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[娱乐] 有关宇佐见莲子定位/时间测量原理在三次元中的实现

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发表于 2014-4-26 15:25:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 ErwinTATP 于 2014-4-26 18:08 编辑

写在前面:
1,本文发在东方讨论区可能不合适,欢迎移动扣分。
2,本文配图繁多,部分配图很重要,虽然大多数配图只是为了好玩。请使用电脑网页版浏览。(更新:图床已换,如有问题请再联系。)
3,作者语文水平差,文章可理解程度如标题所示。


正常人不依靠任何设备,仅依靠【裸眼】观测天文现象,能实现莲子那样的精确测量&精确定位吗?
答:不能。

著名生物学家Dio Brando说过,人类是有极限的。
人眼角分辨率极限为1角分。至于1角分有多大,天文社团比较喜欢用手指做比喻,不过我想了个更有趣的说法:胳膊伸直做僵尸状,伸出中指,它覆盖的角度范围是1度;满月的大小是这个的一半也就是29角分~30角分左右。太阳的大小是30角分多一点,但请千万不要尝试去看。
一角分就是一度(一根手指)的60分之一,满月直径的30分之一了。

““海里”传统上定义为子午线1角分的长度”,所以1分=1海里=1.852公里。人眼能够做到的经纬度误差是1分,这个范围就是3.43平方公里,相当于一个摩纳哥……至少,不可能潇洒地报出“东经 **度**分**秒”。
而这只是人眼的分辨【能力】极限,还没有说到怎么测量【数值】。因为1毫米的东西谁都能能看见(配眼镜去),但不是每个人看一眼就能知道一个东西精确到毫米的长度。

至于用人眼估计星体的角度【数值】具体能精确到什么程度,先来讲讲第谷·布拉赫的故事。

画师还算比较厚道,其实那个鼻子是假的。他年轻时跟人决斗鼻子被削掉了,然后就做了几个假的,有黄铜的有黄金的。
没错,第谷·布拉赫是一个土豪,具体土豪到什么程度:
第谷想要一个观测站,于是丹麦国王赏了他一个岛(汶岛)建观测站。第谷建设了“天堡”(Uraniborg)和“星堡”(Stjerneborg)两座天文台,外加印刷厂图书馆实验室等等。造价为丹麦全国财政预算的1%,据估计为一吨黄金。
天堡主楼。
第谷·布拉赫进行了无数观测,攒下了大量数据,编制了当时最精确的星表。第谷去世后,将三十年的观测数据全部交给了他的助手开普勒。开普勒用这个数据推算火星和金星的轨道,发现一个问题:哥白尼认为行星按照正圆形轨道进行匀速运动,但第谷的数据无论如何都对不上这个模型。
这个故事的结局广为人知:开普勒提出了行星运动三大定律,成为万有引力定律的铺垫blablabla。但是其中有个细节值得注意:开普勒没有怀疑“第谷测错了”,因为第谷数据和哥白尼模型的误差为仅为8角分,小指的八分之一稍微多一点。倒不是因为开普勒尊重老师,这俩因为日心说问题吵翻过好多次;估计只是因为开普勒觉得自己怎么看都没有第谷测得准,要是自己测了反而干扰计算。
今天来看8分的差距相当不能忍(100多平方公里啊),然而我们还是要膜拜一下第谷的精确度,因为天文望远镜是第谷·布拉赫去世8年后才发明的。
第谷之前没人能测得和他一样准确,第谷去世之后不久大家都用望远镜了,因此可以认为【“第谷的观测数据”就是人眼估计角度的极限】。

揭晓答案吧,据估计,第谷的数据精确度在几十角秒到2角分之间。传说第谷对炼金术颇有研究,估计他可能用那个鼻子和视力做等价交换了……
当然这不科学。

而且第谷作弊了。和莲子不一样,第谷用了一些辅助设备来达到人眼的极限:

这是第谷用的四分仪,半径两米有余,需要三个人才能观测:第谷观星(右边的观测者),助手一号看钟(下方),助手二号记录时间和高度(左下角)。背景左上的窗户外有个浑仪,实物为黄铜制,直径3米,差不多一层楼高……
背景右上则是第谷发明的“纪限仪”,北京古观象台有一件仿品,制于康熙年间,由南怀仁设计。
不过,不太可能带着这玩意做一次说走就走的旅行吧。
我不做人了
“二次元人物的眼睛大,说不定分辨率更高?”


