BÀI GIẢNG THIÊN VĂN HÀNG HẢI PART 1

CHƯƠNG 1 : THIÊN CẦU VÀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ THIÊN THỂ _Trong Địa văn hàng hải, để XĐ VTT bằng các mục tiêu ta cần phải biết vị trícủa chúng trên hải đồ, tức là trên bề mặt của Trái đất.. _Tron

GIỚI THIỆU CHUNG

Để phục vụ cho giảng dạy và học tập môn học này chúng ta cần sử dụng những tài liễu sau đây :

Tiếng Việt :

1 Giáo trình Thiên văn – Nguyễn Cảnh Sơn

2 Hướng dẫn nghiệp vụ Hàng hải – Tiếu Văn Kinh

3 Sổ tay Hàng hải – Tiếu Văn Kinh

Tiếng Anh:

1 The American Practical Navigator – Bowditch

2 Practical navigation for second mates

CHƯƠNG 1 : THIÊN CẦU VÀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ THIÊN THỂ

_Trong Địa văn hàng hải, để XĐ VTT bằng các mục tiêu ta cần phải biết vị trícủa chúng trên hải đồ, tức là trên bề mặt của Trái đất

_Trong TVHH ta cũng cần biết vị trí của các mục tiêu trên bầu trời, nhưng khác với địa văn, các mục tiêu TV ( thiên thể ) không cố định mà thay đổi vị trí liên tục trên bầu trời

_Sự chuyển động của các thiên thể được biểu diễn trên một mặt cầu phụ trợ là Thiên cầu

_TC là một quả cầu phụ trợ có bán kính và tâm là một điểm bất kỳ trong không gian Tất cả các MP và đường trên TC đều song song hay trùng với các

MP và đường tương ứng của NQS trên TĐ

_Tâm của TC thường được đặt ở những điểm nhất định nào đó như mắt người quan sát hay tâm TĐ Khi đó ta sẽ nhận được những hình chiếu khác nhau củacùng một TC bổ trợ

_TC chỉ có tính ước lệ và không phản ánh vòm trời mà ta quan sát thấy bằng mắt một cách tuyệt đối chính xác

I THIÊN CẦU VỚI TÂM TẠI MẮT NGƯỜI QUAN SÁT VÀ TẠI TÂM TRÁI ĐẤT

II CÁC ĐƯỜNG , ĐIỂM VÀ VÒNG TRÒN CHÍNH TRÊN THIÊN CẦU_ pn ps là trục TĐ Điểm pn, ps là địa cực Bắc và địa cực Nam, MP qq’ là Xích đạo NQS ở điểm O trên TĐ

_ TĐ quay từ Tây sang Đông Đoạn OC là đường dây dọi đi qua vị trí NQS và qua O ta dựng được MP CCT vuông góc với đường dây dọi

_ Giao của MP CCT với MP kinh tuyến đi qua O là đường Tí - Ngọ NS, vuông góc với NS là đường Đông - Tây EW

_ NQS sẽ thấy TC quay từ Đông sang Tây Đường kính ZOn là đường dây dọi (đường thẳng đứng ) đi qua vị trí NQS Điểm Z là thiên đỉnh và n là thiên đế._ Vòng tròn lớn NESWN là MP CCT Nó chia TC ra làm hai : phần trên chân trời có chứa thiên đỉnh và phần dưới chân trời có chứa thiên đế

_ Vòng tròn lớn PnZPsnPn là TKT NQS Đường PnPs là thiên trục Pn và Ps là thiên cực Thiên cực nằm ở phần TC trên MPCTT là thiên cực thượng, còn lại là thiên cực hạ

_ TKT NQS chia TC ra làm 2 nửa : Đông và Tây

_ Thiên trục chia TKT NQS làm 2 phần : phần chứa thiên đỉnh được gọi là TKT thượng và phần chứa thiên đế là TKT hạ

_ Vòng tròn lớn QEQ’WQ vuông góc với PnPs là MPTXĐ và chia TC ra làm 2 nửa : bán cầu Bắc và bán cầu Nam

