Магнитное склонение

Магнитное склонение (также называемое магнитным склонением ) — это угол между магнитным севером и истинным севером в определенном месте на поверхности Земли. Угол может меняться со временем из-за блуждания полюсов .

Магнитный север — это направление, на которое указывает северный конец намагниченной стрелки компаса , что соответствует направлению силовых линий магнитного поля Земли. Истинный север — это направление вдоль меридиана к географическому Северному полюсу .

Несколько более формально Боудич определяет вариацию как «угол между магнитным и географическим меридианами в любом месте, выраженный в градусах и минутах на восток или запад, чтобы указать направление магнитного севера от истинного севера. Угол между магнитным и географическим меридианами называется сеткой. магнитный угол, изменение сетки или гравитация». ^[1]

По соглашению, склонение положительное, когда магнитный север находится к востоку от истинного севера, и отрицательное, когда он находится к западу. Изогоническими линиями называют линии на поверхности Земли, вдоль которых склонение имеет одно и то же постоянное значение, а линии, вдоль которых склонение равно нулю, называются агоническими линиями . Строчная греческая буква δ (дельта) часто используется как символ магнитного склонения.

Термин «магнитное отклонение» иногда широко используется для обозначения того же, что и магнитное склонение, но более правильно он относится к ошибке в показаниях компаса, вызванной близлежащими металлическими объектами, такими как железо на борту корабля или самолета.

Магнитное склонение не следует путать с магнитным наклоном , также известным как магнитное падение, которое представляет собой угол, который линии магнитного поля Земли составляют с нижней стороной горизонтальной плоскости.

Изменение склонения со временем и местоположением

Магнитное склонение меняется как от места к месту, так и с течением времени. Например, когда путешественник путешествует по восточному побережью Соединенных Штатов, склонение варьируется от 16 градусов на запад в штате Мэн до 6 градусов во Флориде, до 0 градусов в Луизиане и до 4 градусов на восток в Техасе. Склонение в Лондоне, Великобритания, составило один градус запада (2014 г.), а к началу 2020 г. снизилось до нуля. ^[2]^[3] Сообщения об измерении магнитного склонения в отдаленных местах стали обычным явлением в 17 веке, а Эдмунд Галлей составил карту склонения Атлантического океана в 1700 году. ^[4]

В большинстве районов пространственная изменчивость отражает неравномерность потоков в глубине Земли; в некоторых районах отложения железной руды или магнетита в земной коре могут в значительной степени способствовать склонению. Аналогично, вековые изменения этих потоков приводят к медленным изменениям напряженности и направления поля в одной и той же точке Земли.

Магнитное склонение в данной области может (скорее всего, будет) медленно меняться с течением времени, возможно, всего на 2–2,5 градуса каждые сто лет или около того, в зависимости от того, где оно измеряется. , близком к полюсу В таком месте, как Ивуживик , склонение может меняться на 1 градус каждые три года. Это может быть незначительно для большинства путешественников, но может быть важно, если вы используете магнитные пеленги из старых карт или меты (направления) в старых документах для определения места с какой-либо точностью.

В качестве примера того, как вариации меняются со временем, см. две карты одной и той же территории (западная оконечность пролива Лонг-Айленд ), приведенные ниже, снятые с разницей в 124 года. Карта 1884 года показывает отклонение в 8 градусов 20 минут западного направления. На карте 2008 года показано 13 градусов 15 минут западной долготы.

Предполагаемые контуры склонения по годам, с 1590 по 1990 год. — Estimated declination contours by year, 1590 to 1990

Определение

Магнитное склонение указано на карте Израиля. Стрелки показывают истинный север, север по координатной сетке и магнитный север, а в подписи поясняется, что среднегодовое изменение магнитного склонения составляет 0°03′ в восточном направлении.

Измерение поля

Магнитное склонение в любом конкретном месте можно измерить непосредственно по небесным полюсам — точкам на небе, вокруг которых, по-видимому, вращаются звезды, которые отмечают направление истинного севера и истинного юга. Прибор , используемый для выполнения этого измерения, известен как деклинометр .