好吧既然你如此坚持,那么简单说说1角分分辨率是如何算出来的。首先,少年,你知道衍射吗?要是这都不知道我就没法讲了……
知道就好,你很有想法,加入我们观测组吧……咳咳。反正我的光学也就是维基百科“衍射”条目的水平,所以应该不会太难。总之就是有光源,有障碍物(光阑),光波偏离直线传播,这么一种光学现象。
如果进入光阑的光源为【平行光】,那么这个衍射就叫做【夫琅禾费衍射】。而产生夫琅禾费衍射所用的光阑为圆孔的话,这个现象就叫……圆孔夫琅禾费衍射。圆孔夫琅禾费衍射产生的像叫做【爱里斑】。
#define 夫琅和费衍射 进入光阑的光源为平行光的衍射;
#define 爱里斑 圆孔夫琅和费衍射产生的像斑;
(夫琅禾费,又译夫琅和费、弗伦霍夫等。)
好了接着讲。通过丧心病狂的积分(用傍轴条件计算复振幅表示的基尔霍夫公式积分得含有一阶贝塞尔函数的表达式,此括号内容尽量让你看不懂因为我也不知道我编了些啥)计算,可以得出爱里斑的半角宽度为:
λ为入射光波长(可见光为400~740纳米),D为入射圆孔的直径,结果θ是爱里斑的半角宽度,单位为弧度。至于爱里斑投到像面上的大小,还和焦距有关。
不难想象,如果两个光源(比如,两个星体)距离很近,经夫琅和费衍射形成的像斑距离很近,那么两个像斑就混成一砣无法分辨出来了。此时就算增大焦距让两个像斑距离更远,像斑也同步增大了,因此还是分不出来。就像图中所示。


这个东西叫做瑞利判据 。
-----背景交代完了是不是应该来个分割呢------
虽然生活中出现的平行光比较少,但是一切使用透镜的光学系统(望远镜,显微镜,放大镜,人眼)都存在这种衍射,因为单透镜=两个透镜+一个有限光阑:(为什么可以这么相等就涉及到波纹原理……不对是波动光学了)

因此我们看见的星星,屏幕上的像素,都有夫琅和费衍射;夫琅和费衍射形成的像斑宽度就是光学系统分辨率的极限。
不管晶状体的放大倍数如何,对焦是否准确,有何等牛逼的视网膜神经系统,瞳孔的d为2~8毫米不能再大了。因此计算而得:

重复一遍:更改放大倍数,更改焦距,像斑距离增大,像斑尺寸也增大,原来分不开现在还是分不开。
光学系统的分辨率只和入射孔尺寸有关。

于是计算一下实现秒级分辨率需要多大的瞳孔。波长为红光700nm, 分辨率为1角秒,算出来的D大约是176mm
176mm的瞳孔什么概念,我想到了两种解释:1,脑袋里除了一个眼球之外就不剩别的什么了。2,萃香。
所以只能说,莲子的定位依靠的不是光学系统。可能的解释:

1,二次元光学(不是二维光学),这种光学同样能够解释澡堂中更衣室里或裙下出现未知来源亮光的奇妙光学现象。
2,非光学原理,或者按照我的同学的说法叫做“读取服务器后台”。具体解释请参考服务器后台。






























