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 полярного блуждания .
Магнитный север — это направление, на которое указывает северный конец намагниченной стрелки компаса , что соответствует направлению 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 к востоку или западу, чтобы указать направление магнитного севера от истинного севера. Угол между магнитным и меридианами сетки называется углом магнитной сетки, вариацией сетки или гривацией». [1]
По соглашению, склонение положительно, когда магнитный север находится к востоку от истинного севера, и отрицательно, когда он находится к западу. Изогоны — это линии на поверхности Земли, вдоль которых склонение имеет одинаковое постоянное значение, а линии, вдоль которых склонение равно нулю, называются агоническими линиями . В качестве символа магнитного склонения часто используется строчная греческая буква δ (дельта).
Термин «магнитное отклонение» иногда используется в широком смысле, имея в виду то же самое, что и магнитное склонение, но более правильно его относить к ошибке в показаниях компаса, вызванной находящимися поблизости металлическими предметами, такими как железо на борту корабля или самолета.
Магнитное склонение не следует путать с магнитным наклонением , также известным как магнитное падение, которое представляет собой угол, который линии магнитного поля Земли образуют с нисходящей стороной горизонтальной плоскости.
Магнитное склонение меняется как от места к месту, так и с течением времени. Например, когда путешественник совершает круиз по восточному побережью Соединенных Штатов, склонение меняется от 16 градусов к западу в Мэне до 6 градусов во Флориде, до 0 градусов в Луизиане и до 4 градусов к востоку в Техасе. Склонение в Лондоне, Великобритания, составляло один градус к западу (2014 г.), снизившись до нуля к началу 2020 г. [2] [3] Сообщения об измеренном магнитном склонении для отдаленных мест стали обычным явлением в 17 веке, а Эдмунд Галлей составил карту склонения для Атлантического океана в 1700 г. [4]
В большинстве областей пространственные изменения отражают нерегулярность потоков в глубине Земли; в некоторых областях залежи железной руды или магнетита в земной коре могут вносить значительный вклад в склонение. Аналогично, вековые изменения этих потоков приводят к медленным изменениям напряженности и направления поля в одной и той же точке на Земле.
Магнитное склонение в данной области может (скорее всего, будет) медленно меняться со временем, возможно, всего на 2–2,5 градуса каждые сто лет или около того, в зависимости от того, где оно измеряется. Для местоположения, близкого к полюсу, такого как Ивудживик , склонение может меняться на 1 градус каждые три года. Это может быть несущественным для большинства путешественников, но может быть важным, если использовать магнитные пеленги из старых карт или метеосводки (направления) в старых документах для определения местоположения мест с любой точностью.
В качестве примера того, как вариации меняются со временем, см. две карты одной и той же области (западная оконечность пролива Лонг-Айленд ), ниже, обследованные с разницей в 124 года. Карта 1884 года показывает вариацию в 8 градусов, 20 минут к западу. Карта 2008 года показывает 13 градусов, 15 минут к западу.
Магнитное склонение в любом конкретном месте можно измерить непосредственно по отношению к небесным полюсам — точкам на небе, вокруг которых, как кажется, вращаются звезды, которые отмечают направление истинного севера и истинного юга. Инструмент, используемый для выполнения этого измерения, называется деклинометром .
Приблизительное положение северного небесного полюса указывается Полярной звездой (Полярная звезда). В северном полушарии склонение может быть приблизительно определено как разница между магнитным и визуальным направлением на Полярную звезду. В настоящее время Полярная звезда описывает окружность радиусом 0,73° вокруг северного небесного полюса, поэтому эта методика точна до градуса. На высоких широтах отвес полезен для наведения Полярной звезды на опорный объект, близкий к горизонту, от которого можно взять ее направление. [5]
Грубую оценку местного склонения (в пределах нескольких градусов) можно определить по общей изогонической карте мира или континента, например, той, что показана выше. Изогонические линии также показаны на аэронавигационных и морских картах .
Более крупные локальные карты могут указывать текущее местное склонение, часто с помощью схематической диаграммы. Если только изображенная область не очень мала, склонение может заметно меняться по всей протяженности карты, поэтому данные могут быть отнесены к определенному месту на карте. Текущая скорость и направление изменения также могут быть показаны, например, в угловых минутах в год. Та же диаграмма может показывать угол северной сетки (направление линий сетки север-юг карты), который может отличаться от истинного севера.