Примерное положение северного полюса мира указывает Полярная звезда (Полярная звезда). Таким образом, в северном полушарии склонение можно приблизительно определить как разницу между магнитным и визуальным пеленгом на Полярную звезду. В настоящее время Полярная звезда рисует круг радиусом 0,73° вокруг северного полюса мира, поэтому точность этого метода составляет до градуса. В высоких широтах отвес помогает увидеть Полярную звезду относительно эталонного объекта, расположенного близко к горизонту, по которому можно определить ее направление. ^[5]

Определение по картам

Грубую оценку местного склонения (в пределах нескольких градусов) можно определить на основе общей изогонической карты мира или континента, например, показанной выше. Изогоны также показаны на аэронавигационных и морских картах .

Местные карты более крупного масштаба могут указывать текущее местное склонение, часто с помощью схематической диаграммы. Если изображенная область не очень мала, склонение может заметно варьироваться в пределах карты, поэтому данные могут быть отнесены к определенному месту на карте. Также могут быть показаны текущая скорость и направление изменений, например, в угловых минутах в год. На той же диаграмме может быть показан угол сетки на север (направление линий сетки север-юг карты), который может отличаться от истинного севера.

Например, на топографических картах ( Геологической службы США USGS) диаграмма показывает взаимосвязь между магнитным севером в рассматриваемой области (стрелкой, обозначенной «MN») и истинным севером (вертикальная линия с пятиконечной звездой). вверху) с меткой рядом с углом между стрелкой MN и вертикальной линией, указывающей размер склонения и этого угла в градусах, милах или в том и другом. Однако сама диаграмма не является точным изображением указанного числового угла склонения, а намеренно преувеличена картографом для удобства чтения.

Модели и программное обеспечение

Описанные выше мировые эмпирические модели глубинных потоков доступны для описания и прогнозирования особенностей магнитного поля Земли, включая магнитное склонение для любого заданного места в любое время в заданном промежутке времени. Одной из таких моделей является Мировая магнитная модель (WMM) США и Великобритании. Он построен с учетом всей информации, доступной составителям карт на начало пятилетнего периода, для которого он подготовлен. Это отражает весьма предсказуемую скорость изменений, ^[а] и обычно более точна, чем карта, которая, вероятно, устарела на несколько месяцев или лет. ^{[ нужна ссылка ]} Для исторических данных можно использовать модели IGRF и GUFM. Инструменты для использования таких моделей включают в себя:

Веб-приложения, размещенные в Национальном центре геофизических данных , подразделении Национального управления океанических и атмосферных исследований США. ^[7]
Демонстрационная программа C для WMM от Национального агентства геопространственной разведки , а также различные другие сторонние реализации. ^[8]

Модели WMM, IGRF и GUFM описывают только магнитное поле, излучаемое на границе ядро-мантия. На практике магнитное поле также искажается земной корой, причем искажение является магнитной аномалией . более крупную модель коры, например расширенную магнитную модель Для более точных оценок можно использовать . (Сравнение контуров склонения см. на указанной странице.) ^[9]

Регулировка склонения компаса

Компасы с вращающимся циферблатом

Магнитный компас указывает на магнитный север, а не на географический (истинный) север. Компасы того типа, который обычно используется для пеших прогулок (например, опорная плита или компас-транспортир), используют циферблат или безель , который вращается на 360 градусов и не зависит от магнитной стрелки. Чтобы вручную установить склонение истинного севера, безель поворачивают до тех пор, пока желаемое количество градусов не окажется между обозначением безеля N (север) и направлением (восток или запад) магнитного севера, указываемым поляризованным кончиком стрелки (обычно окрашены в красный цвет). Затем весь компас поворачивается до тех пор, пока магнитная стрелка не окажется в пределах очерченной ориентирующей стрелки или рамки в нижней части капсулы, а курс курса (в градусах) не отобразится в основании стрелки направления движения на опорной плите. Отрегулированный таким образом компас обеспечивает направление курса относительно истинного севера, а не магнитного севера, пока он остается в пределах области на той же изогоне.

На изображении справа точка N на безеле совмещена с направлением, указанным магнитным концом стрелки компаса, с поправкой на местное склонение (10 градусов к востоку от магнитного севера). Таким образом, стрелка направления движения на опорной плите отражает истинное направление на север.

