1. 太空導航的三大要素
【作者:黃姤】
1990年2月14這天,正在脫離太陽系飛往銀河系中心方向的旅行者1號,轉過了身拍下了一張經典的照片—— 淡藍色的小點。
圖解: 旅行者1號在冥王星位置對地球拍攝了一張驚世回眸的照片藍色的地球變成了淡藍色的小點
這個時候旅行者1號離開自己的出發地佛羅里達州卡納維爾角已經足足有60億公里了,在此之前完成了訪問木星和土星的任務,並且第1次近距離飛越了土衛六,讓我們了解了這顆土星最大衛星的大氣組成,看到 淡藍色的小點 照片,往往讓人感嘆宇宙的浩瀚和人類的渺小,但其實還有一個讓人感到特別震撼的地方,那就是假設反過來在從照片的拍攝地出發,在飛行了12年飛過了60億公里之後,還能夠准確無誤地對准連一個像素都不到的地球並對它進行拍攝,這一切簡直充滿了魔幻的感覺,換句話說,旅行者1號究竟是怎麼做到的,究竟用了什麼樣的方法,才能把各種各樣的探測器准確地導航到5500萬公里以外的火星,15億公里以外的土星和50億公里以外的冥王星的。
先看看我們大家都很熟悉的導航軟體,平時我們使用的導航軟體無外乎就是三個要素:
這三樣東西要麼已經長在了我們的腦子里,要麼就是被裝到了導航的軟體里。
舉例說明:
我能夠不開導航就能從家裡面走到公司,就是因為我既知道我的家在哪,也知道我的公司在哪,還知道連接起(家-公司)的街道長什麼樣子,所以在從家走到公司的途中,就能清楚地知道我在每一個時間點都在什麼樣的位置。
其實導航軟體也是這樣乾的,只不過地圖換成了衛星地圖,位置換成了由GPS或者北斗衛星來提供,路線規劃直接交給了演算法,本質上還是一個道理的,所以換到天上去,同樣也可以用這種邏輯來工作,下面來為大家一一分析。
太空地圖跟地面上的地圖唯一區別就是太空地圖會運動,運動並不是一個棘手的問題,實際上卻並沒有想像中那麼復雜,因為這個會動的太空地圖是有規律可循的,而且早在400年前就已經弄明白它的運動規律了,第古·布拉赫的精確嚴密觀測、約翰尼斯·開普勒的行星運動三大定律及艾薩克·牛頓的萬有引力定律來為此作出了突出的貢獻,盡管這三個人中大概不會有任何一個人曾經想到,僅僅在400年以後未來的人類居然就可以利用他們的理論,從地球出發去到那些他們根本就無法看到的宇宙深空。
目前只需要對某一顆星體進行少數幾次的天文觀測除,就可以計算出它們精確的運行軌道與運行速度等重要信息了,從而掌握它在未來任意時刻的空間位置,這樣就可以就精確地知道目的地的准確位置了。
當我們出發的時候,怎樣才能像在地面上一樣隨時獲得精確的定位信息呢?這里也有幾種不同的方法, 重點介紹其中的三個方法:
第一個方法:在大航海時代最重要的工具——六分儀 。
2. 歷史上有多少航海事件
公元15世紀是東西方航海事業大發展時期。1405~1433年,中國航海家鄭和率船隊七下西洋,歷經30多個國家和地區,遠航至非洲東岸的現索馬里和肯亞一帶,成為中國航海史上的創舉。1420年葡萄牙創辦了航海學校;船長迪亞士在1487年航海到非洲最南端,命名該地為好望角;1497年伽馬率船隊從里斯本出發繞好望角到印度。此後葡萄牙人又到達中國、日本。1492年10月義大利航海家哥倫布發現了美洲大陸。1499~1500年,義大利航海家亞美利哥2次登上美洲大陸考察,證實這片陸地是一片新發現的陸地,而不是哥倫布當年認為的印度島嶼,故命名新大陸為亞美利加洲,簡稱美洲。16世紀始,航海技術迅速發展。1569年地理學家墨卡托發明的投影成為現代海圖繪制的基礎。進入20世紀後,現代航海技術取得重大成就,60年代出現奧米加導航系統,隨後又出現和應用了衛星導航系統、自動標繪雷達等。
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