천체 항법: 별을 따라 항로를 계획하세요

천체 항법(astronavigation이라고도 함)은 태양, 달, 별, 행성 등 천체를 관찰하여 지구상에서 자신의 위치를 결정하는 기술이자 과학입니다. 수세기 동안 선원, 탐험가, 비행가들이 육상 랜드마크나 전자 장비에 의존하지 않고도 광활한 바다를 횡단하고 자취가 없는 하늘을 추적할 수 있게 해준 주요 항법 방법이었습니다. GPS 및 기타 현대 기술이 일상적인 사용에서 천체 항법을 크게 대체했지만, 그 원리를 이해하는 것은 백업 항법, 역사적 이해, 그리고 그것이 제시하는 순수한 지적 도전에 여전히 중요합니다.

천체 항법의 기본

천체 항법 뒤에 숨겨진 핵심 개념은 간단합니다. 특정 시간에 천체와 수평선 사이의 각도를 측정하고 이러한 측정을 해상 또는 천문 연감에서 얻은 해당 천체의 예측 위치와 비교하여 위도와 경도를 계산할 수 있습니다. 이 과정에는 다음과 같은 몇 가지 주요 구성 요소가 포함됩니다.

• 천구: 지구를 모든 천체가 투영된 거대한 구의 중심에 있다고 상상해 보십시오. 이것이 천구이며, 별과 행성의 위치를 설명하는 데 사용되는 개념적 도구입니다. 천구를 이해하는 것은 천체 항법을 이해하는 데 기본입니다.
• 천체 좌표: 위도와 경도가 지구상의 위치를 정의하는 것처럼 적경과 적위는 천구상의 위치를 정의합니다. 적경은 경도와 유사하며 춘분점(태양이 봄에 천구 적도를 가로지르는 지점)에서 동쪽으로 측정됩니다. 적위는 위도와 유사하며 천구 적도의 북쪽 또는 남쪽으로 측정됩니다.
• 해상 연감: 이것은 매년 발행되는 간행물로, 매년 매시간 천체의 그리니치 시간각(GHA)과 적위를 제공합니다. GHA는 그리니치 자오선과 천체를 통과하는 자오선 사이의 서쪽으로 측정된 각도 거리입니다. 연감은 천체의 예측 위치를 결정하는 데 필수적입니다. 여러 국가 및 조직에서 자체 버전을 발행하지만 모두 천문 계산에서 데이터를 파생합니다. 예로는 미국 해군 천문대와 영국 여왕 폐하의 해상 연감 사무소(HMNAO)에서 발행한 해상 연감과 독일 및 일본과 같은 다른 국가의 유사한 간행물이 있습니다.
• 육분의: 육분의는 천체와 수평선 사이의 각도를 측정하는 데 사용되는 기기입니다. 이 각도를 고도라고 합니다. 육분의의 정밀도는 정확한 항법에 매우 중요합니다.
• 크로노미터: 정확한 시계는 관측의 정확한 시간을 결정하는 데 필수적입니다. 몇 초의 오차도 계산된 경도에서 상당한 오차로 이어질 수 있습니다. 크로노미터는 그리니치 표준시(GMT) 또는 협정 세계시(UTC)로 정확하게 설정해야 합니다.
• 시계 수정 테이블: 이 테이블은 육분의 관측에서 위치선(LOP)을 결정하는 데 필요한 수학적 계산을 단순화합니다. 또는 이러한 계산은 특수 계산기 또는 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있습니다.

업무 도구: 천체 항법에 필수적인 장비

별을 통해 성공적으로 항해하려면 특정 도구 세트가 필요하며 각 도구는 프로세스에서 중요한 역할을 합니다.

육분의

육분의는 천체 항법의 초석입니다. 수평선 위의 천체의 고도 또는 각도를 측정합니다. 육분의는 거울과 눈금자 호를 사용하여 일반적으로 몇 분호 이내의 높은 정확도를 달성합니다. 육분의를 올바르게 사용하려면 색인 오류 및 딥(해수면 위의 관찰자 눈높이로 인한 오류)과 같은 잠재적인 오류에 대한 연습과 이해가 필요합니다.

전 세계적으로 수많은 육분의 제조업체가 있습니다. Plath(독일) 및 Heath & Co.(영국)와 같은 역사적인 제조업체는 정밀 기기로 유명했습니다. 현대 제조업체로는 Tamaya(일본)와 Cassens & Plath(독일)가 있으며 고품질 육분의의 전통을 이어가고 있습니다. 육분의를 선택할 때는 정확도, 제작 품질 및 사용 편의성을 고려하십시오.

크로노미터

정확한 시계인 크로노미터는 관측 시점의 그리니치 표준시(GMT) 또는 협정 세계시(UTC)를 결정하는 데 매우 중요합니다. 시간 기록의 작은 오류도 경도 계산에서 상당한 오류로 이어질 수 있습니다. 현대 크로노미터는 일반적으로 매우 정확한 석영 또는 원자 시계이지만 전통적으로는 기계식 크로노미터가 사용되었습니다. 18세기에 영국에서 John Harrison이 만든 것을 포함하여 신뢰할 수 있는 크로노미터의 개발은 항법에 혁명을 일으켰습니다.

