Dzięki wielowiekowemu rozwojowi astronomii, odkryciom geograficznym i rozwojowi technologii, pomiar pozycji na Ziemi nie stanowi obecnie większego problemu. Podobnie nie jest kwestią problematyczną precyzyjny pomiar czasu. Pamiętajmy jednak, że nawet gdy już istniały dość precyzyjnie mapy i znany był rzeczywisty rozkład kontynentów i mórz, pomiar czasu miał kluczowe znaczenie. Jednym z elementów pozwalających na określenie pozycji było bowiem określenie długości geograficznejdługość geograficznadługości geograficznej na podstawie pomiaru czasu rzeczywistego i różnicy czasu słonecznego dla dwóch odległych miejsc.

Jak wiesz, względy praktyczne dotyczące ustalania pozycji – a zatem również lokalizacji określonych miejsc na Ziemi – sprawiły, że kartografowie wykorzystują siatkę kartograficzną, która odzwierciedla siatkę geograficzną na mapie lub globusie. Tworzą ją równoleżniki i południki. Równoleżniki to okręgi wyznaczone przez płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu Ziemi, przecinające jej powierzchnię. Najdłuższym równoleżnikiem jest równik. Szerokość geograficzną wyznacza więc kąt pomiędzy płaszczyzną równika i danym punktem na powierzchni Ziemi, mierzony w płaszczyźnie wyznaczonej przez oś obrotu Ziemi. Z kolei południki to najkrótsze linie łączące bieguny geograficzne, czyli punkty odpowiadające miejscu przejścia osi obrotu Ziemi przez jej powierzchnię. Chociaż równik wyznacza równoleżnik zerowy i dzieli Ziemię na półkulę północną i południową, a jego charakter ma uzasadnienie wynikające z cech geometrycznych kuli ziemskiej, to lokalizacja południka zerowego jest umowna, gdyż wszystkie południki geometrycznie są identyczne. Stąd przyjęto, że południk zerowy odpowiada lokalizacji obserwatorium astronomicznego w Greenwich. Dzięki temu możliwe było opisanie długości geograficznej w stopniach i jej podział na wschodnią (E) i zachodnią (W).

Długość i szerokość geograficzna, rozumiane jako współrzędne geograficzne, określają położenie dowolnego punktu na powierzchni Ziemi. Obie wielkości mierzone są w mierze kątowej, czyli w stopniach, minutach i sekundach. Każda z jednostek poziomu wyższego dzieli się na 60 jednostek poziomu niższego.

Jak być może wiesz, na podstawie pomiaru czasu dzielącego kolejne górowania Słońca ustalono, że prawdziwa doba słoneczna trwa 23 h 56 min 4,091 s. Wyznacza ją czas dzielący moment wystąpienia tzw. południa prawdziwego, które następuje w momencie górowania Słońca, czyli kiedy Słońce góruje nad określonym południkiem. Południe słoneczne wyznacza godzinę 12:00 czasu słonecznego.

Ze względów praktycznych przyjęto umownie, że średnia długość doby słonecznej wynosi 24 godziny. Czas trwania umownej doby słonecznej odpowiada więc w pewnym przybliżeniu długości doby astronomicznej będącej bezpośrednim następstwem ruchu wirowego Ziemi (doby gwiazdowej - okres między dwoma kolejnymi górowaniami punktu Barana). Takie uproszczenie pozwala w łatwy sposób odnieść czas słoneczny i godzinę południa prawdziwego do długości geograficznej i czasu rzeczywistego.

Jest to konsekwencją faktu, że obrót Ziemi o kąt 15° trwa 1 godzinę czasu słonecznego średniego, o 1° odpowiednio 4 minuty, a w czasie 1 minuty Ziemia obraca się o kąt 15′ (minut). Jest to efektem prostego podziału 360°, czyli kątowej miary obwodu kuli ziemskiej, na kąty odpowiadające średniej dobie słonecznej i krótszym jej interwałom czasu (tabela poniżej).

Zależność czasu obrotu Ziemi o określony kąt pozwala na ustalenie różnicy długości geograficznej dla dwóch miejsc położonych na południkach odległych o ustalony interwał czasu słonecznego od miejsca, dla którego określony jest czas słoneczny.  Należy jednak pamiętać, że skoro ruch Ziemi następuje z zachodu na wschód, to na wschód do południka obserwatora będą występowały godziny późniejsze, a na zachód godziny wcześniejsze. W praktyce, przy przeliczaniu różnicy czasu słonecznego na różnicę długości geograficznej dzielącej dwie lokalizacje, jeśli czas obserwatora ma godzinę wcześniejszą niż punkt, dla którego chcemy ustalić długość geograficzną, to punkt ten musi być położony na wschód. W przeciwnym razie punkt położony jest na zachód od południka obserwatora.

Przeliczając różnicę czasu na długość geograficzną, należy uwzględniać przejście przez południk zerowy, od którego następuje pomiar długości geograficznej w zakresie od zera do 180°, a także pomiar czasu uniwersalnego. Należy też uwzględniać miejsce zmiany daty (godzina 0:00). Zatem w kierunku wschodnim od południka Greenwich do czasu lokalnego dodajemy czas wynikający z przeliczenia różnicy czasu słonecznego, zaś w kierunku zachodnim odejmujemy. Różnica kątowa długości geograficznej w obliczeniach z użyciem różnicy czasu słonecznego musi ponadto uwzględniać przejście przez południk zerowy. Stąd w obliczeniach należy wziąć pod uwagę odległość południkową odpowiadającą długości wschodniej i zachodniej, proporcjonalnie do kąta dzielącego dwie lokalizacje na półkulę wschodnią i zachodnią, co ilustruje poniższy schemat:

RlDmeeE4nkM9p

Ilustracja przedstawia trzy linie pionowe oznaczające południki. Lewa linia oznaczona jest jako 15 stopni na zachód, środkowa linia zero stopni, a prawa linia 15 stopni na wschód. Pod liniami znajdują się oznaczenia godzin, z których wynika, iż jeśli na południku zero jest godzina dwunasta, to na południku 15 stopni na zachód jest godzina jedenasta, a na południku 15 stopni na wschód - godzina trzynasta. W kierunku zachodnim dodawana jest godzina, a w kierunku wschodnim odejmowana godzina.

Jeśli nadal masz wątpliwości odnośnie do podstaw teoretycznych i metodyki przeliczania czasu słonecznego na różnicę długości geograficznej, zapoznaj się z grafika interaktywną.

Słownik