Ориентирование по Солнцу

Методы ориентирования по Солнцу наряду с методами ориентирования по звездам и Луне —самые точные из всех методов аварийного ориентирования, то есть ориентирования при отсутствии или поломке технических приборов навигации, таких, как компас и навигатор.

Широко распространено мнение, что тень от Солнца в полдень указывает на север. Это, однако, не универсальное правило, и в разных местностях к нему нужно делать поправки.

Ориентирование по местным признакам, таким как муравейники, мох на деревьях и камнях, а также ориентирование по квартальным столбам ввиду низкой точности должны рассматриваться лишь в тех случаях, когда другие способы по разным причинам не могут быть реализованы.

Также стоит отметить, что бывают ситуации, когда даже наличие исправного магнитного компаса не позволит человеку точно определить стороны света. Например, вблизи полюсов, в зонах магнитных аномалий или вблизи объектов, вызывающих магнитные девиации (например, в машине или на морском корабле) компас может давать большие погрешности, и тогда на помощь человеку приходят методы ориентирования по небесным светилам, поскольку их положение на небе не зависит от «земных проблем».

Как ориентироваться ночью, мы рассказывали в отдельной статье, поэтому предлагаю разобраться с методами ориентирования в светлое время суток, то есть с методами ориентирования по Солнцу.

Методы ориентирования по Солнцу

Все методы ориентирования по Солнцу базируются на знаниях астрономии.

Перечислим несколько фактов, взятых из данных этой древней науки:

1. Земля вращается вокруг Солнца по эллипсовидной орбите.
2. Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью равной примерно 15 градусам в час. Причем, если смотреть со стороны северного полюса, то вращение это происходит против часовой стрелки.
3. Ось вращения Земли наклонена по отношению к орбите Земли примерно на 23,5 градуса.

Даты равноденствий и солнцестояний также нужно учитывать, поскольку в эти дни задача ориентирования по Солнцу несколько облегчается.

Обладая этим небольшим количеством знаний, можно сделать множество выводов, позволяющих разработать методы ориентирования, выявить их достоинства и недостатки и описать рекомендации для использования. Подробнее об этих выводах мы рассказывали в отдельной статье.

Далее рассмотрим самые популярные способы ориентирования по Солнцу. Полагаю, их разнообразие значительно больше, однако, как мне кажется, с практической точки зрения есть смысл разобраться лишь в тех, которые приведу ниже, поскольку этот минимум позволит человеку определить стороны света, а также свои координаты почти в любой точке мира, не забивая голову лишней информацией.

Метод №1. Ориентирование по ключевым моментам времени

Этот метод основан на понимании того, что Солнце в 6 часов утра находится примерно на востоке, в 6 часов вечера — на западе, а в 12 часов дня и 12 часов ночи (актуально для полярного дня в высоких широтах) пересекает истинный меридиан, то есть направление север-юг.

Если на закате стать лицом к Солнцу, то справа окажется север, за спиной — восток, слева — юг.

Таким образом, зная текущее время и положение Солнца на небосводе, можно несколько раз в сутки более-менее точно определить направления сторон света. Точнее найти одно направление, а по нему определить все остальные.

Подробно о том, как пользоваться этим способом мы рассказывали в этой статье…

На том же принципе основан один из методов ориентирования по тени и известному времени, о котором мы рассказывали в отдельном материале… По сути это тот же самый метод ориентирования, но вместо положения Солнца используется положение конца тени гномона.

Главный недостаток этого метода — невозможность определить стороны света в любой момент дня, отличный от 6, 12, 18 и 24 часов. Кроме того, как в этом, так и в других методах ориентирования по Солнцу, опирающихся на показания местного времени, возникает ряд погрешностей, связанных с разницей в показаниях астрономического времени и усредненного «земного», о которых подробно мы рассказывали в этой статье.

Метод №2. По механическим часам и Солнцу

Этот метод основан на понимании того, что Солнце в средних и высоких широтах северного полушария всегда движется по небосводу слева направо со скоростью в два раза меньшей, чем скорость движения часовой стрелки часов.

