в каждом конкретном порту, может значительно отличаться от других портов, находящихся в непосредственной близости из-за инерционности воды и препятствий на пути прилива в виде конфигурации морского дна, узкостей, отмелей, длины и направления каналов и проливов, что имеет значительное влияние на наступление времени Высокой Воды. Очевидно, что возможность находить время Высокой Воды в любой день в любом порту имеет первостепенное значение для навигатора. Поэтому для навигатора важно понимание “Стандартного Прилива” характеризуемого взаимным расположением Луны и Солнца, с помощью которого время каждого последующего прилива может быть определено.” Основной характеристикой этого “Стандартного Прилива” и является “Port Establishment”. Суть этого параметра заключается в том, что для каждого конкретного порта разница между временем транзита Полной или Новой Луны (когда Луна проходит меридиан порта и находится точно на юге) и следующей Высокой Водой является постоянной величиной. Поэтому зная эту величину и возраст Луны можно ориентировочно определить время Высокой Воды в любой день цикла. Но почему именно Полной или Новой Луны? Да потому, что во время этих фаз транзит и Луны и Солнца случается одновременно. Этим методом пользовались Джеймс Кук, Джордж Ванкувер и Роберт Фицрой, которые описывали это в своих дневниках. Математические методы для расчёта таблиц приливов впервые появились только в конце XIX века благодаря появлению “Гармонической Теории” приливов, основа которой была заложена Джорджем Дарвином (сыном Чарльза Дарвина) и развитой Артуром Додсоном и Джозефом Прудманом в лаборатории Ливерпульского Института Приливов. Согласно Дарвину “… прилив образуется в результате конечного числа одновременных, независящих друг от друга синусоидальных (имеющих форму волны) составляющих, частота которых определяется астрономическими силами, а амплитуда является результатом эффекта океанографии, гидравлики мелких глубин и береговой географии”. Пользуясь аналогией с музыкой можно сказать: то, что приливы на Земле возникают в результате воздействия гравитации Луны верно до такой же степени, что и музыка симфонического оркестра возникает в результате дыхания музыкантов и движения их рук и пальцев. Точнее будет сказать, что музыка берет своё начало и приобретает энергию от дыхания и движения рук музыкантов. Так же и гравитация приводит океан в движение. Но в результате дыхания музыканта в гобое и во флейте возникают абсолютно разные звуки. Движение рук скрипача и виолончелистки тоже вызывают непохожие друг на друга звуки. Также и приливная волна со всей её кинетической энергией достигая береговой линии с непохожими друг на друга очертаниями заливов, проливов, островов и отмелей проявляется в бесчисленном многообразии приливов. Глобальный прилив берёт свою энергию от гравитационного воздействия Луны, Солнца и вращения Земли, проявляясь бесчисленными вариациями прилива на побережье не похожих друг на друга морей, заливов и бухт точно также, как и непохожие друг на друга звуки возникают в результате одной энергии дыхания и движения рук музыкантов. Возвращаясь к нашим таблицам приливов стоит отметить, что при их расчёте Управление Гидрографии Великобритании учитывает 37 независимых составляющих, которые имеют ощутимое влияние на поведение приливов. То есть – гравитация Луны, Солнца и ещё 35 составляющих. Но и это ещё не предел. Когда американцы решили добывать нефть в довольно мелком заливе Принца Уилльяма на Аляске для захода танкеров Администрация по Океанографии и Атмосфере (NOAA) решила подготовить точные таблицы приливов, при расчёте которых были учтены 114 независимых составляющих. Гравитация Луны, Солнца и ещё 112 факторов. Довольно внушительный по составу музыкальных инструментов оркестр. Продолжение следует …

Между приливными ромбами

Ромбы приливов (Tidal diamonds) довольно удобный источник информации о состоянии приливного течения. Они нанесены на морскую карту и вся информация об изменениях в направлении и скорости течения сведена в таблицу здесь же, на карте. Удобно, быстро и всё в одном месте. К тому же из таблицы ромбов навигатор сразу получает направление течения в градусах и скорость в узлах, на каждый час приливного цикла. Картографы обычно расставляют ромбы в самых ответственных местах акватории, таких как входы в порты и гавани, узкости, проливы между островами или там, где течение ведёт себя как-то не так. В общем там, где информация о течении нужнее всего. Но что, если мы оказались между двумя ромбами, в которых и направление и скорость течения значительно отличаются? Как понять, что происходит именно в этом месте и какой из ромбов использовать в расчётах и навигационной прокладке? Есть два способа решения проблемы. Вернее способ один, а вот метода два. Способ несложный и довольно универсальный. Способ этот – интерполяция. Интерполяция довольно часто применяется в навигационных расчётах не одним поколением моряков от вычислений высоты прилива во второстепенных портах до сложных расчётов в астронавигации. В морской навигации при интерполяции обычно используют два метода: арифметический и графический. В некоторых случаях, например при расчетах высоты прилива во второстепенных портах они взаимозаменяемы и дают практически одинаковый ответ. В других же, как например в нашем случае интерполяции скорости и направления приливного течения, результаты могут существенно отличаться. Метод первый. Арифметическая интерполяция В нашем примере, на подходе к острову Канна (Canna), который входит в архипелаг Внутренние Гебриды (Inner Hebrides) у западных берегов Шотландии, мы оказались практически посредине между ромбами ‘A’ и ‘B’. Значения направления и скорости приливного течения в местах, где стоят эти ромбы, сведены в таблицу. Пусть в качестве примера у нас будет полнолуние (а значит сизигийный прилив) за 6 часов до высокой воды (High Water). Из таблицы мы видим, что в ромбе ‘A’ за 6 часов до высокой воды направление течения составляет 180 градусов, скорость – 0.7 узла. В ромбе ‘B’ – 90 градусов и 0.3 узла соответственно. Значения отличаются весьма существенно, так какой из ромбов использовать? Ну, если уж мы завели разговор об интерполяции, то вполне естественно напрашивается желание найти среднее арифметическое. 180° + 90° = 270° 270° / 2 = 135° и 0.7 + 0.3 = 1.0 1.0 / 2 = 0.5 узла Метод второй. Графическая интерполяция Теперь давайте представим, как в действительности под воздействием течения будет дрейфовать наша яхта. Очевидно, что в точке, где мы находимся на яхту будет оказывать воздействие часть течения, описанная ромбом ‘A’, и часть течения, описанная ромбом ‘B’. Но как же интерполировать значения направления и скорости, представленные в графическом виде? Всё очень просто. В основе лежит всё то же правило сложения векторов, которое применяется при расчетах фактического курса (Course over ground) и позиции с учётом сноса течением (Estimated position). Можно сложить вектора обоих течений и длину результирующего вектора разделить пополам. Или можно считать, что полчаса яхту несёт течение ромба ‘A’, и полчаса ромба ‘B’. Результат в обоих случаях будет абсолютно одинаковым. Если сравнить результаты, полученные при помощи обоих методов с атласом течений, то мы увидим, что результат графического метода ближе к картине течений, изображённой в атласе. Справедливости ради следует отметить, что интерполировать между приливными ромбами следует с осторожностью. Особенно если есть какие то натуральные помехи, отмели, скалы, острова, которые скорее всего нарушат гладкую картину интерполирования. К результатам расчетов следует подходить с точки зрения здравого смысла, не считать их стопроцентно точными и помнить, что таблицы приливов, атласы течений и приливные ромбы это всего лишь прогноз, пусть и довольно точно рассчитанный.