A navigáció alapjai

Ha a helyzetünket szeretnénk meghatározni, akkor alapvetően rögtön egy többtényezős problémába ütközünk, ugyanis ismernünk kell a környezetünket, ami leegyszerűsítve a térképet jelenti. Ezen kívül szükségünk lesz egy (vagy több) tájékozódási pontra, vagyis valamire, aminek a helyzetét jól ismerjük (és a térképen fel van tüntetve) – ennek a hozzánk viszonyított irányát és távolságát is meg kell határoznunk, majd ezek alapján tudjuk megmondani az adott helyzetünket.

Egyszerűen hangzik? Igen, egészen addig, amíg bele nem gondolunk, mi mindent kell ismernünk és szabványosítanunk, hogy ezeket általánosan tudjuk használni. Az első rögtön a tájékozódási pontok, ami általánosan egy jól látható pont, legyen az természetes (pl. egy hegy) vagy ember alkotta (pl. világító torony). Ha ez megvan, kell egy meghatározás, hogy tőlünk merre is helyezkedik el – ez hosszú idő alatt kialakulva az Észak-Dél és Kelet-Nyugat meghatározásában teljesedett ki, de persze ez még nagyon durva megközelítés, még ha ez alapján tovább is osztjuk őket (például Észak és Kelet között elhelyezkedő Észak-Kelet, vagy tovább osztva mondjuk Észak-Észak-Kelet (az Észak-Kelet és Észak között félúton) meghatározásokkal).

A jó öreg navigációs csillag – négy fő égtájjal, ezen belül az ezeket felosztott égtájakkal

Most jön a következő probléma, a tájékozódási ponttól mért távolság meghatározása, amihez természetesen lehetőleg egységes hosszmértékegység is szükséges (láb és lépés rövid úton elterjedt, de hát a biológiai változatosságból fakadóan ezek nem éppen szabványosak). Ha pedig még azt is meg akarjuk határozni, hogy mekkora távolságot teszünk meg adott idő alatt, akkor még időegységre is szükségünk lesz. Mivel nem szeretnénk túlságosan elnyújtani, ezért inkább csak szemezgetünk abból, hogyan fejlődött a helyzetmeghatározás a történelmi időktől kezdve a mai napig.

A latin Navigatio szó a hajózást jelenti, és ez a szó használatos hosszú idő óta a tájékozódás, vagyis az aktuális helyzetünk megállapításának módszereire. A szó eredete jól mutatja, hogy hol is jelentett problémát a tájékozódás már hajdanában is, hiszen amíg a szárazföldön (vagy a partok mentén hajózva) a különféle tereppontok jó tájékozódási alapot nyújtanak, addig a nyílt tengeren ezek nélkül kell boldogulni.

A legalapvetőbb tájékozódási pont természetesen adott – a Nap, amely keleten kel fel, és nyugaton bukik a horizont alá. Ebből már hozzávetőlegesen meg lehet állapítani, hogy merre is haladunk, illetve éjszaka a Hold és a szabad szemmel követhető csillagok (északi féltekén főleg a Sarkcsillag) és csillagképek alapján lehet az irányt tartani. Erre az egyik első írott emlékünk Homérosz Odüsszeiája, amelyben Kalüpszó nimfa úgy irányítja Odüsszeuszt, hogy tartsa a Nagy Medve csillagképet bal oldalán, míg a Fiastyúkot (Plejádokat) követi, hogy keletnek hajózzon.

Arab térkép az akkor általuk ismert világról, időszámításunk után hozzávetőleg 90 évvel

A szárazföldön a helyzetünk meghatározásához a térkép a legősibb segítség, már a korai ókorban feltűntek agyagtáblába vésett várostérképek, területi térképek. Ezek segítségével a főbb, szabad szemmel is azonosítható tájékozódási pontokat azonosítva könnyebben lehetett megtalálni, hogy hol vagyunk, illetve a célunk eléréséhez merre kell elindulni. A térképek fontossága aligha volt vitatható: a hadurak stratégiai döntéseitől a kereskedelmi útvonalak meghatározásán át mindenhol jó hasznát vették. Komoly probléma volt persze, hogy a térképek pontossága viszonylagos volt olyan apróságok miatt, mint a távolságmérés pontatlansága és ezáltal a távolságok pontatlan feltüntetése. Ezt úgy kell értelmezni, hogy még az újkorban is általánosan használták az olyan kifejezéseket, mint a „egy napi járóföld”, ami aligha igényel további magyarázatot.