_ Giao tuyến của MPTXĐ và MP CCT là đường EW và cùng với N S, chân trờiđược chia thành 4 phần tư : NE ; SE ; SW và NW

_ TC thay thế hướng tới các TT bằng các điểm trên mặt cầu, các MP bằng cácvòng tròn và các góc bằng các cung Ta không phải quan tâm đến sự khác biệt về khoảng cách giữa các ngôi sao

_ Với những TT ở rất xa, ta không thể nhận ra được sự di chuyển nếu chúng chuyển động theo phương trùng với phương của tia nhìn từ mắt ta, ta chỉ nhận thấy được sự di chuyển của chúng khi chúng chuyển động cắt ngang tia nhìn._ Tất cả những tính chất trên của TC cho phép ta đơn giản hóa đáng kể các tọa độ của thiên thể và nghiên cưú sự chuyển động của chúng

III CÁC HỆ TỌA ĐỘ CỦA THIÊN THỂ

Trong Thiên văn hàng hải có 3 hệ tọa độ được sử dụng Đó là :

1 HTĐ chân trời : Phương vị & Độ cao

2 HTĐ xích đạo loại 1

3 HTĐ xích đạo loại 2

a) HỆ TỌA ĐỘ CHÂN TRỜI

+ Vị trí của bất kỳ điểm nào trên Thiên cầu được xác định bằng 2 tọa độ : phương vị và độ cao

+ PHƯƠNG VỊ ( A ) : Gồm có 3 loại :

1 PV nguyên vòng ( A ) : Độ lớn từ 0o- 360o

2 PV bán vòng ( A 1/ 2 ) : Độ lớn từ 0o - 180o

3 PV 1/ 4 vòng ( A 1/ 4 ) : Độ lớn từ 0o - 90o

+ ĐỘ CAO : Có giá trị từ 00 – 900, h có thể >0, có thể <0 để thay thế cho h thìngười ta dùng đỉnh cự z=900 – h Đỉnh cự, ký hiệu là z, có giá trị từ 00 – 1800.+ PHƯƠNG VỊ CỦA THIÊN THỂ

+ ĐỘ CAO CỦA THIÊN THỂ

Hệ tọa độ chân trờiI

b) HỆ TỌA ĐỘ XÍCH ĐẠO LOẠI 1

Vị trí của một điểm trên Thiên cầu được xác định bằng 2 tọa độ : góc giờ và xích vĩ

Góc giờ : Là cung của thiên xích đạo tính từ thiên kinh tuyến thượng người quan sát về phía W hay E đến kinh tuyến của thiên thể

Xích vĩ : Là góc ở tâm Thiên cầu kẹp giữa mặt phẳng thiên xích đạo và hướng tới thiên thể Xích vĩ còn được đo bằng cung trên thiên kinh tuyến của thiên thể tính từ thiên xích đạo đến vị trí của thiên thể

_ Góc giờ hướng tây là cung

của thiên xích đạo được

tính từ 00 về phía Tây đến

thiên kinh tuyến chứa thiên

thể giới hạn từ 00 - 3600

_ Góc giờ thực dụng là cung

của thiên xích đạo được

tính từ kinh tuyến thượng

của người quan sát về phía

Đông hoặc phia Tây đến

thiên kinh tuyến chứa thiên

thể giới hạn từ 00-1800

Giá trị : 0o- 360o

Có thể mang tên W hay E

tw + tE = 360o

Trong thực tế thường sử

dụng góc giờ Tây

Góc giờ Tây cũng được

dùng để lập các bảng

trong Lịch Thiên văn

Trong thực tế thường

sử dụng góc giờ

Tây

Góc giờ Tây cũng

được dùng để lập

các bảng trong

Lịch Thiên văn

hàng hải .

c) HỆ TỌA ĐỘ XÍCH ĐẠO LOẠI 2

_ Vị trí của một điểm trên Thiên cầu được xác định bằng 2 tọa độ : xích vĩ và xích kinh