해상 연감

해상 연감에는 매년 매시간 태양, 달, 행성 및 선택한 별의 그리니치 시간각(GHA)과 적위가 포함되어 있습니다. 이 정보는 천체의 위치를 예측하는 데 필수적입니다. 연감은 일반적으로 국가 수로국 또는 천문 기관에서 매년 발행합니다.

기존의 인쇄된 연감 외에도 전자 버전이 널리 보급되어 편의성을 제공하고 내장된 시계 수정 기능을 통합하는 경우가 많습니다. 형식에 관계없이 연감 데이터의 정확성을 확인하는 것이 필수적입니다.

시계 수정 테이블 또는 계산기/소프트웨어

시계 수정 테이블(예: Pub. No. 229)은 위치선(LOP)을 결정하는 데 필요한 계산을 단순화합니다. 이 테이블은 다양한 고도, GHA 및 가정된 위도에 대한 미리 계산된 솔루션을 제공합니다. 또는 특수 계산기 또는 컴퓨터 소프트웨어가 시계 수정 계산을 자동으로 수행할 수 있습니다. 이제 많은 스마트폰 앱에서 천체 항법 기능을 제공하여 계산을 수행하는 편리한 방법을 제공합니다.

기타 필수 도구

• 수평선: 정확한 육분의 관측을 위해서는 수평선의 깨끗하고 방해받지 않는 시야가 필수적입니다.
• 항법 테이블 및 공식: 시계 수정 테이블에서 다루지 않는 계산을 수행하기 위한 필수 공식 및 테이블 모음입니다.
• 플로팅 시트: 위치선(LOP)을 플로팅하도록 특별히 설계된 대규모 차트입니다.
• 연필, 지우개 및 디바이더: 플로팅 시트에 플로팅하고 그리기 위한 것입니다.
• 노트북: 관측, 계산 및 결과를 기록하기 위한 것입니다.

천체 항법 프로세스: 단계별 가이드

천체 항법 프로세스에는 몇 가지 주요 단계가 포함되며 각 단계는 세심한 주의가 필요합니다.

1. 관측

육분의를 사용하여 수평선 위의 천체의 고도를 측정합니다. 정확한 크로노미터를 사용하여 관측 시간을 기록합니다. 날짜와 위치를 가능한 한 정확하게 기록합니다. 정확도를 높이기 위해 가능한 경우 동일한 천체를 여러 번 관측합니다.

2. 수정

기기 오류(색인 오류), 해수면 위의 관찰자 높이(딥), 굴절(대기에 의한 빛의 굴절), 시차(관찰자 위치로 인한 겉보기 위치의 차이) 및 반경(태양 또는 달의 관측의 경우, 보이는 디스크가 있음)을 고려하기 위해 관측된 고도에 수정을 적용합니다. 이러한 수정은 정확한 고도를 얻는 데 매우 중요합니다.

3. 시간 변환

관측 시간을 현지 시간에서 그리니치 표준시(GMT) 또는 협정 세계시(UTC)로 변환합니다. 이는 해상 연감을 사용하는 데 필수적입니다.

4. 연감 조회

해상 연감을 사용하여 관측 시간에 대한 관측된 천체의 그리니치 시간각(GHA)과 적위를 찾습니다. 필요한 경우 시간별 값 사이를 보간합니다.

5. 시계 수정

시계 수정 테이블 또는 계산기/소프트웨어를 사용하여 가정된 위치(AP)에 대한 천체의 고도와 방위각을 계산합니다. AP는 추정 위치 근처의 편리한 위치입니다. 시계 수정에는 관측된 고도, GHA, 적위, 가정된 위도 및 경도를 사용하여 구면 삼각형을 푸는 작업이 포함됩니다.

6. 고도 절편 및 방위각 계산

고도 절편(관측된 고도와 계산된 고도 간의 차이)과 방위각(가정된 위치에서 천체까지의 방향)을 계산합니다. 고도 절편은 방위각 선을 따라 측정됩니다.

7. 위치선(LOP) 플로팅

플로팅 시트에서 고도 절편에 의해 결정된 거리에서 방위각 선에 수직인 위치선(LOP)을 그립니다. LOP는 실제 위치가 놓여 있는 선을 나타냅니다.

8. 여러 LOP 얻기

최소 2개, 가급적이면 3개의 천체에 대해 프로세스를 반복합니다. LOP의 교차점은 위치를 제공합니다. LOP를 더 많이 얻을수록 위치 수정이 더 정확해집니다.

9. 실행 수정

하나의 천체만 사용할 수 있는 경우 선박의 코스와 속도를 고려하여 이전 관측에서 현재 관측 시간으로 LOP를 진행하여 실행 수정을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 여러 천체에서 동시에 LOP를 얻는 것보다 정확도가 떨어지지만 하나의 천체만 보이는 상황에서 유용할 수 있습니다.