正常人真的没法做到吗?
答:如果允许辅助设备的话……18世纪之后每个人都能做到。现有的便携设备精度没法到达莲子的程度,但是精确到6角秒(0.1分,185米)还是没问题的。
比如如果你知道美国有一些专用卫星组成的网络可以发射信号,而你手头有一台可以接收这种信号的机器的话,就可以利用很方便的进行三角测距法,算出经纬度了;而且已经有些程序可以辅助计算……
啊什么?哦你们不要GPS就提前说嘛,你们不说我怎么知道……刀刀刀放下疼疼疼疼要死要死要死真的要死啊啊啊……
不过说真的,如果Google Glass 能够做到隐形眼镜的大小的话,那就真的每个人都能做到了。而且这也确实是利用星体没错,人造卫星不是星吗,人造卫星也有人权的【喂。

为了解决“如何用星体确定人在地面上的位置”这个问题,先来点简单的:如何用星体确定人在地面上所在位置的纬度。
我不知道绝大多数人是先认出北斗七星还是先认出猎户座,但随着光污染空气污染和近视率的同步增加,我相信绝大多数人是这俩都不认识。但是从一个天文社团酱油社员的角度而言,天文社团教人认识星空的话,一般都是从这两样教起。猎户座亮星多,而绝大多数近视的人至少在课本上见过北斗七星,以及它为什么重要——它能告诉我们你的死兆星是不是在天上闪耀,以及能让我们找到北极星。然后我们就能知道哪是北了,麻麻再也不担心北京人\西安人指路我搞不懂啦。
跑题了。
北极星能够给我们指示北在什么位置,是因为它离北天极相当的近——如果你站在北纬89度15分51秒,某个特定经度上的话,那么北极星会正好在你的头顶上方。北极星不是正好在北极上方,不过每次都说89度多少多少分多少多少秒的话文章写起来太麻烦了,干脆就让北极星正好放在北天极上吧。
如果是在赤道上,那么北极星就会出现在地平线上。推而广之,如果站在北纬30度的位置的话,北极星会出现在地平线以上30度的位置。
巧合吗?显然不是。
如果你在一个路灯的正下方,那么路灯就在你的正上方(废话),你就需要仰头90度才能看见路灯;如果你稍微远离路灯一点——比如走过路灯高度那么长的距离,那么只需要45度仰望天空就能看见路灯了。
同理,如果在北天极正下方,那么就需要抬头90度;如果离北天极稍微远一点,那就是……
同理你妹夫啊。
对于路灯和稍微近一点的东西这个原理说得通;但是对于星体,很不幸地……我们得算一下先。
底边是地球直径,高为星体到地心的距离,求顶角大小。
(介绍下“视差”:从两个不同的点查看一个物体时,视位置的移动或差异(就像上面那种情况)。量度的大小位是这两条线交角的角度或半角度。这是测量较近的星体距离使用的原理。)
可以看出,地球上不同地点看国际空间站(或者路灯)的位置会出现很大误差;观察月球的误差最多最多也就是一度左右,虽然足以测量地月距离但相对比较小了;而火星比邻星那个角度差……如果按照那个图来表示的话,理论上各地看到的火星高度应当相同。至少肉眼难以分辨。星体离我们太远了。
《诗经》有云:月亮走,我也走,该出手时就出手。就是这个道理。




但经常旅行的话就知道,不同地方看见的星体高度它真的不一样,肉眼就能看出。啥你说出去玩就顾着吃东西拍照约炮了所以不知道?那就让你见识见识……
造成高度差的原因其实很简单,地球是圆的。
北极星所在的位置是北纬90度,和北纬30度的地心夹角是60度;在北极看北极星的高度角是90度,在北纬30度看北极星的高度是30度,角度差是60度。
又比如,在北纬30度上观察北极星的高度是30度;在北纬20度上观察北极星的高度是20度,角度差为10度;而这两条线和地心连线的夹角是10度。
(往下看之前先把上面两句整明白了再说。)