+ Xích vĩ : Tương tự xích vĩ trong hệ tọa độ xích đạo loại 1

+ Xích kinh : Đo bằng cung trên thiên xích đạo tính từ điểm Xuân phân ( Aries ) về phía Đông đến kinh tuyến của thiên thể giới hạn từ 00-3600 Để thay thế cho xích kinh ta dùng đại lượng xích kinh nghịch SHA=3600 – xích kinh

_ Góc giờ hướng tây là cung

của thiên xích đạo được

tính từ 00 về phía Tây đến

thiên kinh tuyến chứa thiên

thể giới hạn từ 00 - 3600

_ Góc giờ thực dụng là cung

của thiên xích đạo được

tính từ kinh tuyến thượng

của người quan sát về phía

Đông hoặc phia Tây đến

thiên kinh tuyến chứa thiên

thể giới hạn từ 00-1800

Giá trị : 0o- 360o

Có thể mang tên W hay E

tw + tE = 360o

Trong thực tế thường sử

dụng góc giờ Tây

Góc giờ Tây cũng được

dùng để lập các bảng

trong Lịch Thiên văn

Trong thực tế thường

sử dụng góc giờ

Tây

Góc giờ Tây cũng

được dùng để lập

các bảng trong

Lịch Thiên văn

hàng hải

HỆ TỌA ĐỘ XÍCH ĐẠO LOẠI 2

d) BIỂU DIỄN THIÊN CẦU

_ Khi người quan sát thay đổi vĩ độ ( vị trí ) thì hình ảnh của bầu trời cũng thayđổi theo

_Trong Thiên văn hàng hải, người ta áp dụng 2 phép biểu diễn Thiên cầu chủ yếu như sau :

1 TC với tâm ở mắt người quan sát

2 TC với tâm là tâm Trái đất : Thông dụng hơn

_ Để biểu diễn Thiên cầu ta dựa vào một kết luận trong Thiên văn hàng hải như sau :

Độ cao thiên cực thượng = Vĩ độ NQS

+ TRÌNH TỰ DỰNG THIÊN CẦU

1 Dựng 1 vòng tròn có bán kính tùy ý là TKTNQS

2 Dựng đường dây dọi Zn qua tâm của vòng tròn trên

3 Dựng đường NS vuông góc với đường Zn và vòng tròn lớn biểu diễn

MPCTT Giao điểm của MPCTT với TKTNQS cho ta 2 điểm N và S

4 Từ điểm N hay S đặt về phía thiên đỉnh 1 cung có độ lớn bằng vĩ độ và nằm trên TKTNQS ta sẽ xác định được thiên cực thượng là điểm Pn hay

Ps Dựng thiên trục PnPs

5 Dựng MPTXĐ QQ’ vuông góc với thiên trục Giao điểm của MPTXĐ với MPCTT sẽ là điểm E và W

+ THIÊN CẦU VỚI TÂM TẠI MẮT NGƯỜI QUAN SÁT VÀ TẠI TÂM TRÁI ĐẤT

CHƯƠNG 2 : TAM GIÁC THỊ SAI CỦA THIÊN THỂ VA ØCÁCH GIẢI

_ TG thị sai PnZC liên

kết các tọa độ Thiên

văn h, A, d và t với

các tọa độ địa lý là

kinh độ và vĩ độ của

NQS.

_ Các bài toán cơ bản

của TVHH đều có thể

giải được bằng việc sử

dụng tam giác thị sai

TG thị sai PnZC liên

kết các tọa độ Thiên

văn h, A, d và t với

các tọa độ địa lý là

kinh độ và vĩ độ của

NQS.

