Ориентирование по Луне
Человечество всегда стремилось к точности, желая покорить стихию и окружающее пространство. Ориентирование по небесным телам издревле считалось почетным занятием. И ориентирование по Луне не стало исключением. Знание и навыки, необходимые для выживания, всегда были востребованы. На протяжении столетий человеком использовались самые разнообразные методы ориентировки на местности. Во все эпохи звездочеты, астрономы, картографы, следопыты выставляли высокую цену за свою работу, ведь их услугами пользовались как рядовые путешественники и авантюристы, так и крупные экспедиционно-торговые и военные организации. Подобные данные были жизненно важными, когда требовалось организовать экспедицию, выслать спасательный отряд, совершить военный маневр. Любая деятельность в крупных масштабах, включающая в себя перемещение на дальние расстояния, требовала точности.
И для рядового путешественника ориентирование на местности по Луне станет важным навыком. Способы определения сторон света эволюционировали и видоизменялись. Европейцы придерживались проверенных и точных методов, используя изощренные секстанты и другие тонкие инструменты. Но некоторые продолжали придерживаться традиционных и знакомых методов. Аборигены пользовались услугами косвенных ориентиров по местности, а моряки всегда присматривались к звездному небу. Небесные тела – лучший из ориентиров, ведь они постоянны и их движение просчитываемо. Не поддающиеся ходу человеческого времени, они не ветшают и не обрастают мхом, таким образом, становясь универсальным и гибким инструментом для определения месторасположения. К числу таких инструментов относится природный спутник нашей планеты – Луна.
Ориентирование по Луне
Звезды и Солнце – отличные ориентиры, но что делать, когда их нет на небосклоне? Темная и беззвездная ночь – не очень хорошая новость в случае, если нужно срочно определить свое местоположение. Однако в таких ситуациях на помощь приходит ориентирование по Луне (рисунок 1).
Гравитация месяца оказывает влияние не только на околоземный мусор и астероиды, но и на водные массы. Узнать о приближении или отдалении этого тела просто: отливы сигнализируют об отдалении месяца, в то время как приливы – о приближении. Современные теоретические предсказания движения этого небесного тела достаточно точны. Технологические инструменты обеспечивают точность до сантиметра в деле определения положения месяца относительно Земли. Благодаря этому, все параметры орбитального тела заранее известны, и поддаются воспроизводимым расчетам.
Рисунок 1. Расположение Луны относительно Земли
Так, известно, что светило находится на разном расстоянии и отклонении в определенные дни календарного месяца. Его положение соотносится со сторонами света, если знать, в каком именно состоянии оно находится в данный момент. Вышеизложенная информация позволяет понять, по какому принципу работает ориентирование на местности по Луне, поэтому мы перейдем к практической части.
Как ориентироваться по Луне и часам
Глубокая ночь, темное небо. Звезд не видно, и на горизонте один только месяц, а вам нужно определить свое местоположение (рисунок 2). Как в таких условиях правильно провести ориентирование по луне?
Рисунок 2. Фазы Луны помогут сориентироваться на местности
Внимательно посмотрите на лунный диск. Что вы видите?
- Вы видите С-образный засвеченный участок, остальная часть затемнена. В таком случае это стареющий серп, совершающий остаток своего оборота вокруг Земли;
- Вашему взору открывается оборотная С, скорее выглядящая как кусочек буквы D, если провести между концами серпа прямой отрезок. Это называется растущим серпом;
- Вы видите полный лунный диск, равный с каждой стороны. Это означает, что светило находится параллельно солнцу, и указывает на юг в полночь. Если сделать разворот на 180 градусов, то вы будете смотреть на запад.
Существует также один довольно простой метод – ориентирование по Луне и часам (рисунок 3). Лунный календарь слегка отличается от обыкновенного, ведь месяца в нем соотнесены с фазами спутника. Имея при себе такой инструмент, вы также сможете без труда определить положение месяца.
Теперь, зная, каким образом светило повернуто к планете, рассмотрим способы ориентирования по Луне:
- Вам понадобятся обыкновенные часы, или иной диск, разделенный на 12 равных частей.