После определения местного склонения компас с вращающимся циферблатом можно изменить, чтобы он давал показания истинного севера, наклеив или нарисовав небольшую точку дельты или стрелку на опорной плите компаса к западу или востоку от магнитного севера, указывающую на истинный север на лицевой панели компаса. В других компасах этой конструкции используется регулируемый механизм склонения, встроенный в лицевую панель компаса, что позволяет получать истинные показания севера каждый раз, когда игла выравнивается с ориентирующей стрелкой.

Плавающие компасы с магнитными картами

Компасы, в которых используется плавающий намагниченный циферблат или карта, обычно встречаются в морских компасах и в некоторых моделях, используемых для наземной навигации, которые оснащены линзовой или призматической системой прицеливания. Плавающий карточный компас всегда определяет направление относительно магнитного севера и не может быть отрегулирован по склонению. Истинный север необходимо вычислять путем добавления или вычитания местного магнитного склонения. Пример слева демонстрирует типичное преобразование магнитного пеленга компаса с плавающей картой в истинный пеленг путем добавления магнитного склонения. Склонение в примере составляет 14°E (+14°). Если бы вместо этого склонение составляло 14° з.д. (-14°), вы все равно «прибавили бы» его к магнитному пеленгу, чтобы получить истинный пеленг: 40°+ (-14°) = 26°.

И наоборот, местное склонение вычитается из истинного пеленга, чтобы получить магнитный пеленг. При местном склонении 14° восточной долготы истинный пеленг (т.е. полученный по карте) 54° преобразуется в магнитный пеленг (для использования в полевых условиях) путем вычитания склонения: 54° – 14° = 40°. Если местное склонение составляло 14° з.д. (-14°), его снова вычитают из истинного пеленга, чтобы получить магнитный пеленг: 54°- (-14°) = 68°.

На самолетах и судах существует три типа пеленга : истинный, магнитный и компасный. Погрешность компаса делится на две части: магнитное склонение и магнитное отклонение , причем последнее обусловлено магнитными свойствами судна или самолета. Вариация и отклонение являются величинами со знаком. Как обсуждалось выше, положительное (восточное) отклонение указывает на то, что магнитный север находится к востоку от географического севера. Аналогично, положительное (восточное) отклонение указывает на то, что стрелка компаса находится к востоку от магнитного севера. ^[10]

Компас, магнитный и истинный пеленги связаны:

${\begin{aligned}T&=M+V\\M&=C+D\end{aligned}}$

Общее уравнение, связывающее компас и истинный пеленг, имеет вид

$T=C+D+V$

Где:

$C$ пеленг компаса
$M$ Магнитный подшипник
$T$ Истинный пеленг
$V$ магнитное изменение
$D$ отклонение компаса
$V<0,D<0$ для западного изменения и отклонения
$V>0,D>0$ для восточного варианта и отклонения

Например, если компас показывает 32°, местное магнитное склонение составляет -5,5° (т.е. запад), а отклонение составляет 0,5° (т.е. восток), истинный пеленг будет:

$T=32^{\circ }+(-5.5^{\circ })+0.5^{\circ }=27^{\circ }$

Чтобы рассчитать истинный пеленг на основе пеленга компаса (и известных отклонений и отклонений):

Пеленг по компасу + отклонение = магнитный пеленг
Магнитный пеленг + вариация = истинный пеленг

Чтобы рассчитать пеленг по компасу на основе истинного пеленга (и известных отклонений и отклонений):

Истинный пеленг - вариант = Магнитный пеленг
Магнитный пеленг – отклонение = компасный пеленг

Эти правила часто сочетаются с мнемоникой «Запад лучше, Восток меньше всего»; то есть прибавьте склонения W при переходе от истинных пеленгов к магнитным пеленгам и вычтите E.

Еще один простой способ запомнить, как применять поправку для континентальной части США:

Для мест к востоку от агонической линии (нулевое склонение), примерно к востоку от Миссисипи: магнитный пеленг всегда больше.
Для мест к западу от агонической линии (нулевое склонение), примерно к западу от Миссисипи: магнитный пеленг всегда меньше.

Распространенные сокращения:

TC = истинный курс;
V = изменение (магнитного поля Земли);
MC = магнитный курс (каким был бы курс при отсутствии местного отклонения);
D = отклонение, вызванное магнитным материалом (в основном железом и сталью) на сосуде;
CC = курс по компасу.