Các bài toán cơ bản

của TVHH đều có

thể giải được bằng

việc sử dụng tam

giác thị sai

CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN CỦA TAM GIÁC CẦU

Các công thức dưới được áp dụng để giải các tam giác cầu Chủ yếu là để tính toán độ cao và phương vị của thiên thể

+ Công thức cosin của một cạnh

+ Công thức cosin của một góc

+ Công thức sin

+ Công thức 4 yếu tố ( Công thức Cotang )

+ Công thức 5 yếu tố

CHƯƠNG 3 : CHUYỂN ĐỘNG NHÌN THẤY NGÀY ĐÊM CỦA THIÊN THỂ_ Tất cả các thiên thể, tuy không thay đổi vị trí tương đối với nhau, đều dịch chuyển trên vòm trời với chu kỳ một ngày đêm

_ Phần lớn các TT chuyển động từ Đông sang Tây

_ Nguyên nhân của hiện tượng này là do Trái đất quay xung quanh trục của mình

_ NQS như cảm thấy rằng TC cùng với tất cả các TT trên đó sẽ quay quanh trục của TC Chuyển động đó gọi là “ Chuyển động nhìn thấy ngày đêm của

_ Do CĐ ngày đêm mà tất cả các TT trong khi cùng quay với TC, sẽ CĐ theo một quĩ đạo song song với Xích đạo và khoảng cách tới Xích đạo bằng chính xích vĩ của TT đó, ta gọi đó là CĐ NHÌN THẤY NGÀY ĐÊM CỦA CÁC TT ( thực chất là CĐ ảo của các TT gây ra do CĐ quay của Trái đất )

_ Trong CĐ ngày đêm , các TT sẽ cắt MPCT cố định, vòng thẳng đứng gốc và KTNQS

I QUĨ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG NHÌN THẤY NGÀY ĐÊM CỦA THIÊN THỂ

_ d < 90o - j : TT cắt đường chân trời ( có mọc, lặn )

_ d > 90o - j và cùng tên với j : TT không lặn còn khác tên với j thì TT không mọc

_ d = 90o - j và khác tên j : TT sẽ tiếp xúc với đường chân trời đúng vào thời điểm qua kinh tuyến thượng

_ d < j : TT cắt vòng thẳng đứng gốc

_ d = j và cùng tên với j : TT đi qua thiên đỉnh

II NGƯỜI QUAN SÁT Ở XÍCH ĐẠO

jd

III NGƯỜI QUAN SÁT Ở CỰC

_ Tất cả các TT đều có mọc

và lặn

_ Thời gian ở trên và dưới

chân trời là như nhau ( ở

xích đạo, ngày và đêm luôn

bằng nhau )

_ Không có TT nào cắt vòng

thẳng đứng gốc vì luôn có d >

j = 0o

_Không có các điểm N, S, E và

W của chân trời

_Các TT trong CĐNĐ đều vạch những vòng độ cao bằng xích vĩ của chúng

_Các TT không mọc và không lặn.NQS không bao giờ thấy TT có xích vĩ khác tên với vĩ độ

IV NQS Ở VĨ ĐỘ TRUNG GIAN

_ Một số TT đi qua vòng thẳng đứng gốc hay thiên đỉnh NQS

_ Tất cả tuỳ thuộc vào sự liên hệ giữa xích vĩ của TT và vĩ độ NQS

V SỰ BIẾN THIÊN TỌA ĐỘ CỦA THIÊN THỂ TRONG CĐNTNĐ

_ Góc giờ của một TT sẽ tăng từ 0o đến 360o

_ Xích vĩ và xích kinh của TT không thay đổi

_ Độ cao và phương vị của TT biến thiên không đều Tốc độ biến thiên thay đổi theo từng thời điểm trong ngày

1) SỰ BIẾN THIÊN CỦA ĐỘ CAO ( DH )

_ Với NQS trên xích đạo, sự biến thiên của độ cao TT là lớn nhất, còn NQS ở cực thì độ cao của tất cả các TT đều không đổi

_ Với một vĩ độ nào đó thì sự biến thiên của độ cao không đều, cụ thể là :_ Khi TT đi qua TKT hạ thì DH = 0, sau đó DH tăng dần và đat MAX khi TT cắtvòng thẳng đứng gốc phía E rồi giảm dần về 0 khi TT qua TKT thượng

