تعیین موقعیت به کمک ستارگان
گردآوری: محمدسعید برازنده پور دانشجوی رشته نقشه برداری مؤسسه آموزش عالی حکمت قم
مقدمه
تعیین موقعیت به معنی تعیین مختصات و نسبت دادن مولفه های مختصاتی به هر نقطه ثابت و متحرک در روی زمین و یا به عبارتی مکان یابی نقاط مورد نظر در یک سیستم مختصات از قبل تعریف شده است.
چند مثال از تعیین موقعیت
- کشاورزی که پیرامون زمین خود را سنگ چینی مشخص می کند در واقع تعیین موقعیت می کند.
- اگر شما نشانی محل سکونت خود را در اختیار دوستان قرار دهید کار تعیین موقعیت انجام داده اید، و آن را با جملاتی بیان کرده اید.
- خلبانی که هواپیما را هدایت می کند تا بر روی باند فرودگاه فرود آید او نیز کار تعیین موقعیت انجام می دهد.
شرط لازم و کافی برای انجام تعیین موقعیت تعیین یک سیستم مختصات شناخته شده است. برای تعیین سیستم مختصات کافی است مبدا آن، یکی از محورها، و میزان چرخشش مشخص باشد.
مجموعه مشاهدات در نقشه برداری شامل اندازه گیری فاصله، اندازه زاویه، اندازه گیری زمان و اختلاف ارتفاع است.
مراحل تعیین موقعیت و نمایش آن
- انجام مشاهدات لازم یا جمع آوری اطلاعات
- انتخاب سطح مبنا و سیستم مختصات اصلی برای تعیین موقعیت.
- انتخاب مدل های ریاضی خاص که در روی سطح مبنای انتخاب شده ی بالا معتبر می باشد وانجام محاسبات لازم برای رسیدن به مختصات.
- انتخاب روش های مناسب برای نمایش اطلاعات و نمایش موقعیت ها به صورت شماتیک؛ در ضمن تعیین موقعیت منحصر به موارد مذکور نیست. ملاصدرا فیلسوف بزرگ ایرانی ثابت کرد که زمان بعد چهارم نقاط مادی است، و به طور کلی مختصات به صورت P(X,Y,Z,T) نشان داده می شود.
تعیین موقعیت نقاط ثابت
این تعیین موقعیت مربوط به نقاطی است که ثابت بوده و نسبت به زمان، تغییرات خیلی ناچیزی خواهد داشت. همانند نقاط واقع بر روی سد برای کنترل.
تعیین موقعیت نقاط متحرک
در برخی مواقع ما نیاز به تعیین موقعیت اجسام در حال حرکت داریم. تعیین موقعیت چنین نقاطی را تعیین موقعیت متحرک می گویند. همانند تعیین موقعیت هواپیمایی در حال پرواز و مشخص کردن موقعیت آن در روی نقشه های مربوطه. همچنین روش دیگر تعیین موقعیت نقاط در زیر آب ها و استخراج توپوگرافی بستر دریاها می باشد که توسط عمق یاب های صوتی صورت می گیرد.
تعیین موقعیت نجومی
۱- ستاره: در نقشه برداری برای تعیین موقعیت یک نقطه می توان از وضعیت ستارگان و دیگر اجرام سماوی نیز استفاده نمود که این موضع از دیر باز سابقه داشته است، ستارگان مجموعه ای از اجرام سماوی هستند که آن ها را در منظومه ی شمسی به صورت جرم سماوی ثابت میشناسیم، آن ها را نقاط ثابت مختصات دار در نظر میگیریم، هر چند که ستارگان نیز به همراه منظومه ی شمسی درحال حرکت هستند. فواصل ستارگان از کره ی زمین را با واحدی به نام سال نوری می سنجند.
یک سال نوری مسافتی است که نور در یک سال می پیماید و با توجه به این که سرعت نور تقریبا ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه است، پس یک سال نوری برابر خواهد بود با:
کیلومتر ۹,۴۶۰,۸۰۰,۰۰۰,۰۰۰ = ۳۰۰۰۰۰×۶۰×۶۰×۲۴×۳۶۵
۲- نجوم: به علمی که با آن ماهیت ستارگان را بررسی می کنند علم «نجوم محض» می گویند. حال، اگر این بررسی ها درباره ی موضع و موقعیت ستارگان باشد به آن «نجوم موضعی» گویند. در نقشه برداری با موقعیت ستارگان کار داریم؛ به این صورت که از موقعیت آن ها برای بدست آوردن موقعیت نقاط زمینی استفاده میکنیم.
۳- سیاره: یکی دیگر از اجرام سماوی «سیارات» هستند. سیارات، مجموعه ای از اجرام سماوی هستند که به دور خورشید در حال دوران هستند. زمین نیز یکی از سیارات است. حرکت سیارات به دور خورشید بر اساس قوانین کپلر بوده که به دلیل اهمیت آن، قوانین حرکت را در ژئودزی می آموزیم.
