天体导航 数学，科学与技术合并外文翻译资料

 2022-07-31 21:16:33

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天体导航

数学，科学与技术合并

史蒂文·布兰汀（Steven Branting）

自制测斜仪，用于查找物体在地平线上方的角度

在18世纪，一个最聪明的人奋斗了数十年，设计一个合理的系统来计算经度。1760年代，英国的钟表匠约翰·哈里森（John Harrison）生产了一款真正准确的时计：著名的H-4天文钟。哈里森正确地推测，知道在本初子午线的正确地方时间是找到给定位置的经度的关键。寻找经度对于记录刘易斯和克拉克的路线以及委托他们制作的地图都是必要的。

最新的设备

当决定在探索中用什么工具时，刘易斯根据费城著名科学家的建议采取了行动，并选择了六分仪。在刘易斯和克拉克时代，使用六分仪，天文钟和可靠的星历（天历）进行导航变得司空见惯。勘测员和探险队的赞助人托马斯·杰斐逊（Thomas Jefferson）总统建议刘易斯使用经纬仪，这是一种非常精确但体积很大的仪器。但

在1803年，六分仪是最终的“手持设备”，刘易斯（Lewis）几乎没有余地腾出空间来装备“发现军团”（Discovery Corps）。他对冲了自己的赌注，还购买了一个测量罗盘。事实证明，这是一个明智的决定。

在刘易斯和克拉克远征队购买的所有用品中，最昂贵的是天文钟，当时的价格为250美元。不幸的是，事实证明这是有缺陷的，正如梅里韦瑟·刘易斯（Meriwether Lewis）在他的日记中指出的那样：“我终于能买到一个她用过的计时器，沃伊特先生，他通过观察确定，24小时内的速度慢了14˝。””

那不是好消息。4天后，时钟差了将近一分钟。30天后，时钟关闭了7分钟或5英里。毫无疑问，威廉·克拉克（William Clark）放弃了使用天文钟来计算经度，而专注于纬度读数，为此他可以使用六分仪和推算。根据刘易斯和克拉克：在小道上绘制地图，探险家使用六分仪获取了更多天体读数，以重置计时器。在没有计时器的情况下使用天文导航确定经度是一项艰巨且耗时的工作；它也需要多达三个助手。

上面提到的标题在网站上http://www.edgate.com/lewisandclark/ mapping_on_trail.html 其中也包含有关本机映射的信息，包括时间和空间概念。

今天的学生

当我提出教我的七，九年级学生使用六分仪的想法时，我听到了一个熟悉的回答：“为什么有人要学习如何使用六分仪？”我解释说，知道

仪器的基本特性使人们对全球定位系统（GPS）有了更深入的了解，就像对滑尺的熟悉可以使人们对计算器的工作有更好的了解一样。美国海军和海岸警卫队仍然认为六分仪的导航技能不仅重要，而且是必要的。幸运的是，一家本地公司在我的想法中看到了希望，并承担了很大一部分费用。

首先，我解释说古代天文学家意识到恒星相对于观察者在地面上的位置的角度可用作导航助手。我建议学生们那天晚上可以出去观察北极星的位置。使用普通的量角器和吸管作为倾斜仪，它们可以使一根加重的绳子在水平线上标出角度。

这个高度（地平线上方的角度）非常接近一个人的纬度。进行此活动有助于学生了解六分仪如何仅将太阳作为主要焦点而不是北极星，同时使用滤镜保护眼睛免受伤害。

从六分仪获取数据

在詹妮弗初中的课程中，处理六分仪对学生来说是一个最初的问题：全班的一半都以正确的方式上下颠倒，倒退或侧身。这是一种惯用右手的乐器，因此惯用左手的学生会面临额外的挑战。一旦正确握住六分仪，我就演示下肢的功能，它看起来像一个倒立的量角器。

下一个任务是检查其镜像。因此，在阳光下我们走了。六分仪有两个镜子，它们的平面需要对准和重新对准，因为它们经常被撞击和震荡。将六分仪转向侧面，学生在视觉上将镜子中物体的图像与远处的实际物体进行匹配。许多学生需要一次又一次地看到这一点。对他们来说，这是一项困难的技能。