其它星体的情况怎么样?也是如此。对于任一时刻的任何一个星体,在地球上都能找到一个点,在该点能看到这个星体位于正上方。在本文之后的描述中将以GP(Ground Position)描述这个点。
对一个遥远(比月球远)的星体,在任意两点观察其高度的角度差,等于两点和地心连线的夹角。如果是月亮的话,这两个角可能会偏差一两度,但也是可以计算的。

纬线是以北极星的GP(也就是北极)为圆心所画的圆,每个圆弧上观察北极星的高度都相等。而对于火星、织女、天津四、天狼星……同样可以绘制类似的“等高线”或者说“纬度线”。如图所示:

观测星体的高度角来源。左下的图可以看出,观测星体的等高线是地表的同心圆。

关于这个“等高圆”,正确的叫法叫做“位置线”(Line Of Position, LOP),因为利用恒星定位的话就需要测定某一时刻某个星星的高度角,知道这个高度角之后就能确定自己所在的位置在这么一个圆弧上——可能的位置点所在的线。
现在在LOP圆弧上随便取一个点,把它和GP(北极点)作连线,这条连线与该LOP是“垂直”的——虽然是LOP是曲线但这两条线仍然是垂直的。还是以北极星为例子,北极星的等高度线就是纬线,纬线上随便一个点和GP(北极点)的连线——诶这不就是经线么?经线和纬线垂直。

接下来推广到随便一个星体。比如,我们知道日出时,在博丽神社看金星的高度角应该是20度,GP和博丽神社的方位角为135度(这个角称为Zn, Zenith);在红魔馆看它的高度角为19度30.0分。标出A地可能的所在位置。(数都是我瞎编的)
1,标出博丽神社的位置和金星的方向,画线。
2,在这条标出金星方向的线上,画出离该星远0.5度的位置。(高度差=夹角差,夹角差可转化为距离)
3,过这个位置画垂线。
因此不难想象,如果有另一个星体和另一条线的话,交点就是红魔馆的位置。

航海上为了方便有一种叫做Plotting Sheet的东西:
用到的Plotting Sheet
使用方法图解。已经画出了第一条位置线(Line of Position, LOP)

如果有两条位置线的话,其交点就是目前所在地了,如图。

于是总结下怎么用恒星定位:观测至少两个星体的高度;估计一个当前所在的位置(以下称为AP,Assumed Position)在地图上标出;依据该点观测星体的理论高度角和实际高度角的差距,在图上画线。
是不是很简单?【简单个脑袋
关于六分仪,我手上没有实物,就看图说话吧:

现在有更便携且便宜的塑料版,但是精度随着温度变化和风吹日晒变化特别大,有个0.25分就不错了。因此广受好评的还是传统的黄铜型,其实也没沉到哪去,比第谷那个设备便利多了。关键是它的精度可达到0.1分。【而且很蒸汽朋克。【才怪
具体尺寸。使用六分仪中
真的,这篇文章最大的缺憾就是缺少实际的六分仪观测数据。我很想搞一个给本文增加一些实际数据,但是……

……啊哈哈哈。

从光路可以看出,六分仪可以只过滤观测的星体(特指太阳)的光线,而不影响对海平面的观测。要知道这是很大的进步,以前的导航仪器如果滤光的话就看不见海平面,导航员为了全船人的安危只好直视/望远镜直视太阳,然后活活亮瞎。你真的以为海盗戴眼罩是打架导致的?
还有比较重要的一点,六分仪测量的是相对夹角。不管船晃得多厉害,镜中左右两边是同步晃动的,不影响角度测量。(就是可能会晕船)
当然,你可能处在内陆,地平线不是海平面而是山峰。
因此还有一个外挂叫“人工地平线”(Artificial Horizon,但如果你直接搜索这个的话只能找到测绘/航空用的水平仪),就是一碗水加了个防风罩子:
使用方法
人工地平线是一个液体的反射镜(水/水银/油/随便什么能反光的液体),和真实地平线角度一致。由反射定理不难得知,星体的真实高度角=星体和它的像的高度角/2.
山沟里也可以用。