Az égitestek figyelésére épülő navigáció következő lépcsőfoka az volt, hogy elkezdték figyelni, mennyire magasan is jár az adott égitest a horizont felett. Ha ezt megállapították, és jegyzékbe vették, később ezek segítségével hozzávetőlegesen meg lehet meghatározni a hosszúsági fokot, vagyis hogy mennyire is járnak északra vagy délre.

Erre az arabok egy falapot használtak, amelynek a közepében egy zsinór volt, melyre adott távolságokra csomókat helyeztek, ez volt a Kamal. A zsinórt az adott csomónál a szájba véve tudták a lap távolságát (ezáltal pedig nagyon durván, de az égitest magasságát) meghatározni. Ez az eljárás az évszázadok folyamán sokat finomodott, valamikor a XII.-XIII. század körül pedig megjelent egy új segédeszköz, az asztrolábium. Egy réz gyűrű, amelynek közepén egy tengely van, ezen pedig egy rúd, amelynek két oldalára egy-egy furattal ellátott lapot helyeztek el. A rudat először vízszintesbe állították, és a gyűrűn lévő skálán a 0-hoz állították, majd pedig a rudat addig kezdték el forgatni, amíg az égitestet meg nem látta a két furaton át a navigátor. Ekkor a gyűrűn lévő beosztáson megnézhették, milyen magasan is jár az égitest. A nehézkes asztrolábiumot a sokkal egyszerűbb Jákob-pálca kezdte el kiváltani a XV. század körül, amely egy lécen keresztbe elhelyezett, elcsúsztatható másik lécből állt. A pálcát a szem elé helyezve addig csúsztatták el a keresztlécet, amíg a horizont volt az alsó, és az égitest a felső szélén, és a szemtől való távolság alapján már ki lehetett számolni, hány fokot zár be ez a kettő.

Az Asztrolábium használata

A csillagászati navigáció meglehetősen soká kapott csak segítséget, mégpedig az iránytű képében, amely már rossz idő esetén is lehetővé tette az irány meghatározását a Föld mágneses mezejét felhasználva. Az első navigációs célú iránytűkre az XI. századból származnak írásos emlékek Kínából, illetve a XIII. századból a Közel-Keletről és Európából.

Viszont a helyzetünket ebből még mindig nem tudjuk megállapítani. Ehhez bizony térkép kell, és a haladási irányunk, illetve a sebességünk alapján meg lehet határozni, hogy merre is haladunk. A sebesség meghatározásához viszont rögtön két dolog is mérni kell, egyfelől a megtett táv, másfelől a közben eltelt idő. A táv meghatározására a hajósok azt találták ki, hogy egy kötélre kötött fa korongot dobtak a vízbe, és számolták, hogy adott idő alatt mennyi kötél fut le. Az idő mérésére homokórát használtak, a táv pontosabb meghatározására pedig a kötélre adott távolságonként csomót kötöttek.

A sebességmérésre bevett eljárás a kora középkorból képen bemutatva

A különféle országokban különféle meghatározások születtek a távolságokra, ám végül 1929-ben létre hozták az egységes nemzetközi tengeri mérföldet (nautical mile, nm), ami 1 853 métert takar, és a hozzá kötött hajózási sebességmértéket, a csomót (knot, kn), ami más képen mondva tengeri mérföld per óra.

A felfedezések korában a tengerészeti térképek értéke hatalmas volt, és jól jövedelmezett megbízható térképeket gyártani, ami ugyanakkor időigényes és sziszifuszi munka volt. A térképeket használó alapvető navigáció az általánosan ismert közvetlen számításos (Dead Reckoning) módszer, ahol a térképen a haladási irányba húzunk egy egyenes vonalat, és a sebességünk ismeretében bejelöljük rajta, hogy adott időegység elteltével, hol lesz a pozíciónk. Ez a módszer a mai napig általánosan használt, noha tengeri vagy légi közlekedésben nem eléggé megbízható, hiszen nem veszi figyelembe a tengeráramlatokat és a szeleket, illetve ezeknek a valódi haladási irányunkra gyakorolt hatását. Magyarul lehet, hogy mi ismerjük azt, merre néz a hajó orra, és tudjuk hozzávetőleg mekkora távolságot teszünk meg adott idő alatt, de mégis lehet, hogy például oldalirányú szél miatt egy napos hajóút után akár száz kilométerrel is odébb vagyunk, mint ahogy mi azt a térképen felrajzoltuk.