Например, на топографических картах Геологической службы США ( USGS) диаграмма показывает соотношение между магнитным севером в соответствующей области (со стрелкой, обозначенной «MN») и истинным севером (вертикальная линия с пятиконечной звездой наверху), с меткой около угла между стрелкой MN и вертикальной линией, указывающей величину склонения и этого угла в градусах, милах или и том, и другом. Однако сама диаграмма не является точным изображением указанного числового угла склонения, а намеренно преувеличена картографом в целях удобочитаемости.
Всемирная эмпирическая модель глубинных потоков, описанная выше, доступна для описания и прогнозирования характеристик магнитного поля Земли, включая магнитное склонение для любого заданного местоположения в любое время в заданном временном интервале. Одной из таких моделей является Всемирная магнитная модель (WMM) США и Великобритании. Она построена с использованием всей информации, доступной картографам в начале пятилетнего периода, для которого она подготовлена. Она отражает весьма предсказуемую скорость изменений [a] и обычно более точна, чем карта, которая, вероятно, устарела на месяцы или годы. [ необходима цитата ] Для исторических данных могут использоваться модели IGRF и GUFM. Инструменты для использования таких моделей включают:
Модели WMM, IGRF и GUFM описывают магнитное поле только как испускаемое на границе ядро-мантия. На практике магнитное поле также искажается земной корой, искажение является магнитной аномалией . Для более точных оценок можно использовать более крупную модель, учитывающую кору, например Enhanced Magnetic Model . (См. цитируемую страницу для сравнения контуров склонения.) [9]
Магнитный компас указывает на магнитный север, а не на географический (истинный) север. Компасы в стиле, обычно используемом для пешего туризма (например, базовая пластина или транспортирный компас), используют циферблат или безель , который вращается на 360 градусов и не зависит от магнитной стрелки. Чтобы вручную установить склонение для истинного севера, безель поворачивается до тех пор, пока желаемое число градусов не окажется между обозначением безеля N (для севера) и направлением (восток или запад) магнитного севера, указанным поляризованным кончиком стрелки (обычно окрашенным в красный цвет). Затем весь компас поворачивается до тех пор, пока магнитная стрелка не окажется в пределах очерченной ориентирующей стрелки или поля на дне капсулы, а направление курса (в градусах) не отобразится у основания стрелки направления движения на базовой пластине. Отрегулированный таким образом компас обеспечивает пеленг курса относительно истинного севера вместо магнитного севера, пока он остается в пределах области на той же изогонической линии.
На изображении справа, N безеля выровнен с направлением, указанным магнитным концом стрелки компаса, с поправкой на местное склонение (10 градусов к западу от магнитного севера). Стрелка направления движения на базовой пластине, таким образом, отражает истинное направление на север.
После определения местного склонения вращающийся циферблатный компас может быть изменен для получения показаний истинного севера путем приклеивания или рисования небольшой дельта-точки или наконечника стрелки на базовой пластине компаса к западу или востоку от магнитного севера, указывающего на истинный север на безеле компаса. Другие компасы этой конструкции используют регулируемый механизм склонения, интегрированный с безелем компаса, что приводит к получению показаний истинного севера каждый раз, когда стрелка совпадает с ориентирующей стрелкой.
Компасы, которые используют плавающий намагниченный циферблат или карточку, обычно встречаются в морских компасах и в некоторых моделях, используемых для наземной навигации, которые имеют линзовую или призматическую систему визирования. Плавающий карточный компас всегда дает пеленги относительно магнитного севера и не может быть скорректирован по склонению. Истинный север должен быть вычислен путем прибавления или вычитания местного магнитного склонения. Пример слева демонстрирует типичное преобразование магнитного пеленга из плавающего карточного компаса в истинный пеленг путем прибавления магнитного склонения. Склонение в примере составляет 14°E (+14°). Если бы вместо этого склонение было 14°W (−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°E истинный пеленг (т.е. полученный с карты) 54° преобразуется в магнитный пеленг (для использования в полевых условиях) путем вычитания склонения: 54° – 14° = 40°. Если местное склонение было 14°W (−14°), оно снова вычитается из истинного пеленга, чтобы получить магнитный пеленг: 54°- (−14°) = 68°.