_ Sau đó DH lại tăng dần và đat MAX khi TT cắt vòng thẳng đứng gốc phía W,sau đó lại giảm dần về 0 khi TT qua TKT hạ

2) SỰ BIẾN THIÊN CỦA PHƯƠNG VỊ

_ Với NQS ở cực thì PV thay đổi đều theo thời gian

_ Ở xích đạo hay những vĩ độ nhỏ, PV của TT thay đổi không đều, lúc thì rất nhanh, lúc thì lại hầu như không đổi

_ Tốc độ biến thiên PV sẽ lớn nhất vào lúc qua kinh tuyến, còn từ lúc mọc, lặn đến lúc qua vòng thẳng đứng gốc thì tốc độ biến thiên là nhỏ nhất

_ Trong thực hành thường chọn thời điểm TT mọc, lặn để đo PV xác định sai số la bàn

CHƯƠNG 4 : CHUYỂN ĐỘNG QUĨ ĐẠO CỦA TRÁI ĐẤT QUANH MẶT TRỜI CHUYỂN ĐỘNG NHÌN THẤY HẰNG NĂM CỦA MẶT TRỜI

-I QUI LUẬT CĐ CỦA TĐ VÀ CÁC HÀNH TINH TRONG HỆ MẶT TRỜI

_ Quĩ đạo của các HT ( cả Trái đất ) là những hình Elip mà Mặt trời là 1 trong

2 tiêu điểm của nó

_ Ở gần Mặt trời thì các hành tinh CĐ nhanh hơn, còn ở xa Mặt trời thì các hành tinh CĐ chậm hơn

II CĐ CỦA TRÁI ĐẤT THEO QUĨ ĐẠO

_ Ngoài CĐ tự quay quanh trục của mình, TĐ và các HT khác còn quay theo quĩ đạo hình Elip quanh MT

_ Trong khi quay quanh MT, trục chính của TĐ luôn giữ một hướng không đổi trong không gian và nghiêng với MP của quĩ đạo Elip một góc 66o 30/

_ CĐ của TĐ trên quĩ đạo diễn ra không đều, TĐ sẽ CĐ nhanh nhất ở cận điểm với V = 30, 3 km / s vào khoảng ngày 4 - 1, chậm nhất ở viễn điểm với

V = 29, 2 km/ s vào khoảng ngày 4 - 7

_ Tốc độ quĩ đạo trung bình V = 29, 76 km / s ở các ngày phân điểm

III CĐ NHÌN THẤY HẰNG NĂM CỦA MẶT TRỜI ( HOÀNG ĐẠO )

Quan sát MT trong một thời gian dài, ta nhận thấy những điểm sau trong CĐNTNĐ của nó :

_ Các điểm mọc, lặn của MT di chuyển theo đường chân trời từ ngày này sangngày khác

_ Độ cao kinh tuyến của MT thay đổi một cách có hệ thống : về mùa hè MT lên khỏi đường chân trời cao hơn về mùa đông

_ Khoảng thời gian MT ở trên chân trời và ở dưới chân trời thay đổi liên tục trong 1 năm

Đường thấp nhất là đường đi của mặt trời được chụp trong ngày đơng chí 22/12 và đường cao nhất là hạ chí 20/6

_ Vào những giờ nhất định ban đêm, hình ảnh bầu trời không như nhau mà thay đổi một cách liên tục, nhưng vị trí tương đối giữa các vì sao vẫn giữ nguyên ( thực tế là bầu trời giữ nguyên, nhưng do TĐ CĐ theo quĩ đạo nên ở trên TĐ ta thấy là bầu trời thay đổi )

_ Đều đặn hằng năm, tất cả các hiện tượng liên quan đến MT đều được lặp lại

_ Ta rút ra kết luận rằng : ngoài CĐ nhìn thấy ngày đêm, MT còn có CĐ riêng trên Thiên cầu với chu kỳ 1 năm và CĐ này được gọi là “CĐ nhìn thấy hằng năm của MT “