Dead Reckoning térképen berajzolva, a jobb oldali X az indulási helyzetünk, a vonal alatt olvasható,
hogy (mágneses iránytű alapján) 244°-nak tartunk majd, 3 csomós sebességgel,
a bal oldalt alul látható DR jelöli a várható helyzetünket egy óra múlva

A következő nagy lépés a navigációban a szextáns megalkotása volt a XVIII. század közepén, amellyel az égbolt kiválasztott elemének (ez lehet a Nap, a Hold, bolygó vagy csillag) a horizonttól bezárt szögét lehetett pontosan meghatározni. Ez így önmagában még kevés, de miután a csillagászat segítségével nekiálltak felmérni, hol és miként lehet hasznosítani a szextánst, meglehetősen pontosan megadhatja a helyzetünket, óriási előrelépést jelentve a Jákob-pálcához képest.

Most egy picit rohanjunk előre, és idézzük fel, hogy is osztották fel a Földet szélességi és hosszúsági fokokra. A szélességi kör az egyenlítőnél kezdődik, északra az északi sarkig 90 egyenlő fokra van osztva, déli irányba pedig a déli sarkig ugyanígy 90 fokra, de negatív előjellel.

A földrajzi hosszúság egy kicsit trükkösebb, ugyebár Greenwich városa lett nulladik hosszúsági foknak nevezve, a teljes Földet 360 fokra osztották, mind keletre, mind nyugatra 180-180 fokra.

Tegyük fel, hogy december 21-én a nap legmagasabb pontját akarjuk megnézni, ez az adott esetben még szextáns se kell: pontosan a fejünk felett lesz. Ebben a naptári dátumban a Baktérítőn, vagyis a (déli) -23.26° fokon vagyunk. Most állapítsuk meg, hogy melyik hosszúsági fokon – ehhez nem kell más, mint hogy megnézzünk egy kellően precíz órát, amely a greenwichi időzónához van beállítva. Mivel a Nap óránként 15°-ot halad kelet-nyugati irányban (ugyebár 360 fok osztva 24 órával), így ebből kiszámolható, hogy ha az óra szerint reggel 8 óra van, akkor 4 x 15°, vagyis 60° fokra vagyunk, keletre (ugyebár az óránk mutat). Természetesen ez egy nagyon leegyszerűsített és a lehető legkönnyebben érthető példa, de ebből már jól látható, hogy is lehetséges a helyzetünket megállapítani a csillagászat segítségével.

A szextáns működési elve, függőlegesen tartva a horizont
és a kiválasztott égitest közötti szöget tudjuk meghatározni vele

A szextáns segítségével nem csak délben és nem csak nappal lehet a helyzetünket meghatározni, hanem ha van egy kellően pontos csillagászati atlaszunk, illetve pontosabban előre meghatározott égitestek helyzetét táblázatokba foglaló (tengerészeti) évkönyvünk (Nautical Almanac), akkor azok alapján meghatározhatjuk a pozíciónkat némi számolgatás árán. A szextáns nagyon pontos eszköz lehet hozzáértők kezében, percbeosztású (egy fok 1/60-ad része egy perc, egy perc 1/60-ad része pedig egy másodperc) szextánssal már egy tengeri mérföld pontossággal meg lehet határozni a helyzetünket. Nyilván a szextáns megjelenése után még hosszú időnek kellett eltelnie, amíg sikerült a kellően pontos csillagászati atlaszt és a navigációs táblázatokat összeállítani, de a XIX. századra a tengeri navigáció meghatározó eleme lett, és a mai napig fontos a tengeri és légi helymeghatározásban.

A szextáns használta oldalszög meghatározásához

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!