- Визуально разложите лунный диск на отрезок с 12 равными частями, и затем подсчитайте количество отрезков, которые приходятся на освещенную часть диска.
- Сверьте со временем наблюдения, и если вы видите стареющий серп – прибавьте к этому числу.
- Если же это растущая фаза, то действовать нужно строго наоборот, и вычитать полученное число.
- Этот результат говорит о том, где бы в это же самое время находился спутник в полной фазе.
- Зная, что в полной фазе светило всегда параллельно солнцу, вы можете с легкостью определить стороны света.
- Теперь направьте полученный сектор циферблата на сам спутник. В зимнюю пору года юг будет находиться на одно деление выше от намеченного, а в летнее – на два деления выше.
Рисунок 3. Обычные часы и спутник Земли помогут определить свое местоположение
Альтернативный метод представляет собой более простую операцию. Разделите лунный диск на отрезок с шестью секциями, затем посчитайте количество освещенных участков. Теперь направьте часы отметкой 12 на спутник. Следующий шаг – прибавьте к отметке результат подсчета подсвеченных участков, если светило стареющее, и отнимите, если растущее. Пример – освещено три из шести секторов отрезка, вы прибавляете к 12 еще 3, и получаете 15. В этом направлении и будет находиться солнце, а, следовательно, и юг. Можно также воспользоваться заранее проверенными положениями спутника в определенное время дня. Если фаза – первая четверть, то в семь часов она будет находиться на юге, в час ночи на западе, а утром после семи часов её уже не будет видно. Последняя же четверть оборота в час ночи будет указывать на восток, а в семь утра на юг.
Значения углов
Все способы ориентирования по Луне с использованием часов предполагают один простой принцип. Значение углов между отрезками на часах соотносится с ее положением относительно солнца. Если поставить в центре орбиты точку, и разделить диск на 12 равных частей, то получается круг, по которому и определяется направление света. Солнце же в этой системе всегда будет в относительно фиксированной позиции. А, зная положение светила, легко высчитывается и положение солнца, даже если вы его не видите. Для того чтобы знать как ориентироваться по Луне, не обязательно запоминать все фазы спутника относительно солнца, достаточно нескольких из них, смекалки и терпения.
Погрешности метода
Как и все методы, ориентирование по звездам и Луне на местности не обладает выдающейся точностью. Погрешность составляет от 10 до 15 градусов. Следует это учитывать, прежде чем отправляться в дальний путь. При необходимости производится повторный замер, и корректируется направление. Приблизительное время – каждые полчаса. Этого будет вполне достаточно для более точной ориентировки на местности. Все также очень сильно зависит от способности к точным замерам на глаз.
Определение сторон света по Луне
Не всегда под рукой есть часы, и в некоторых случаях приходится полагаться на еще более изощренные методы. К примеру, ориентирование по солнцу и Луне, достаточно простые на первый взгляд вещи, оказываются затруднительными без точных инструментов. В любом случае вам следует запастись терпением и выжидать удобного момента для произведения замеров.
Рисунок 4. Определение сторон света
Чтобы знать, как ориентироваться по Луне, нужно вновь вспомнить о фазах (рисунок 4). Для этого можно использовать три основных фазы из всех. Молодой серп и стареющий серп, и лучший вариант – полнолуние. Это обусловлено заранее известными и повторяемыми данными. Достоверно известно, что положение месяца в этих фазах достаточно просто поддаются преобразованию с целью определения стороны света. Теперь используя эту информацию, рассмотрим, как ориентироваться на местности по Луне.
Ориентирование по Луне и звездам
Имея достаточно точное представление о положении небесного тела в момент наблюдения, вам предстоит определить стороны света. Также это делается по звездам (рисунок 5).
Северная звезда всегда находится в одном и том же относительном положении, чем облегчает путешествия тысячелетиями. Она известна как самая яркая на небосводе, и её сложно пропустить. Надежность метода очень высока, и обладает довольно низкой погрешностью.
Рисунок 5. Определение сторон света по Луне и основным звездам
Ориентирование по Луне кратко:
- Взгляните на ковш Большой Медведицы, присмотритесь к самой правой стороне Ковша.