Таким образом, имея в наличии аналоговые часы, то есть часы со стрелками, выставленные по местному времени, а также зная положение Солнца на небосводе в данный момент, можно, пользуясь циферблатом часов, рассчитать приблизительное направление на юг, а по нему определить и остальные стороны света.

Главный недостаток этого метода — невозможность использования его в низких широтах из-за больших ошибок, возникающих в результате неравномерной скорости движения проекции Солнца на горизонт. Да и в средних широтах в летнее время этот способ ориентирования может давать ошибку, превышающую 15 градусов.

С целью уменьшения описанной ошибки был изобретен вариант этого метода, в котором к часам сбоку перпендикулярно плоскости циферблата подносится спичка, а сам циферблат располагается параллельно небесному экватору.

Оба этих метода, а также их модификации для использования в южном полушарии мы подробно разбирали в отдельной статье.

Эти методы, в отличие от предыдущих, позволяют найти приблизительное расположение сторон света в любой момент времени в течение всего светового дня. Однако по сравнению с предыдущими методами здесь возникает необходимость в аналоговых часах, без которых метод не удастся реализовать.

Метод №3. По Солнцу и известному времени

В основу этого метода легли знания о скорости и направлении движения Солнца по небесной сфере, а также о том, где оно находится в 6, 12, 18 и 24 часа.

Сразу должен сказать, что этот метод пока не получил широкой популярности, поскольку был придуман мной всего несколько лет назад и упоминается лишь в нескольких видеороликах на моем Youtube-канале. Тем не менее, считаю нужным упомянуть и его, поскольку он лишен главного недостатка, присущего предыдущему методу — необходимости иметь часы со стрелками.

Для этого метода достаточно знать расположение Солнца на небосводе и местное время. После того, как такая информация получена, рассчитывается разница между местным временем и одним из ключевых моментов времени, соответствующим определенной стороне света, а затем перемножением разницы на скорость движения Солнца определяется угловое расстояние до известной стороны света. Подробный алгоритм этого метода мы приводили в отдельной статье.

Этот способ одинаково удобно использовать в средних и высоких широтах, как северного, так и южного полушарий. Однако вблизи тропиков и на экваторе он будет давать большие ошибки, поэтому в этих регионах стоит обратить внимание на другие способы ориентирования.

Метод №4. По самой короткой тени от гномона

Гномон является древнейшим инструментом, позволяющим определить направление истинного меридиана, то есть направления на север и юг. Он представляет собой ровный прямой объект (например, столб или шест), закрепленный вертикально на ровной горизонтальной площадке.

Кроме того гномон является неотъемлемой частью солнечных часов. По его тени люди издревле определяли время. К слову, вопрос определения времени по тени от гномона мы рассматривали в отдельной статье…

Старинные солнечные часы с гномоном на стене английского замка.

В природных условиях в качестве гномона может быть взята метровая прямая палка, которую следует воткнуть или закапать в грунт на ровной горизонтальной площадке, очищенной от травы, листьев, камней и всего того, что может вносить корректировки в положение конца тени, отброшенной палкой.

Когда Солнце окажется в зените, то есть в самой высокой точке траектории своего движения, тень от гномона будет самой короткой.

Таким образом, начав наблюдения в дообеденное время и периодически отмечая на грунте места расположения конца тени, можно через некоторое время, соединив все отметки плавной кривой, найти положение самой короткой тени, а значит и направление на север или на юг, в зависимости от широты местности и времени года.

Сравнивая этот метод с теми, что разобрали ранее, можно сказать, что данный вариант, как и тот, что рассмотрим далее, обладают более высокой точностью, поскольку исключают ошибку, связанную с усредненным «земным» временем. Кроме того, для ориентирования по тени от гномона вовсе не нужны часы.

Тем не менее, есть у этого метода и недостаток: определить стороны света с его помощью можно только, если измерения были начаты до полудня.

Метод №5. По гипотенузе двух теней одинаковой длины

Этот метод основан на понимании того, что траектория Солнца от востока до направления север-юг зеркальна траектории от направления север-юг до запада.