“我怎么知道方位角和AP看它的理论高度角?”
算呗。

首先,有一种东西叫天文年历,国外叫做航海年历(Nautical Almanac),上面列出了金星、木星、土星、月亮、太阳和最亮的几十颗恒星(早年的Nautical Almanac是30颗,现在已经到57颗了)的GP,精确到小时。但是紫金山出的那本中国天文年历我根本没看懂该怎么用……而如果你购买的是外国的Nautical Almanac的话(尤其是“女王陛下的航海办公室”那个版本。),时间可以精确到秒,GP经纬度可以精确到0.1分;这一过程涉及最复杂的计算是加减法。因为这货就是给19世纪背不下乘法表的船长们准备的。其中包含了繁多的修正表,比如大气折射导致的高度误差(随温度和气压变化),月球的平行视差,等等……


摘了两页1994年的Nautical Almanac. G.H.A.和Dec.就是GP的经度和纬度。正确的叫法是格林威治时角(Greenwich Hour Angle)和倾角(Declination)

到了现在有很多网站和移动 App可以生成Nautical Almanac,其计算中用到的各种修正值表可以一直用下去。下面是精确到分、秒的GP修正值:
需要修正的误差一览

用Almanac进行计算的具体方法……需要一些表格告诉你:用什么,查什么,修正值是什么,怎么修正。这些辅助表格有很多种,当然用习惯之后就不用辅助表直接哗哗翻书就行。这是其中一种辅助表格。
AP的经纬度是我们人为规定的,都是已知;GP的经纬度可以算出;接下来就是解图中这个球面三角形:
计算Zn角和理论高度角了。一个很简单的黎曼几何问题,对不对?【对个脑袋
其实这个也可以直接查书。美国有两份出版物,一种是给飞行员使用的(没错飞行员也要学天文导航),结果精确到分;另一种是给水手使用的,结果精确到0.1分。用到最复杂的计算同样是加减法。

当然编这份表格时还没有电子计算器,而现在的计算器已经可以内置公式了,也有专门的航海计算器/程序/移动App计算这类数据。如果你想编一个软件(或者编一本出版物)的话,计算Zn和高度角的公式如下:




教练我不服

“虽然你语文太差导致我依旧没明白怎么算,但是我猜计算GP需要准确时间,莲子直接看星空就知道时间而你直接从手表上读数是不是耍赖?”
到现在耍的赖还不够多么,已经两套魔导书加一个六分仪了,多一块表也不会怎么样吧……
好吧,接下来还是历史时间。

之前讲如何用GP计算位置的时候,举的例子是北极星。而因为观测北极星的等高线正好是纬线,人们很早就学会了如何测量纬度。实际上不光是北极星,有经验的水手还可以通过太阳高度来大致确定纬度。而经度的问题完全不一样,有以下几个原因:
1,经线不是同心圆,没法靠星体等高线问题解决;
2,在1964年8月19日的Syncom 3号卫星发射之前,没有和地球表面相对静止的的“东极星”。
3,可以观测到某颗人造卫星的范围可比恒星小多了。
因此早期的海员只能确定纬度,至于经度是多少……就只能凭感觉了。大航海时代,哥伦布麦哲伦舰队赔了多少条命进去,而机智的迪亚士就直接摸着非洲海岸线走……
你应该对时区有些印象;测量经度的问题,其实就是测量时区的问题,也就是测量所在地的准确时间的问题。比如说,我知道12点28分时,太阳位于子午线上方;如果我的钟和子午线的时间一致,而在我所在的地方太阳达到最高点时的时间为4点58分,就可以算出我所在的位置在子午线以西“7个半小时”——也就是西经112.5度。
总之,不管是这种简单的方法,还是之前讲述的球面三角法(19世纪发明),都躲不开时间测量。
18世纪中叶,威廉·哈里森发明了可靠的航海钟,具体过程不再赘述,请去看《经度》一书。便携的哈里森航海钟可以在高湿度高盐度条件下精确运行,可靠地解决了经度测量所需的时间问题。而且对于海员而言,看表比查表简单得多,因此看表的方法很快推广开来。

