8.4: Навігація

Last updated
Save as PDF

Page ID: 66529

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Нижче наведено з pvs.kcc.hawaii.edu/іке/хукел/modern_wayfinding.html.

Вояж, здійснений за допомогою сучасного пошуку шляхів, має три складові:

Розробити стратегію курсу, яка включає в себе еталонний курс для досягнення околиці свого призначення, сподіваюся, вгору вітер, так що каное може плисти вниз вітром до місця призначення, а не потрібно прилипати до вітру, щоб дістатися туди. (Прихват передбачає плавання вперед і назад якомога ближче до вітру, щоб досягти прогресу проти вітру; це дуже важко і багато часу, чого слід уникати, якщо взагалі можливо, особливо в кінці довгого, важкого плавання.)

Під час плавання тримаючись якомога ближче до еталонного курсу, відстежуючи (1) відстань та напрямок; (2) положення на північ, південь та схід та захід від еталонного курсу та (3) відстань та напрямок до місця призначення.

Пошук землі після входу в околиці пункту призначення, називається цільовим екраном або «коробкою».

Отже, як здійснюється навігація - особливо компонент (2) - через тисячі миль відкритого океану? Ви не бачите землі. Як ви можете впритул дотримуватися еталонного курсу? Як можна відстежувати пройдену відстань і напрямок? Як ви навіть можете знати, чи йдете ви в правильному напрямку, якщо все, що ви можете побачити, це синій океан і блакитне небо?

Днем мореплавці використовують свої глибокі знання про океани. У який бік дмуть вітри? Яким шляхом рухаються переважаючі течії? Хмари на небі, флотсам у воді та поведінка тварин дають їм велике уявлення про те, де може бути земля, і де вони знаходяться по відношенню до неї.

Вночі вони використовують зірки. У цьому розділі ви дізнаєтеся лише крихітну частину того, що ці майстри-навігатори знають про зірки.

Подумайте/Пара/Поділитися

Ось уповільнена картина ^[1] зірок на нічному небі:

$star-trails-828656_1920-1-300x200.jpg$

Опишіть те, що ви бачите, що відбувається на цій картині.
Що можна зробити висновок про те, як зірки рухаються по нічному небу?
Як це може допомогти навігатору знайти свій шлях?

Зоряний компас

Основним інструментом для навігаторів на Hōkūlea та інших плавальних каное є зоряний компас. Ось малюнок Мау Піайлуг ^[2] і зоряний компас ^[3], який він використовував у своєму вченні.

$Mau_Piailug.gif$ $512px-Mau-star-compass.png$

Об'єкт в центрі кола представляє каное. Оболонки уздовж зовнішньої сторони представляють точки спрямованості. Ідея полягає в тому, щоб уявити зірки, що піднімаються з горизонту на сході, подорожують по нічному небу і проходять повз горизонту на заході. Вони рухаються так, як вони знаходяться на сфері, що оточує Землю (це називається небесною сферою).

Завдання 4

Найноа Томпсон розробила зоряний компас з 32 рівновіддаленими точками по колу. (Зверніть увагу, що це відрізняється від точок у зоряному компасі Мау, зображених вище.) Спочатку ви спробуєте зробити приблизний ескіз зоряного компаса Найноа на основі цієї інформації.

Розмістіть 32 точки по колу, щоб вони були однаково розташовані.
Дуги між цими рівновіддаленими точками називаються «будинками». Ви позначите кожен будинок своєю гавайською назвою. Почніть з чотирьох кардинальних напрямків:

Країна: Північ.

Хема: Південь.

Хікіна: Схід.

Комохана: Захід.

Чотири квадранти також отримують імена. (Вони охоплюють всі будинки в квадранті, тому позначте їх у відповідному місці всередині компаса.)

Ко олау: північний схід.

Малані: південний схід.

Кона: південний захід.

Ho олуа: північний захід.

Рухаючись від ākau до Хікіна (за годинниковою стрілкою), є сім будинків. Вони позначені для того, як ви віддаляєтеся від ākau:

Хака: «порожній», описуючи небо в цьому будинку.

На Лео: «голоси» зірок, які говорять з мореплавцем.

Налані: «небеса».

Ману: «птах», полінезійська метафора каное.

Noio: гавайська крячок (птах).

Аїна: «земля».

Ла: «сонце», яке перебуває в цьому будинку більшу частину року.

Компас має вертикальну лінію симетрії, тому є ті самі сім будинків у тому ж порядку, що і ви рухаєтесь від ākau до Komohana (проти годинникової стрілки).
Компас також має горизонтальну лінію симетрії. Використовуйте цей факт, щоб позначити будинки від Хеми до Хікіна (проти годинникової стрілки) та від Хеми до Комохани (за годинниковою стрілкою).