Для того чтобы определить истинный меридиан и сориентироваться в пространстве, нужно отметить конец тени гномона в любой момент времени в утренние часы и измерить ее длину, после чего дождаться, когда в вечернее время тень окажется той же длины, и снова сделать пометку. Биссектриса, проведенная от гномона к центру отрезка, соединяющего две пометки, укажет направление на юг или север в зависимости от широты местности и времени года.

Принцип такого построения основан на том, что Солнце движется с востока на запад, а середина отрезка между концами теней с одинаковой длиной указывает проходится тенью в истинный полдень.

По сравнению со способом определения сторон света по самой короткой тени этот является более точным, если только измерения начали проводиться незадолго после наступления рассвета, когда скорость изменения длины тени значительно выше. Но, как и предыдущий способ, этот требует большого количества времени и очень сильно зависим от погодных условий, поскольку даже временная облачность в послеобеденные часы может не дать закончить измерения в этот день.

Метод №6. По конечным точкам двух теней

В основе этого метода лежит понимание того, что Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень будет двигаться с запада на восток. Если отметить два положения конца тени гномона с промежутком в 15–20 минут, а затем соединить две сделанные отметки, полученный отрезок расположится в направлении запад—восток.

Для реализации этого способа не нужно ждать весь день до того, как тень вечером приобретет ту же длину, что и утром — достаточно просто двух точек, отмечающих концы, на более-менее значимом расстоянии.

Данный метод позволяет сориентироваться по Солнцу без часов в течение короткого промежутка времени, однако может давать существенные погрешности в дни далекие от дат весеннего и осеннего равноденствий. Если же приходится пользоваться данным способом летом или зимой, тогда лучше это делать в обеденные часы: ближе к полудню величина ошибки метода уменьшается. Это особенно актуально для высоких широт в полярный день, когда определение сторон света этим методом в 12:00 и 24:00 будет давать диаметрально противоположные показания, то есть, например, там, где в полдень был определен юг, в полночь определится север и наоборот.

Метод №7. По положению Солнца

Бывают ситуации, когда понимание расположения сторон света не играет особой роли, например, если человек заблудился в незнакомой ему местности, например, в лесу, карты нет и ему не известен аварийный азимут. В этом случае Солнце поможет двигаться в одном направлении, а не ходить зигзагами. А четкое выдерживание направления движения при условии возможности двигаться по азимуту (отсутствие густого подлеска и других труднопроходимых препятствий) поможет максимально быстро и с наименьшими энергетическими затратами добраться до просеки, тропинки, ручья, трассы, железной дороги — всему тому, что поспособствует выходу к людям.

На заметку

Часто доводилось встречать информацию о том, что без ориентиров человек в лесу будет ходить кругами, возвращаясь на прежнее место. В этом случае еще говорят, что «леший крутит». Приводится даже примерный радиус круга, который опишет человек в результате своего движения. Авторы этих заявлений связывают такой эффект с тем, что один шаг у человека всегда короче другого. Однако если провести реальный эксперимент, в котором человек должен будет пытаться двигаться по прямой линии с завязанными глазами, то сразу станет ясно, что описанная информация имеет мало общего с реальностью. В эксперименте на короткой дистанции один и тот же человек в результате ряда экспериментов будет смещаться то влево, то вправо от заданного движения, а в экспериментах с большими расстояниями траектория движения человека будет описывать зигзаги.

Этот способ ориентирования работает по следующему алгоритму:

1. Определяется угол («азимут») направления движения относительно положения Солнца в данный момент.
2. Находится ориентир (например, куст, камень или дерево), лежащий в направлении движения и находящийся как можно дальше от человека.
3. Переместившись к этому ориентиру, по Солнцу и определенному ранее углу уточняется направление дальнейшего движения, на котором находится следующий ориентир.
4. Таким образом, происходит передвижение от ориентира к ориентиру. При этом время от времени вносятся корректировки в «азимут» с учетом скорости и направления движения Солнца в этой местности.

Если Солнце при этом находится перед лицом человеком, слева или справа от него, то угол удобно измерять относительно проекции Солнца на горизонт. Если же Солнце находится за спиной, что создает некоторые сложности при отсчете угла непосредственно по Солнцу, тогда этот угол отмеряется не от Солнца, а от тени, отбрасываемой человеком.