哈里森的月时计……不对,航海时计H5
然而刚才有观众提出“不用钟表行不行”。如果你看了《经度》这本书,就知道威廉·哈里森的方法有个竞争对手,这种方法不需要钟表,只需要多观测一个数再多做一些计算——不过相对麻烦而且不准确因此被抛弃了,只做为“没有表时的备用方案”和“六分仪脑残粉的观测练习”存在。话说GPS和无线电台做为导航主流的时代,天文导航已经是备胎了,备胎的备胎你是有多悲催啊……
总之,历史介绍完毕,应该让月距法出场了。

真实之月(True Lunar Distance)
月距观测示意图。真实的月距是:从地球中心望去,恒星中心到月球中心的角距离

上图的内容总结起来就是:月亮比恒星跑得快,因此测量当前的准确时间,说到底就是一道小学数学题:追及问题。通过计算,18时月亮与河鼓二相距15度,19时二者相距12度,现在这俩相距13度5.7分,请问现在几点?
(河鼓二就是牛郎星,天鹰座α,英文名Altair. 如果玩过《刺客信条:启示录》应该知道最后图书馆门上就是用天鹰座的Altair代指二太爷的。因此写月距法时一直在脑补了辉夜追着Altair跑的场景……)

但这个问题不是那么简单。首先就是“月距”的定义:从地球中心望去,恒星中心到月球中心的角距离。但是你能够准确测量的只有月球边缘和星体的角距离,为了得到准确的距离,还要知道月球的视直径。而对确定时间所需的精度而言,月球的视直径变化真的相当大。更何况,月球离我们比较近,不能看做真正的平行光源,还要算上我们之前提到过的“视差”。
测量月距的修正一览。
然后你还要计算两个理论的距离值。比如说开始观测的若干分钟前你听到了新闻联播开场曲,你确认现在还在播新闻但还没播到外国人民水深火热部分,估计现在的精确时间是11:00 UTC (协调世界时也就是GMT也就是格林威治标准时间)到 11:25UTC之间。要想知道现在几点,就得计算11时和12时的理论月距。换言之,需要计算的理论值是【你估计时间前一个整点和后一个整点的月距理论值】。好了,又是喜闻乐见的球面三角时间,关门放公式。

但是,天文学大神以及数学大神们依旧完成了这项挑战——17世纪到19世纪,所有你听说过的没听说过的数学家、天文学家都搞过这个问题。他们先是前后堆了近百年的精确观测数据(第谷、伽利略、惠更斯、卡西尼、哈雷、拉卡伊),交给几位数学大神建模(牛顿、欧拉、高斯),建立了运动模型并最终把这些繁杂的计算简化成一套表格,需要的计算比查天文年历稍微复杂一点点,因为涉及到除法——有一步需要除以2.
由观测月距计算真·月距
计算两个标准值以及时间。
我用网上案例和“查表法”的一次计算结果,时间和真实值相差5秒。

经过一番复杂的计算后,用这个方法测量时间的误差为5秒~30秒左右。如果没有人校正的话,大本钟过上几个月就能达到这个误差;而天钟可以数百年不用校准(数千年不敢保证,首先月距法诞生到现在还不到400年,而数千年以后岁差啊轨道进动啊可能还是会影响的)依旧保持这个坑爹的精度。
根据设定,紫能够运算“北极星吞没的时间”,哪怕算上岁差和轨道进动我估计算个星体位置也不是问题;制作过浑仪,说明她还编制过星表。紫的运算能力和天文学知识完全可以用这个方法计算时间,乃至自己编写一份普通人\妖也可以用的月距法计算表格。
后来一想紫做不到,因为根据月球轨道变动的周期性,编制有效的月距法表格至少需要18年半的观测数据。(农历的十九年七闰就是这么来的)