Як використовується зоряний компас в навігації? Способів існує маса. Ось (дуже!) короткий огляд:

Каное зображено посередині зоряного компаса, з усіма будинками навколо.
Вітри і океанічні набряки рухаються безпосередньо через зоряний компас з півночі на південь або навпаки.
- Якщо набряки йдуть від āina Koolau, вони будуть прямувати в напрямку Аїна Кона. (Подивіться на свій зоряний компас і простежте цей шлях.)
- Якщо вітер йде від Nālani Malani, він буде прямувати до Nālani Hoolua. (Подивіться на свій зоряний компас і простежте цей шлях.)
Зірки залишаються в своїх будинках, але і в їх півкулі. Вони не переміщаються по центру кола.
Так само, як сонце, вони піднімаються на сході і сідають на заході.
- aā (Сіріус) піднімається в Lā Malanai і встановлюється в Lā Kona. (Подивіться на свій зоряний компас і простежте цей шлях.)
- Hōkūlea піднімається в āina Koolau і встановлює в āina hoolua. (Подивіться на свій зоряний компас і простежте цей шлях.)

Навігатор запам'ятовує будинки понад 200 зірок. На сході і заході сонця (коли сходить сонце або зірки) навігатор може використовувати зоряний компас, щоб запам'ятати, в який бік рухається вітер і в який бік рухаються течії. Навігатор може використовувати цю інформацію протягом дня або ночі, щоб забезпечити перебування каное на курсі.

Подумайте/Пара/Поділитися

Подивіться ще раз на уповільнену картину зірок:

$star-trails-828656_1920-1-300x200.jpg$

Опишіть, як це показує, що зірки «залишаються в своїх будинках» і в їх півкулі, коли вони рухаються по нічному небу.
Зірка Ke alii o kona i ka lewa (Канопус), піднімається в Налані Малані. Де вона встановлена?

Навчаючи навігації сидячи на суші, цілком нормально мати приблизний ескіз або модель зоряного компаса. Але якщо вам дійсно доведеться зайнятися навігацією, вам потрібно зробити дуже-дуже точний зоряний компас.

Уявіть собі Найноа Томпсон, яка орієнтувалася на Hōkūlea на останньому етапі своєї подорожі від Гаваї до Рапа-Нуї, острова ще меншого і нижчого, ніж Нііхау. Ви повинні бути в межах 30 миль від Рапа Нуї, щоб побачити його. Але помилка навіть одного ступеня призвела б до того, що Hōkūlea будучи 60 миль від курсу. А якщо ви в кінцевому підсумку дрейфуєте у відкритому океані і запаси закінчаться? Ну...

$nainoa-1-350x196.jpg$

Найноа Томпсон

$2000px - Полінезійський_трикутник.svg_.png$

Проблема 5

Тепер, коли у вас є приблизний ескіз зоряного компаса і знаєте, як він повинен виглядати, ваша робота полягає в тому, щоб намалювати той, який є максимально досконалим. Це означає, що ви хочете намалювати:

Ідеальний коло (ну, максимально досконалий). Які інструменти ви можете використовувати для цього? Якими знаряддями мали б користуватися стародавні полінезійські мореплавці?
Тридцять дві точки по колу, які точно рівномірно розташовані один від одного. (Які інструменти допоможуть вам? Якими знаряддями мали б користуватися стародавні полінезійські мореплавці?)
Коли ви закінчите, позначте свій ідеально намальований зірковий компас з будинками.

Звичайно, зірка компас на аркуші паперу не так корисно, коли ви 're на каное. Як ви правильно його позиціонуєте? І як уберегти його від загублення, пошкодження або промокання? Ви малюєте його на рейках каное, постійно!

Озирніться назад на креслення Hōkūlea і знайдіть «кілограм» (сидіння навігатора) в задній (кормовій частині) каное. Насправді по обидва боки палуби є одне сидіння навігатора.

Проблема 6

Поверніться до масштабного малюнка Hōkūlea, який ви зробили в Задачі 1. Додайте місця навігатора до вашого креслення. Потім ви додасте зірковий компас до рейок наступним чином:

Почніть з кілограма (сидіння) на лівій (лівій) стороні каное. Це буде центром вашого зоряного компаса. Уявіть, як дивиться праворуч. Ви хочете, щоб побачити зірка компас маркування на рейках, коли ви дивитеся вправо. Звичайно, Hōkūlea - це не круговий каное, і навігатор не сидить в центрі. Так як же можна зробити розмітку в потрібних місцях?
Тепер повторіть цей процес, використовуючи сидіння на правій (правій) стороні каное.

$navchair-1-300x225.jpg$

Кіло на Хокулеа ^[4].

$compassmarks-1-300x224.jpg$

Розмітка компаса на рейках (повинна бути намальована більш помітно перед поїздкою) ^[5].

Найноа Томпсон сказав:

Спочатку я залежав від геометрії та аналітичної математики, щоб допомогти мені в моєму прагненні зорієнтуватися древнім шляхом. Однак, коли мій океанський час і мій час з Мау зросли, я засвоїв ці знання. Я менше покладаюся на математику і наближаюся все ближче і ближче до навігації так, як це робили стародавні.

Дійсно, він все ще робить багато математики; це просто математика, яку він засвоїв, і це тепер друга природа для нього. Стародавні мореплавці, можливо, не говорили про свої методи навігації тією ж сучасною мовою, яку ми використовували - точки компаса та досконалі кола та градуси. Але їх математичне розуміння було справді вражаючим.

Зображення з pixababy [CC0 Creative Commons]. ∴
Зображення виробництв «Дівочі подорожі» [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons
Зображення Ньюпортма (Власна робота) [CC BY-SA 3.0], через Вікісховище. ∴
Фото Мішель Манес. ∴
Фото Мішель Манес. ∴