Такое ориентирование также позволяет провести разведку местности в разных направлениях, уменьшая шансы потеряться, что наиболее актуально в лесу. Для этого:

1. В исходной точке оставляется хорошо заметный ориентир (например, сложенные пирамидкой палки или привязанный к ветке дерева яркий кусок ткани).
2. От этого ориентира человек в течение минуты двигается в выбранном направлении, предварительно определив его «азимут».
3. Через минуту человек поворачивается на 180 градусов и двигается в обратном направлении по обратному азимуту.
4. Дойдя до оставленного ориентира, выбирается новое направление, которое необходимо разведать, и вся процедура повторяется.

В этом способе удобно пользоваться «азимутом», определенным, как по Солнцу, так и по тени. Так, например, если во время движения, осуществляемого от ориентира, Солнце находилось правее направления движения на угол равный 15 градусам, то при возвращении к ориентиру нужно выбирать направление движения так, чтобы тень была правее на те же 15 градусов.

Данный метод ориентирования весьма приблизительный и, как говорилось ранее, предназначен для аварийных ситуаций, когда человеку все равно, куда идти, лишь бы в одном направлении.

Вместе с тем, этот метод прекрасно сочетается с методами ориентирования по гномону. Так, сориентировавшись на местности по гномону всего один раз и выбрав нужное направление движения, можно использовать данный метод в течение всего последующего светового дня. Важно отметить, что для уменьшения ошибки нужно, ориентируясь на этот метод двигаться примерно одинаковое число часов, как до обеда, так и после него. Например, если движение началось в 8 часов утра, то и заканчивать движение нужно в 4 часа вечера. Это, конечно же, не означает, что движение должно быть непрерывным без отдыха, однако как скорость движения, так и время на отдых с утра и вечером должны быть примерно одинаковыми. Кроме того, двигаться можно, например, с 7 утра до 10 дня, а после — с 2 часов дня до 5 часов вечера.

Думаю, о том, как определять стороны света по Солнцу, мы разобрались, а теперь хотелось бы немного поговорить о том, как по Солнцу вычислить свои координаты. Эта тема не пользуется большой популярностью и многие туристы о ней вообще не в курсе, но поскольку определение своего места положения напрямую относится к теме ориентирования, не вижу смысла не рассмотреть ее.

Определение координат по Солнцу

Сразу хочу сказать, что точно определить свои координаты по небесным светилам без специальных приборов и таблиц не получится, но, как говорится, на безрыбье и рак — рыба.

Для определения широты и долготы местности по Солнцу потребуются небольшие построения.

Итак, чтобы найти свое местоположение на поверхности земного шара, необходимо узнать координаты, а именно широту и долготу.

Широта местности, где производится измерение, определяется по длине тени гномона. Зная длину тени и высоту самого гномона, можно рассчитать высоту Солнца над горизонтом в момент наступления истинного полдня. Из полученных данных вычисляется угол наклона небесного экватора, а вслед за ним — и широта местности.

Нескольким способам определения широты местности по тени от гномона мы посвятили раздел в этой статье.

Стоит, однако, отметить, что найти широту местности по Солнцу без специальных таблиц можно только в определенное время года: в декабре, марте, июне и сентябре, когда траектория движения Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора либо лежит на максимальном от него удалении, которое выражается в угловых единицах и примерно равно 23,5 градусам. В другое время года широту местности можно узнать только по Полярной звезде, о которой мы рассказывали здесь.

Для определения долготы местности кроме гномона понадобятся часы, показывающие точное время и дату, а также знание часового пояса, относительно которого выставлялись часы.