于是,模仿莲子的过程总结如下:
0,估计当前位置和时间。
1,用六分仪观测星体和月亮的高度,以及二者的距离。
2,啪啪啪敲计算器/哗哗翻书,算出当前时间。
3,根据算出的时间查Nautical Almanac,根据刚才看的高度算出GP准确位置。
4,啪啪啪敲计算器/哗哗翻书,算出Zn角和高度差。
5,作图确定最终的坐标。
6,(距步骤0 20~40分钟后)报出“东经116度17.9分正负0.1分,北纬39度59.5分正负0.1分,JST 21时40分37秒正负16秒”
……这等的差距,不太可能像莲子那样找到女朋友吧。虽然黄铜六分仪看上去确实高端洋气,但是翻书什么的……
如果练不出八云紫、欧拉、冯·诺依曼或者费曼那种等级的心算大法的话,还是研究下怎样翻书能翻出开魔导书的气势吧。


最后讲个小故事

到现在为止我讲的都是英美的船用导航。中国的船长怎么操作,我不知道;军事上怎么操作,我也不知道。因为不像英美民用天文导航那样,资料一抓一大把……
“明斯克”号航母上的天文导航仪。我也不知道怎么操作但是看上去好厉害啊
而航天器的天文导航系统怎么运作,我更是一头雾水:看北航出品的天文导航课本的目录(还是天文导航课程的课件来着我忘了),我觉得它讲的方法不是给人用的——过于偏重理论计算,估计是为航天器自动化控制做基础用的。
给人用的天文导航在航天中有什么用,我只想到一个没什么关系的故事。
阿波罗8号绕月飞行过程中,指令舱驾驶员洛威尔向飞船电脑输入指标,调整飞船位置进行观测。电脑突然出现故障,位置数据被清空了,IMU于是将飞船调整到了发射时的预设位置。洛威尔不得不进行手工调整,幸好他还记得一些亮星的位置。他认出了天狼星和参宿四,以它们做参考计算参数,输入电脑,成功解决了这一问题。
回到地球很长一段时间之后,洛威尔才承认电脑数据被清空是因为自己玩得太High了,不小心手滑造成的。
真的吗?

不管怎么说,洛威尔没被炒。到了1970年4月,由于原定的指令长肯·马丁利生病了无法升空,新的阿波罗任务的指令长职位由洛威尔接替。1970年4月11日,编号为SA-508的土星5号火箭,将吉姆·洛威尔、杰克·斯威格特、弗莱德·海斯乘坐的“奥德赛”指挥/服务舱及“水瓶座”登月舱送入太空。
三名宇航员。左起:洛威尔、杰克·斯威格特、弗莱德·海斯
起飞前的三人

中部时间1970年4月11日13:13,SA-508升空。
…………
……没错,就是阿波罗13号。

“奥德赛”服务舱的2号氧气罐发生原因不明的爆炸,给飞船造成了严重损坏;同时由于燃料电池缺氧,为了保证飞船再入大气层时有足够的电力,三名宇航员不得不关闭几乎所有仪表,直到再入大气层的最后一刻再打开。

而洛威尔有上次的手动校准经验,因此知道如何操作;但是这次飞船被爆炸产生的碎片包围,反射光强烈干扰对星体的观察,缺少参考系。最后机组选择的参考是,地球上的晨昏分界线。