- Вам нужно поднять глаза на расстояние, равное шести отрезкам длины между двумя звездами.
- В этом месте, у изголовья рукоятки Малого Ковша и должна находиться Полярная звезда.
- Вы узнаете её по яркому свечению, и она всегда будет указывать на север.
- Теперь рассмотрим, каким образом проделывается схожая операция при помощи спутника нашей планеты.
- Это работает в серпоподобной фазе, когда отчетливо можно увидеть «рожки».
- Смотрим на лунный диск, и, если видим рожкоподобный серп, то проводим линию через его рога.
- Нижняя её часть будет указывать на юг, верхняя – на север. В полнолуние диск будет указывать ровно на юг.
По убывающей Луне
Особенных способов, как можно ориентироваться по Луне в убывающей фазе, нет. По обыкновению, убывающий серп имеет увеличенный угол наклона по сравнению с восходящим. Однако все вышеизложенные методы подходят для применения и при стареющей фазе.
Рисунок 6. Основные фазы спутника Земли
Таким образом, ориентирование по убывающей Луне не будет отличаться от обычного. Для более полного представления об ориентировании по Луне, картинки фаз спутника нашей планеты (рисунок 6) станут отличным обучающим материалом, который облегчит процесс нахождения севера.
Источник
Лунный огонь
Можно ли добыть огонь с помощью лунного света и лупы?
На первый взгляд вопрос кажется довольно простым.
Лупа собирает свет в крохотном пятнышке. Любой шкодник скажет, что для розжига хватит увеличительного стекла размером с крышечку от газировки. Слегка погуглив, мы узнаем: Солнце ярче Луны в 400 000 раз. Следовательно, нам нужно стекло площадью примерно так с 400 000 крышечек. Да?
Нет. На самом деле, лунным светом пламя не разжечь [ 1 ] , ↲ Бьюсь об заклад, у Bon Jovi есть такая песня. ↳ и размер линзы здесь не поможет. Причины тому весьма неочевидны. Объяснение потребует привести много справедливых доводов, звучащих как выдумки, и заманит в кроличью нору оптических эффектов.
Для начала озвучим эмпирическое правило: линзы и зеркала не могут сделать объект теплее, чем поверхность источника света. Так что раскалить что-то выше температуры поверхности Солнца, используя солнечный свет, не получится.
Оптика предлагает массу способов доказать это утверждение, но проще — хотя и скучнее — обратиться к термодинамике:
Линзы и зеркала работают «бесплатно», не потребляя энергии [ 2 ] . ↲ Даже больше: все, что они делают, полностью обратимо — а значит, добавив их в систему, вы не увеличите ее энтропию. ↳ Если солнечное тепло передается системой линз и зеркал к точке на Земле, разогревая ее сильнее Солнца, получается, что тепловой поток идет из холодного места в теплое без затрат энергии. Согласно второму постулату термодинамики такого быть не может, в противном случае мы могли бы построить вечный двигатель.
Температура Солнца порядка 5 000 °C, поэтому нельзя солнечным светом и линзами нагреть что-либо свыше 5 000 °C. На дневной стороне Луны чуть больше 100 °C, так что, сфокусировав лунный свет, больше сотни градусов не получишь. А этого слишком мало, чтобы поджечь большинство материалов.
«Стоп! — скажете вы. — Свет Луны совсем не похож на солнечный. Солнце — абсолютно черное тело: оно светится из-за своей высокой температуры. Луна же отражает солнечный свет с „температурой“ в тысячи градусов. Приведенный довод некорректен!»
Оказывается, он все же корректен — по причинам, которые будут озвучены далее. Но постойте — работает ли этот довод в случае с Солнцем? Конечно, трудно спорить с законом термодинамики [ 3 ] , ↲ Поскольку он верен. ↳ но с ним сложно и согласиться, если вы подкованы в физике и привыкли мыслить в терминах потоков энергии. Почему нельзя нагреть точку, сфокусировав в ней много солнечного света? Линзы же могут собирать излучение в маленькую точку, так? Почему же нельзя собирать в одной точке все больше и больше энергии Солнца? В нашем распоряжении свыше 10 26 ватт — любая температура нам по плечу, так ведь?