Отклонение

Магнитная девиация — это угол между данным магнитным пеленгом и соответствующей отметкой пеленга компаса. Отклонение является положительным, если отметка компасного пеленга (например, компасного севера) находится справа от соответствующего магнитного пеленга (например, магнитного севера) и наоборот. Например, если судно ориентировано на магнитный север, а северная отметка компаса указывает на 3° восточнее, отклонение составит +3°. Отклонение различно для каждого компаса в одном и том же месте и зависит от таких факторов, как магнитное поле судна, наручные часы и т. д. Величина также варьируется в зависимости от ориентации лодки. Магниты и/или железные массы могут корректировать отклонение, так что конкретный компас точно отображает магнитные пеленги. Однако чаще всего в карточке коррекции перечисляются ошибки компаса, которые затем можно компенсировать арифметически. Для получения магнитного пеленга необходимо добавить отклонение к пеленгу компаса.

Аэронавигация

Аэронавигация основана на магнитных направлениях, поэтому необходимо периодически пересматривать навигационные средства, чтобы отражать дрейф магнитного склонения с течением времени. Это требование применяется к маякам VOR , взлетно-посадочных полос нумерации , маркировке воздушных трасс и направлениям векторения воздушных судов , определяемым авиадиспетчерской службой , причем все они основаны на магнитном направлении.

Взлетно -посадочные полосы обозначаются номером от 01 до 36, что обычно составляет одну десятую магнитного азимута взлетно-посадочной полосы курса : взлетно-посадочная полоса имеет номер 09 на восток (90 °), взлетно-посадочная полоса 18 — на юг (180 °), взлетно-посадочная полоса 27 — на запад ( 270°) и ВПП 36 указывает на север (360°, а не 0°). ^[11] Однако из-за магнитного склонения время от времени приходится менять обозначения ВПП, чтобы их обозначение соответствовало магнитному курсу ВПП. Исключение сделано для взлетно-посадочных полос в северном внутреннем воздушном пространстве Канады; они пронумерованы относительно истинного севера, потому что близость к Северному магнитному полюсу делает магнитное склонение большим, и его изменения происходят быстрыми темпами.

Радионавигационные средства, расположенные на земле, такие как VOR , также проверяются и обновляются, чтобы поддерживать их соответствие магнитному северу, чтобы пилоты могли использовать свои магнитные компасы для точной и надежной навигации в самолете.

Для простоты авиационные карты в разрезе рисуются с использованием истинного севера, поэтому нет необходимости поворачивать всю карту при изменении магнитного склонения. Вместо этого отдельные печатные элементы на карте (например, розы компаса VOR) обновляются при каждой редакции карты, чтобы отражать изменения магнитного склонения. В качестве примера см. диаграмму в разрезе немного западнее Уинстон-Сейлема, Северная Каролина , в марте 2021 года, магнитный север находится на 8 градусов к западу от истинного севера ( обратите внимание на пунктирную линию, отмеченную 8 ° з.д. ). ^[12]

При прокладке курса некоторые пилоты небольших самолетов могут проложить маршрут, используя истинный север на разрезной карте (карте), а затем преобразовать пеленги истинного севера в магнитный север для навигации в плоскости с помощью магнитного компаса. Эти пеленги затем преобразуются на предполетном плане путем добавления или вычитания местных отклонений, отображаемых на диаграмме в разрезе.

Системы GPS , используемые для навигации самолетов, также отображают направления с точки зрения магнитного севера, хотя их внутренняя система координат основана на истинном севере. Это достигается с помощью справочных таблиц внутри GPS, которые учитывают магнитное склонение. При полетах по правилам визуального полета допускается использование устаревшей базы данных склонений GPS, однако при полетах по правилам IFR база данных должна обновляться каждые 28 дней в соответствии с правилами FAA.

В целях безопасности даже самый продвинутый авиалайнер будет иметь магнитный компас в кабине. Когда бортовая электроника выходит из строя, пилоты по-прежнему могут полагаться на бумажные карты и древнее и очень надежное устройство — магнитный компас.