IV HOÀNG ĐẠO

_ Khi đánh dấu vị trí của Mặt trời lên Thiên cầu trong suốt 1 năm, ta nhận thấy rằng tất cả các vị trí đó đều nằm trên một vòng tròn lớn Mặt phẳng của vòng tròn lớn này nghiêng với mặt phẳng xích đạo một góc không đổi là e = 23o 27’ = 23o 5 Vòng tròn đó được gọi là Hoàng đạo

_ Hoàng đạo là sự mô tả hình chiếu của quĩ đạo Trái đất trên Thiên cầu

CHUYỂN ĐỘNG NHÌN THẤY HẰNG NĂM CỦA MẶTTRỜI

V NHỮNG BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CĐ HẰNG NĂM CỦA MT

_ TÍNH GẦN ĐÚNG a¤ VÀ d¤ VÀO NGÀY ĐÃ CHO

_ XĐ NGÀY BẮT ĐẦU VÀ KẾT THÚC NGÀY CỰC ( ĐÊM CỰC ) Ở VĨ ĐỘ ĐÃ CHO

_ XĐ VĨ ĐỘ MÀ Ở ĐÓ, NGÀY CỰC HAY ĐÊM CỰC SẼ KÉO DÀI TRONG MỘT THỜI GIAN NÀO ĐÓ

_ XĐ NGÀY ¤ QUA THIÊN ĐỈNH Ở MỘT VĨ ĐỘ NÀO ĐÓ

_ Biến thiên xích kinh ¤ trung bình bằng 1o / ngày

_ Biến thiên xích vĩ ¤ trong 1 ngày đêm thì có thể là 0o 1, 0o 3 hay 0o 4 / ngày

VI CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN CĐ NHÌN THẤY CỦA ¤

1) CÁC ĐỚI KHÍ HẬU

2) CÁC MÙA TRONG NĂM

CÁC ĐỚI KHÍ HẬU

_ Vùng Nhiệt đới : 1 năm ¤ qua thiên đỉnh 2 lần, còn tại ranh giới của vùng, ¤ qua thiên đỉnh 1 lần vào giữa trưa

_ Vùng Ôn đới : ¤ không bao giờø qua thiên đỉnh và hằng ngày ¤ đều mọc và lặn

_ Vùng Hàn đới : Một số ngày ¤ hoàn toàn không mọc (đêm cực) còn một số ngày khác ¤ không lặn (ngày cực)

VII CÁC MÙA TRONG NĂM

_ Độ cao của ¤ trên chân trời tại một điểm trên TĐ biến đổi rất lớn trong thời gian 1 năm Do vậy nhiệt lượng nhận được tại điểm đó lúc tăng lúc giảm và tạo ra các mùa khác nhau

_ Từ đó, ta phân chia thành 4 mùa như sau :

1 Mùa xuân : Từ 21 - 3 đến 22 – 6

2 Mùa hè : Từ 22 - 6 đến 23 – 9

3 Mùa thu : Từ 23 - 9 đến 22 – 12

4 Mùa đông : Từ 22 - 12 đến 21 - 3 năm sau

NGƯỜI QUAN SÁT Ở XÍCH ĐẠO

_ Vào những ngày phân

điểm : 21 - 3 và 23 - 9 ¤

sẽ đi qua thiên đỉnh vào

lúc giữa trưa

_ Trong CĐ ngày đêm, ¤

không cắt vòng thẳng

đứng gốc và chỉ đi qua 2

phần tư của chân trời.

NQS Ở VÙNG NHIỆT ĐỚI

_ Hằng ngày ¤ có mọc và lặn Thời gian ban ngày và ban đêm không bằng nhau.

_ Trong 1 năm, có 2 ngày

¤ sẽ đi qua thiên đỉnh của NQS vào lúc giữa trưa.

_ Trong CĐ ngày đêm ¤ có thể đi qua 2 hay cả 4 phần tư của chân trời.

phần tư của chân trời