Алгоритм определения широты описывается следующими пунктами:

1. С помощью гномона определяется истинный меридиан.
2. Зная часовой пояс, в котором изначально настраивались часы, находится время по Гринвичу.
3. Часы переводятся на гринвичское время.
4. По часам отмечается время прохождения тени гномона через истинный меридиан.
5. С помощью поправки времени, которая узнается из специальной таблицы или графика, определяется время по Гринвичу, в момент которого Солнце в этот день окажется (или уже оказалось, что актуально для западных долгот) в зените. Для этого значение с учетом его знака («+» или «–»), взятое из таблицы уравнения времени, вычитается из 12 часов дня.
6. Находится разница между полученным по часам временем и тем, что удалось посчитать в предыдущем пункте. Это время показывает разницу между временем, когда Солнце будет в зените в рассматриваемой местности, и временем, когда оно будет в зените в нулевом меридиане.
7. Зная эту разницу и скорость движения Солнца по небосводу, находится долгота. Для этого полученная разница делится на 15 градусов в час.
8. Далее делается уточнение долготы: восточная она или западная. Если Солнце оказалось в зените раньше посчитанного по пункту 5 времени, тогда долгота восточная, если позже, — западная.

Рассмотрим данный метод на конкретном примере:

1. Представим, что на часах в данный момент — 16:35, а часовой пояс, по которому они выставлялись +2. Переводим часы на время по Гринвичу: 16:35 – 2 = 14:35.
2. В момент пересечения тени от гномона линии, соответствующей истинному меридиану, наши часы показали время 17:32.
3. Допустим, что день, в который проводится определение долготы, — 4 марта. По таблице уравнения времени находим величину, соответствующую этой дате. Она равна –12 (минус двенадцать).
4. Узнаем время по Гринвичу, когда в нулевом меридиане Солнце находилось в зените: 12:00 – (–00:12) = 12:12.
5. Рассчитываем сколько времени прошло от гринвичского солнечного полдня до солнечного полдня в данной местности: 17:32 – 12:12 = 5:20.
6. Рассчитываем, какое угловое расстояние прошло Солнце за этот промежуток времени: 5:20 * 15 = 80 градусов.
7. Поскольку время местного солнечного полдня настало после 12:12, то долгота западная.
8. Ответ: местность, в которой проводились измерения, находится на 80 градусах западной долготы.

Подтверждение измерений

При отсутствии данных об уравнении времени, можно обойтись и без них, но тогда ошибка, скорее всего, заметно вырастет.

Таким образом, зная широту и долготу, можно приблизительно оценить район своего местонахождения. Из своего опыта могу сказать, что ошибка по долготе в средних широтах может достигать десятков километров. Связана такая ошибка, в первую очередь, со сложностью проведения чистого эксперимента в условиях дикой природы, поскольку тень от гномона из-за относительно большого видимого диаметра Солнца частично размыта, а площадка, на которой производятся измерения истинного меридиана, может иметь некоторый наклон. При этом даже незначительные ошибки в измерениях долготы приводят к значительным отклонениям от истинного положения на местности: на границе тропиков они могут достигать 95 км на 1 градус просчета, а вблизи экватора — все 110 км. Поэтому этот метод пригоден лишь для определения района дислокации, но никак не для более «тонкой» работы.

Как видим, методы ориентирования по Солнцу многочисленны и разнообразны. Но именно благодаря такому разнообразию можно подобрать оптимальный метод под те или иные условия.

К сожалению, самым большим недостатком всех этих методов является зависимость их от времени суток и погодных условий. Так, например, не получится сориентироваться по Солнцу ночью. Для таких случаев существуют способы ориентирования по звездам, о которых мы рассказывали здесь.

Также серьезной проблемой для ориентирования по Солнцу станет пасмурная погода.

Когда Солнце закрыто тучами, предметы не оставляют теней, а точное положения Солнца на небосводе определить не получается.

Невозможно ориентироваться по Солнцу в пещерах, катакомбах и под водой на большой глубине либо в условиях повышенной мутности, что делает эти методы не совсем актуальными, например, для спелеологов и аквалангистов.

В том числе и по указанным причинам людям, которые готовятся отправиться как в далекое путешествие, так и в лес за грибами, нужно обзавестись картами и современными средствами ориентирования, не забыв научиться ими пользоваться еще до выхода на маршрут. Не лишним также будет запомнить карту местности хотя бы в общих чертах, а также определить и записать на бумажке аварийный азимут, по которому в случае поломки или утери средств навигации, можно будет, ориентируясь по Солнцу, выйти к людям.

Автор: Максим Чечетов