Ссылки

^ Эта скорость изменения известна как геомагнитная вековая вариация , и текущие модели, использующие постоянную вариацию в течение пятилетних периодов, отклоняются в среднем ( среднеквадратическое значение ) на 15 угловых минут в конце каждого прогноза. ^[6]

^ Боудич, Натаниэль (2002). Американский практический навигатор . Публикации Парадайз-Кей. п. 849. ИСБН 9780939837540 .
^ «Найди магнитное склонение в твоем месте» . Магнитное склонение.com . Проверено 6 декабря 2013 г.
^ «Магнитная модель мира – Эпоха 2020 – Склонение» (PDF) .
^ Правительство Канады, Министерство природных ресурсов Канады. «Магнитное склонение» . www.geomag.nrcan.gc.ca . Проверено 30 сентября 2021 г.
^ Магнитное склонение, что это такое, как компенсировать. , заархивировано из оригинала 7 января 2010 г. , получено 3 марта 2010 г.
^ Фурнье, Александр; Обер, Жюльен; Лесур, Винсент; Тебо, Эрван (декабрь 2021 г.). «Физические модели-кандидаты вековых вариаций для IGRF» . Земля, планеты и космос . 73 (1): 190. Бибкод : 2021EP&S...73..190F . дои : 10.1186/s40623-021-01507-z . S2CID 239022300 .
^ «Оценочное значение магнитного склонения» . Геомагнетизм . Национальный центр геофизических данных NOAA . Проверено 6 декабря 2013 г.
^ Мейер, Брайан (8 февраля 2022 г.). «Магнитная модель мира — Загрузка программного обеспечения» . www.ngdc.noaa.gov .
^ Национальные центры экологической информации (NCEI) (10 марта 2022 г.). «Улучшенная магнитная модель (ЭММ)» . www.ngdc.noaa.gov .
^ Виллемсен, Дидерик. «Компасная навигация» . Проблемы парусного спорта . Проверено 4 января 2020 г.
^ Руководство по аэронавигационной информации Федерального управления гражданской авиации, глава 2, раздел 3. Средства разметки аэропортов и знаки, часть 3b. Архивировано 18 января 2012 г. на Wayback Machine.
^ См . также CUNY

Внешние ссылки

[7] Эта скорость изменения известна как геомагнитная вековая вариация , и текущие модели, использующие постоянную вариацию в течение пятилетних периодов, отклоняются в среднем ( среднеквадратическое значение ) на 15 угловых минут в конце каждого прогноза. ^[6]

[1] Боудич, Натаниэль (2002). Американский практический навигатор . Публикации Парадайз-Кей. п. 849. ИСБН 9780939837540 .

[2] «Найди магнитное склонение в твоем месте» . Магнитное склонение.com . Проверено 6 декабря 2013 г.

[3] «Магнитная модель мира – Эпоха 2020 – Склонение» (PDF) .

[4] Правительство Канады, Министерство природных ресурсов Канады. «Магнитное склонение» . www.geomag.nrcan.gc.ca . Проверено 30 сентября 2021 г.

[5] Магнитное склонение, что это такое, как компенсировать. , заархивировано из оригинала 7 января 2010 г. , получено 3 марта 2010 г.

[6] Фурнье, Александр; Обер, Жюльен; Лесур, Винсент; Тебо, Эрван (декабрь 2021 г.). «Физические модели-кандидаты вековых вариаций для IGRF» . Земля, планеты и космос . 73 (1): 190. Бибкод : 2021EP&S...73..190F . дои : 10.1186/s40623-021-01507-z . S2CID 239022300 .

[8] «Оценочное значение магнитного склонения» . Геомагнетизм . Национальный центр геофизических данных NOAA . Проверено 6 декабря 2013 г.

[9] Мейер, Брайан (8 февраля 2022 г.). «Магнитная модель мира — Загрузка программного обеспечения» . www.ngdc.noaa.gov .

[10] Национальные центры экологической информации (NCEI) (10 марта 2022 г.). «Улучшенная магнитная модель (ЭММ)» . www.ngdc.noaa.gov .

[11] Виллемсен, Дидерик. «Компасная навигация» . Проблемы парусного спорта . Проверено 4 января 2020 г.

[12] Руководство по аэронавигационной информации Федерального управления гражданской авиации, глава 2, раздел 3. Средства разметки аэропортов и знаки, часть 3b. Архивировано 18 января 2012 г. на Wayback Machine.

[13] ^ См . также CUNY

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[а]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[6]