На самолетах или судах есть три типа пеленга : истинный, магнитный и компасный. Ошибка компаса делится на две части, а именно магнитное склонение и магнитное отклонение , последнее возникает из-за магнитных свойств судна или самолета. Изменение и отклонение являются знаковыми величинами. 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 следующим образом:
Общее уравнение, связывающее компас и истинные пеленги, имеет вид
Где:
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:
Чтобы рассчитать истинный пеленг по пеленгу компаса (и известному отклонению и вариации):
Чтобы рассчитать компасный пеленг по истинному пеленгу (и известному отклонению и вариации):
Эти правила часто сочетаются с мнемоническим правилом «Запад — лучшее направление, Восток — наименьшее», то есть при переходе от истинных пеленгов к магнитным пеленгам добавляют западные склонения и вычитают восточные.
Еще один простой способ запомнить, как применять поправку для континентальной части США:
Распространенные сокращения:
Магнитное отклонение — это угол между заданным магнитным направлением и соответствующей отметкой направления компаса. Отклонение положительно, если отметка направления компаса (например, север компаса) находится справа от соответствующей магнитной отметки направления (например, магнитный север) и наоборот. Например, если лодка направлена на магнитный север, а отметка севера компаса указывает на 3° восточнее, отклонение составляет +3°. Отклонение различается для каждого компаса в одном и том же месте и зависит от таких факторов, как магнитное поле судна, наручные часы и т. д. Значение также различается в зависимости от ориентации лодки. Магниты и/или железные массы могут корректировать отклонение, так что конкретный компас точно отображает магнитные направления. Однако чаще всего в карте коррекции перечислены ошибки для компаса, которые затем можно компенсировать арифметически. Отклонение необходимо прибавить к направлению компаса, чтобы получить магнитное направление.
Воздушная навигация основана на магнитных направлениях, поэтому необходимо периодически пересматривать навигационные средства, чтобы отражать дрейф магнитного склонения с течением времени. Это требование применяется к маякам VOR , нумерации взлетно-посадочных полос , маркировке воздушных трасс и направлениям векторизации воздушных судов , предоставляемым службой управления воздушным движением , все из которых основаны на магнитном направлении.
Взлетно -посадочные полосы обозначаются номером от 01 до 36, что обычно составляет одну десятую магнитного азимута направления взлетно-посадочной полосы : взлетно-посадочная полоса с номером 09 указывает на восток (90°), взлетно-посадочная полоса 18 — на юг (180°), взлетно-посадочная полоса 27 указывает на запад (270°), а взлетно-посадочная полоса 36 указывает на север (360°, а не 0°). [11] Однако из-за магнитного склонения время от времени приходится менять обозначения взлетно-посадочных полос, чтобы их обозначение соответствовало магнитному направлению взлетно-посадочной полосы. Исключение сделано для взлетно-посадочных полос в пределах Северного внутреннего воздушного пространства Канады; они пронумерованы относительно истинного севера, поскольку близость к магнитному Северному полюсу делает магнитное склонение большим, и его изменения происходят с большой скоростью.
Радионавигационные средства, расположенные на земле, такие как VOR , также проверяются и обновляются, чтобы поддерживать их ориентацию на магнитный север, что позволяет пилотам использовать свои магнитные компасы для точной и надежной навигации в самолете.
Для простоты авиационные карты разрезов рисуются с использованием истинного севера, поэтому всю карту не нужно поворачивать при изменении магнитного склонения. Вместо этого отдельные напечатанные элементы на карте (например, компасы VOR) обновляются с каждым пересмотром карты, чтобы отражать изменения магнитного склонения. Для примера см. карту разрезов 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, обозначенную 8°W). [12]
При построении курса некоторые пилоты небольших самолетов могут построить маршрут, используя истинный север на карте, а затем преобразовать истинный северный пеленг в магнитный север для навигации в самолете с использованием магнитного компаса. Затем эти пеленги преобразуются в предполетном плане путем прибавления или вычитания локального отклонения, отображаемого на карте.
Системы GPS, используемые для навигации самолетов, также отображают направления относительно магнитного севера, хотя их внутренняя система координат основана на истинном севере. Это достигается с помощью таблиц поиска внутри GPS, которые учитывают магнитное склонение. При полете по визуальным правилам полета допустимо летать с устаревшей базой данных склонения GPS, однако при полете по ППП база данных должна обновляться каждые 28 дней в соответствии с правилами FAA.
Даже самый продвинутый авиалайнер в качестве средства безопасности все равно будет иметь магнитный компас в кабине. Когда бортовая электроника выходит из строя, пилоты все равно могут положиться на бумажные карты и древнее и очень надежное устройство — магнитный компас.