纬度和经度的修正始于当地的中午射击，

太阳似乎会升至每日最高点（最高点或子午线），然后在天空中下降。要完成此修复，导航员需要UTC（协调世界时，国际时间标准）以及下肢天顶的度数和分钟数。然后，他们查询星历表以了解当天的赤纬和时间方程。

赤纬是天体赤道上方或下方太阳位置的变化。将天赤道视为地球赤道向太空的延伸。学生们已经知道一年中天空中太阳的路径会发生变化：夏天比冬天高。这是磁偏角的变化。

时间方程是在任何给定日期子午线向左或向右的太阳方差。您已经看到它印在旧的地球仪上，该图8称为analemma（地图正投影仪）。

寻找当地中午

要获取当地正午的镜头，可能需要长达30分钟的时间，并且需要十到二十个读数。我提供这项活动给学生选择。并不是所有的学生都可以在一天中的时候读书。

在拍摄（确定）当地时间并查看GMT或UTC时钟时，导航器会确定多少

将镜子中物体的图像与远处的实际物体进行匹配

史蒂芬·布兰汀（Steven Branting）是一名教育顾问，在爱达荷州利维斯顿的独立学区（＃1）中从事天才和创新计划的工作，并且是Lewis＆Clark重新发现项目的制图师。他为他的课程维护一个网站（并向其他人开放）：www.lewiston.k12.id.us/ sbranting/sextant/index.html.NOVA（PBS）在Jenifer天体导航程序中采用了http://www.pbs. 组织/ wgbh / nova / teachers / featured/1999s_branting.html

格林威治中午之前或之后的某个小时和几分钟。如果您位于英格兰格林威治以东，那么您当地的中午将是UTC时钟的早晨。格林威治西将在下午。正是由于您的当地时间和UTC当地时间之间的差异，才可能实现六分仪的经度固定。

使用下肢的读数并针对某些光学问题进行调整，学生可以确定校正后的海拔高度，从正上方的角度减去90°（或89°60）的角度，例如89°60′– 43°23′= 46˚37acute;。

根据一年中的时间，他们添加或

减去日期的偏差以得出答案。

刘易斯和克拉克相对轻松地找到了自己的纬度位置。我的许多学生都可以算出弧度在一分钟内，即1852米（6076英尺或一海里）以内。

如果看不到清晰的地平线，则使用人造地平线。这是一个镜面表面，放置在地面上，可以在无法清晰看清远处地平线的位置进行“正午射击”。刘易斯会遇到几种情况，其中地平线的视线被遮盖了。

导航修复的样本计算

数据：“当地时间”为GMT / UTC = 18:47下肢=43˚14日期为5月14日

要计算纬度：

纬度：

43˚14rsquo; 9rsquo; = 43˚23rsquo;

89˚60rsquo; – 43˚23rsquo; = 46˚37rsquo;

5/14的磁偏角=N18˚33N18˚33 46˚37=N65˚10

纬度=N65˚10

当地时间正午，加上针对光学问题的调整（例如，眼睛的高度和折射角度，因为位置是使用镜子完成的，因此调整后的）等于下肢的读数。

89˚60acute;是表示90˚或点开销的另一种方式。60acute;只是占有一席之地（例如说某人是5英尺14英寸，而不是说他们是6英尺2英寸。）因此您可以从中减去。点高架减去调整后的下肢读数等于校正后的高度。

N表示北；这意味着需要添加18˚33acute;。

偏角加上校正后的海拔等于纬度读数。

要计算经度：

经度：

18:47 – 12:00 = 6:47

6:47 = 407分钟

407 = 101.75

4

101.75 = 101˚45rsquo;

5/14的时间方程=W0˚57101˚45acute; 0˚57acute; = W102˚42acute;

经度=W102˚42

取UTC时间，减去中午，这将告诉您中午时间与UTC中午时间之间的小时数和分钟数之差。因此，此位置比英国格林威治中午6时47分钟。

将时间转换为分钟。

将数字除以4是导航员用来转换为海里的涉及更多步骤的简单捷径。为了学生的目的，快捷方式效果很好。

将时间转换回度和分钟；0.75小时是45分钟。

请向星历表咨询时间方程式，该方程式在全球范围内都可以看到，如Analemma。如果指示西（格林威治的），则必须添加调整。如果指示东，则必须减去。

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