就是图中那条线。
安全返回。

Get Spellcard Bonus

我们想象一些奇人能够通过星体和月亮分辨时间和方位。
19世纪的人类已经能够通过月亮和星星就能够分辨出在地球上的精确时间和方位。每个航海家。每个制图员。每个对六分仪感兴趣的人。
20世纪的人类已经可以完全通过星体让两艘每秒飞过7.9千米的飞行器对接在一起(雷达和计算机算个脑袋,Buzz Aldrin就是纯手工这么干的),可以确定自己在地月轨道之间的位置。
对了,为了检测天文导航的能力,顺便还造出了能够以11.2千米每秒的速度飞行的能载人的东西,把人送上月球,如果没成功登上月球还能把人带回来。


“随着信息社会的发展,想象力灭绝了。”
呵呵。

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本文使用的照片来自Wikipedia。
书本图片来自Starpath出版的Celestial Navigation和Stark Tables for Clearing Lunar Distances.
二次元图像是Pixiv上找的(还有网上抓的)。
夫琅和费一段为前年上课时的光学讲义。
最重要的公式推导部分来自超级赞的免费教材《Celestial Navigation in a Teacup》,下载:http://pan.baidu.com/share/link?shareid=1842405070&uk=3372522632

点评

我这看图全叉烧了QAQ  发表于 2014-4-26 17:13

评分

参与人数 2积分 +2 喵玉币 +25 萌度 +65 收起 理由
Adrastea74 + 2 + 15 + 40 刚发现我竟然忘了评分。。。
Ecauchy + 10 + 25 神触!

查看全部评分

发表于 2014-4-26 16:29:01 | 显示全部楼层
看过一篇用太阳计算东西半球的文章,不过最后还是要靠时差来解决经度问题,这里转一小部分

       
                       
       

点评

天文导航躲不开时间测量,经度问题到最后就是时间问题。不管是直接看表,月距法,还是用月食或者木星的卫星交食,都是在解决时间问题。  发表于 2014-4-26 16:57
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发表于 2014-4-26 16:35:27 来自手机 | 显示全部楼层
膝盖都要跪烂了………
考据见得多,不过理科考据实在是太牛了……

点评

……我都没看出来这是考据你咋看出来的……  发表于 2014-4-26 16:58
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发表于 2014-4-26 17:09:05 | 显示全部楼层
图片都显示不出来。。
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发表于 2014-4-26 17:14:51 | 显示全部楼层
图都裂了啊,重要的配图都显示不出来…
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发表于 2014-4-26 17:44:07 | 显示全部楼层
原來阿波羅13號事件的真相是隊長太NB,月人太害怕他於是炸掉船隻避免他來月球

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美帝人民太叼  发表于 2014-4-26 18:27
于是细想想阿姆斯特朗是何等彪悍……  发表于 2014-4-26 18:14
那就再讲两个好玩的事情:1,Buzz Aldrin曾经完成过纯手动对接,操纵难度不亚于阿波罗13号手动变轨 2,Buzz是Apollo 11三人机组里技术最差的,技术比他好的一个当了队长,另一个技术好所以要留在轨道上准备应急对接  发表于 2014-4-26 18:13
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发表于 2014-4-26 17:46:08 | 显示全部楼层
文很长,看完确实需要点时间和耐心。
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发表于 2014-4-26 17:49:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 占星者卡德加 于 2014-4-27 09:13 编辑

厉害,真是厉害啊。。。。已经不知道该说什么了。。。只剩下叹服的份了。。。受教了。。。能把这么复杂的东西,写的连高中生都能看得懂真是辛苦了。。。
相当有分量的一篇考据+科普向文章呢。。。
必须保存收藏起来呢。。。


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其实天文导航教材原本的目标就是会加减法就能学,我反而把事情整得更复杂了……  发表于 2014-4-27 12:13
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发表于 2014-4-26 18:22:47 | 显示全部楼层
膝盖已破。
没想到能从莲子的能力中考证出这么多东西。果然是不科学的科学少女
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发表于 2014-4-26 19:10:38 | 显示全部楼层
整篇看下来感觉我的光学和天体运动知识精进不少…
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