천체 항법의 일반적인 과제 및 해결책

천체 항법은 개념적으로 간단하지만 몇 가지 실제적인 과제를 제시합니다.

• 관측 정확도: 육분의 관측 정확도가 매우 중요합니다. 오류를 최소화하려면 연습과 세심한 주의가 필수적입니다. 육분의의 정기적인 교정도 중요합니다.
• 구름 덮개: 구름 덮개가 천체의 시야를 가려 관측이 불가능할 수 있습니다. 인내심과 유연성이 필요합니다. 수평선과 천체가 모두 보이는 황혼에 관측하는 것이 유리할 수 있습니다.
• 거친 바다: 거친 바다는 안정적인 육분의 관측을 어렵게 만들 수 있습니다. 안정화 플랫폼과 자이로 육분의는 이 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 수학적 복잡성: 시계 수정에 관련된 계산은 복잡하고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 시계 수정 테이블, 계산기 또는 소프트웨어를 사용하면 프로세스를 단순화할 수 있습니다.
• 시간 기록 정확도: 정확한 크로노미터를 유지하는 것이 필수적입니다. 무선 시간 신호 또는 GPS 시간과 같은 신뢰할 수 있는 시간 소스에 대해 크로노미터를 정기적으로 확인하십시오.
• 천체 식별: 특히 초보자의 경우 별과 행성을 정확하게 식별하는 것이 어려울 수 있습니다. 별 차트와 행성 찾기가 유용한 도구가 될 수 있습니다.

현대 시대의 천체 항법: 관련성 및 응용 분야

GPS 및 기타 전자 항법 시스템이 이제 주요 항법 수단이지만 천체 항법은 현대 시대에 관련성을 유지합니다.

• 백업 항법: 천체 항법은 GPS 고장 또는 전자 간섭 시 안정적인 백업을 제공합니다. 이는 장거리 항해와 전자 시스템이 신뢰할 수 없는 상황에서 특히 중요합니다.
• 역사적 이해: 천체 항법을 이해하면 탐험의 역사와 과거 항해사의 독창성에 대한 더 깊은 이해를 얻을 수 있습니다.
• 교육적 가치: 천체 항법을 배우면 천문학, 수학 및 지리학에 대한 이해가 향상됩니다.
• 자립 및 독립: 천체 항법을 사용하면 항해사가 전자 시스템과 독립적으로 자신의 위치를 결정할 수 있으므로 자립감과 자신감이 향상됩니다.
• 비상 상황: 전자 시스템을 사용할 수 없는 비상 상황에서 천체 항법은 위치를 결정하고 안전하게 항해하는 데 생명선이 될 수 있습니다.
• 레크리에이션 항법: 많은 선원과 항해사는 천체 항법을 도전적이고 보람 있는 취미로 즐깁니다.

천체 항법 학습: 리소스 및 기회

천체 항법을 배우는 데 관심이 있는 사람들을 위해 수많은 리소스를 사용할 수 있습니다.

• 서적: 천체 항법의 원리, 기술 및 계산을 다루는 많은 훌륭한 서적을 구할 수 있습니다. 인기 있는 제목으로는 David Burch의 "천체 항법", Susan Britt의 "실용적인 천체 항법", Nathaniel Bowditch의 "완전한 항해사"가 있습니다.
• 강좌: 많은 해양 학교와 항해 조직에서 천체 항법 강좌를 제공합니다. 이러한 강좌는 실습 교육과 실무 경험을 제공합니다. 미국 파워 스쿼드론(USPS)과 영국 왕립 요트 협회(RYA)는 천체 항법 강좌를 제공하는 조직의 두 가지 예입니다.
• 온라인 리소스: 많은 웹사이트와 온라인 포럼에서 천체 항법에 대한 정보, 튜토리얼 및 계산기를 제공합니다.
• 항법 소프트웨어 및 앱: 특수 소프트웨어 및 스마트폰 앱은 시계 수정 계산 및 플로팅을 지원할 수 있습니다.

결론: 현대 세계를 위한 시대를 초월한 기술

천체 항법은 현대 세계에서 계속 가치를 지니는 시대를 초월한 기술입니다. 전자 항법 시스템이 보편화되었지만 천체 항법의 원리를 이해하면 귀중한 백업을 제공하고 역사에 대한 이해를 높이며 자립감을 키울 수 있습니다. 노련한 선원이든, 야심찬 항해사이든, 단순히 우주의 작동 방식에 대해 궁금하든, 천체 항법의 예술과 과학을 탐구하는 것은 보람 있고 풍요로운 경험입니다. 별을 따라 길을 찾는 능력은 인간의 독창성에 대한 증거이며 탐험과 발견의 풍부한 역사와의 연결 고리입니다. 천체 항법을 마스터하려면 연습과 헌신이 중요하다는 점을 기억하십시오. 기본부터 시작하고 도구와 기술에 익숙해지고 실험하고 실수로부터 배우는 것을 두려워하지 마십시오. 이 고대 예술을 마스터하는 보상은 그만한 가치가 있습니다.