در ادامه قوانین کپلر را مرور می کنیم:
قانون اول کپلر: مدار حرکت تمامی سیارات دایره نیست، بلکه بیضی است که خورشید در یکی از کانون های آن واقع است.
قانون دوم کپلر: سیارات در مسیر حرکت خود به دور خورشید مساحت های مساوی را در زمان های مساوی جاروب می کنند.
قانون سوم کپلر: نسبت توان دوم پریود حرکت سیارات برای دو سیاره متفاوت برابر نسبت توان سوم قطر اول (اطول) بیضی مسیر حرکتشان است.
اسامی سیارات شناخته شده ی منظومه ی شمسی به ترتیب نزدیکی به خورشید عبارت اند از:
٫۱عطارد. ٫۲زهره. ٫۳زمین. ٫۴مریخ. ٫۵مشتری. ٫۶زحل. ٫۷اورانوس. ٫۸نپتون. ٫۹پلوتون.
۴- قمر: یکی دیگر از جرم های سماوی اقمار طبیعی هستند که نمونه ی مشخص آن ها کره ی ماه است. اقمار طبیعی اجرام سماوی هستند که دور سیارات حرکت می کنند. بررسی حرکات این ها مشکل تر از بقیه است، زیرا اقمار، علاوه برگردش بر دور سیارات خود به دور خورشید هم دوران می کنند. زمین فقط دارای یک قمر بوده در حالی که سیاره ی مشتری دارای سیزده قمر شناخته شده است!
نوع دیگر از اجرام سماوی اقمار مصنوعی یا همان ماهواره ها هستند.
۵- فرق ستاره و سیاره؛ فرق بین سیارات و ستارگان، به طور خلاصه بدین قرار است:
- وضعیت سیارات نسبت به هم و نسبت به ستارگان لحظه به لحظه در حال تغییر بوده، در حالی که وضعیت ستارگان نسبت به هم ثابت است.
- سیارات در حال دوران به دور خورشید هستند در حالی که ستارگان جرم های سماوی ثابتند.
- سیارات بزرگ و نزدیک به کره ی زمین در تلسکوپ به صورت یک قرص به چشم می آیند؛ درحالی که ستارگان فقط به صورت یک نقطه ی نورانی در تلسکوپ دیده می شوند.
۶- کرۀ سماوی: اگر در یک شب صاف به آسمان توجه کرده باشید، میلیون ها ستاره را در آسمان با فاصله های مختلف از خودتان می بینید. چون در نجوم امتداد ستارگان را مشاهده می کنیم بهتر است آن ها را بدون توجه به فواصل آن ها از ما بر روی یک کره ی فرضی، در راستای شعاع تصویر کنیم. به این کره فرضی که مرکز آن، مرکز جرم زمین بوده و اجرام سماوی روی آن در راستای شعاع تصویر می گردند «کرۀ سماوی» گویند.
۷- سمت الرأس و سمت القدم: نقطه ای که درست بالای سر ما بر روی کرۀ سماوی قرار دارد در اصطلاح سمت الرأس یا «زنیت» و نقطه ی پایین را سمت القدم یا «نادیر» می گویند.
همچنین ارتفاع ستاره زاویه ای است که امتداد ستاره با صفحه ی افق سماوی یک محل تشکیل می دهد.
ستاره قطبی ستاره ایی است که امروزه به طور تقریبی در امتداد محور دورانی زمین است. امروزه ستاره ی قطبی ماکزیمم حدود ۱ درجه از امتداد محور دورانی زمین منحرف است.
نحوه ی تشخیص ستاره ی قطبی در آسمان با استفاده از دب اصغر و دب اکبر و ذات الکرسی که هر کدام در آسمان شب قابل رؤیت بوده که معروف ترین آن ها دب اصغر و دب اکبر که در آسمان به شکل ملاقه ایی هست یا به عباراتی کامل تر اگر ابتدای این ملاقه آسمانی را بگیریم و پنج ستاره بشماریم به تک ستاره قطبی می رسیم و جهت شمال پیدا می شود و بدین صورت کار تعیین موقعیت با ستارگان انجام شده است.
منابع
کتاب ژئودزی و نجوم ژئودزی دکتر عاصی
کتاب تعیین موقعیت سال سوم هنرستان
مطالب مرتبط:
۱. گیرنده ماهواره ای 440 کانال K5UFO کولیدا
۲. کاربرد GPS در فوتبال: چگونه تیم ها از GPS قابل پوشیدن در جام جهانی روسیه استفاده کردند.
۳. تعیین موقعیت دقیق از طریق ترکیبی از روش های مختلف GNSS