Вот только линзы не фокусируют свет в точке, разве что источник — тоже точка. Они фокусируют его на площади — уменьшенном изображении Солнца [ 4 ] . ↲ Но иногда — на заметно большом! ↳ Важная разница. И вот почему:
Эта линза направляет весь свет из точки A в C. Если б линза могла собрать свет Солнца в точку, она направляла бы свет также и из точки B в C:
Теперь у нас проблема. Что, если свет отразится из точки C назад, к линзе? Оптические системы нечувствительны к направлению луча — свет должен вернуться в ту точку, из которой пришел. Но как линза поймет, где был порожден этот луч: в A или B?
Общий принцип здесь такой: невозможно «скрестить» лучи света системой линз, поскольку ход лучей не должен зависеть от направления. Так что «уплотнить» свет не получится и существует ограничение на то, сколько света можно передать от источника к приемнику.
Ладно, перекрестить лучи света нельзя. Быть может, у нас получится как бы собрать их, чтобы вместить побольше бок о бок? Можно направить в цель такую «связку», собрав в нее лучи, падающие под разными углами.
Нет, так не получится [ 5 ] . ↲ А мы и так уже в курсе — чуть выше мы уже говорили, что это нарушит второй закон термодинамики.
Оказывается, любая оптическая система подчиняется закону conservation of étendue (закону сохранения фактора пучка излучения). Он гласит: если свет входит в систему с различных углов через некую входную область, то произведение площади входной области на входной угол [ 6 ] ↲ Примечание для особо дотошных: формально в трехмерном пространстве это будет телесный угол — аналог обычного угла в двумерном. Впрочем, неважно. ↳ равно произведению выходной площади на выходной угол. Если свет собирается в небольшую выходную область, то он должен «развернуться» по бо́льшему выходному углу.
Другими словами, «собранные» лучи света становятся менее параллельны — вы не сможете направить их вместе в некую дальнюю точку.
Это свойство линз можно описать и так: они могут заставить источники света занимать больше места на небосклоне, но не могут заставить отдельно взятую точку светить ярче [ 7 ] . ↲ Вот как это зачастую показывают: подержите лупу напротив стены. Она соберет лучи света от различных точек стены и направит их вам в глаза, но стена светлее не станет. ↳ Можно доказать [ 8 ] , ↲ Это будет домашним заданием для читателей. ↳ что увеличение яркости света из заданного источника нарушает закон сохранения étendue [ 9 ] . ↲ В моем résumé написано, что étendue — моя forté. ↳ Другими словами, система линз может лишь связать каждое направление взгляда с некоторой точкой на поверхности источника света, как если бы этот источник окружил вас.
Если вас «окружает» поверхностная материя Солнца, вы, по сути, плаваете внутри Солнца и быстро нагреетесь до его температуры [ 10 ] . ↲ (Очень сильно)
Если вас окружит дневная поверхность Луны, до какой температуры вы разогреетесь? Возьмем лунные камни: их температура достигает той, что мы привели для поверхности Луны (ведь они, собственно, и есть поверхность Луны). Так что система линз, которая фокусирует лунный свет, не нагреет ничего сильнее камешка, уютно устроившегося на лунной поверхности.
Это дает нам еще одно доказательство, что зажечь огонь с помощью лунного света невозможно: Базз Олдрин еще жив.
© What If? по-русски, 2018
Нас можно найти во ВКонтакте, в Twitterʼе, на GitHubʼе.
А еще мы переводим комиксы на сайте xkcd.ru!
В материалах сайта используются оригинальные тексты и изображения с сайта what-if.xkcd.com.
Материалы сайта источника и этого сайта распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License. Также авторы этого сайта полностью солидарны с комментариями к лицензии.
Нашли опечатку? Чтобы сообщить нам, выделите текст ошибки и нажмите Ctrl+Enter (со смартфона — кнопку «Ошибка?»).
Источник