NAVIGEREN OP DE STERREN (3)

Astronomisch navigeren

Wanneer herkenningspunten als kustlijnen, landmerken en bakens ontbreken kan of moet men terugvallen op de oriëntatie op hemellichamen zoals de zon en de sterren. De zon is overdag het meest helder en duidelijkst aanwezige hemellichaam. Op deze pagina volgt in eenvoudige bewoordingen de uitleg van de astronomische plaatsbepaling bij een open en lege horizon zoals deze zich voordoet op zee en op de oceanen met zicht op de sterren in de nacht.

OVER DE STERRENHEMEL

Een waarnemer (in de navigatie genoemd een aangenomen waarnemer AW) zal op een bepaalde plaats op aarde rond het zelfde tijdstip plaats een zo goed als dezelfde sterrenhemel waarnemen als de dagen ervoor en de dagen erna. Over een lagere periode zoals een paar maanden eerder of later zullen er verschillen aan de sterrenhemel zichtbaar zijn. Bijvoorbeeld sterrenformatie die in de winter niet zichtbaar zijn en in de zomer wel. Ook het tijdstip waarop een bepaalde ster een sterrenformatie te zien is verloopt. Zo kan het zijn dat een bepaalde ster een periode aan het begin van de nacht zichtbaar is, maar in een ander jaargetijde aan het einde van de nacht. Hoe dat komt zullen we op deze pagina gaan verklaren.

Planeten

De aarde maakt deel uit van het zonnestelsel. Van het zonnestelsel waartoe de aarde behoort is de zon het middelpunt. De planeet aarde cirkelt om de zon heen, evenals een aantal andere planeten, te weten Mercurius, Venus, Mars, Jupiter, en Saturnus, Uranus (ontdekt in 1781), Neptunus (ontdekt in 1846) en Pluto (ontdekt in 1930). Dit zonnestelsel van zonnen planeten bevindt zich in het heelal, omgeven door de sterren die vanaf de aarde worden waargenomen. Soms zien we tegendeel achtergrond van de sterren ook planeten langskomen. Als een ‘ster’ die beduidend sneller van plaats veranderd dan de andere sterren.

Sterren

De planeet aarde draait in ongeveer 24 uur rondom haar as. De zijde die naar de zon toe gekeerd is, daar is het ‘dag’, de zijde die van de zon is afgekeerd is, daar is het nacht. In de overgangsgebieden is het ochtend of avond. Ook aan de dagzijde van de aarde is er een sterrenhemel aanwezig. Maar deze zienswijze niet vanwege de aanwezigheid van het zonlicht. De donkere achtergrond ontbreekt waardoor wij de sterren niet zien.

Maar de aarde maakt een baan om de zon in een periode van ongeveer een jaar, en de aarde draait om haar denkbeeldige aardas in een etmaal. En dat maakt dat de aarde gedurende een jaar voortdurend van positie veranderd ten opzichte van de zon, met de daarbij behorende waarneembare sterrenhemel aan de dagzijde van de aarde. Dagelijks verschuift de waarneembare sterrenhemel voor een aangenomen waarnemer van plaats en van tijd.

Daarbij veranderd ook het heelal. Zoals de plaats van ons zonnenstelcel in het heelal. En de planeten in de baan rondom de zon. En de maan in haar beweging rondom de aarde. Waarneembare veranderingen vinden voor het menselijk oog plaats over tienduizenden jaren. Dus gedurende een mensenleven zijn de waarneembare veranderingen aan de sterrenhemel nihil. Met een jaarlijkse regelmaat met de seizoenen mee. Waarmee de sterrenhemel mogelijkheden biedt voor de navigatie als ‘vaste’ hemellichamen.

Omlooptijden van ‘onze’ planeten rond ‘onze’ zon

Mercurius 88 dagen
Venus 225 dagen
Aarde 365 1/4 dagen (1 Siderisch jaar, reden van het schrikkeljaar)
Mars 687 dagen (1,88 Tropisch jaar)
Jupiter 11,86 jaar
Saturnus 29,46 jaar
Uranus 84,02 jaar
Neptunus 164,8 jaar
Pluto 248,2 jaar

STERREN VOOR DE NAVIGATIE

Ga naar Nautische Almanak

DE AARDE IN DE HEMELSFEER

Een positie op aarde wordt in de navigatie aangeduid door middel van het Geografisch Coördinatenstelsel . De aarde is in dit stelsel opgedeeld in een noordelijk- en een zuidelijk halfrond, en in een westelijk- en een oostelijk halfrond. Op een vergelijkbare wijze kunnen ook de sterren worden aangeduid aan de hemelsfeer, door middel van het Equatoriaal Coördinatenstelsel. Waarbij de aarde gesteld wordt als middelpunt van de hemelsfeer. Het Equatoriaal Coördinatenstelsel kent een Noordelijke Hemelpool Pn en een Zuidelijke Hemelpool Pz in het verlengde van de denkbeeldige aardas. De aarde wordt als middelpunt van de hemelsfeer beschouwd, mogelijk vanwege de oneindige grootheid van heelal. De baan van de aarde rond de zon wordt daarom als nihil beschouwd. Zo oneindig wijd is het heelal, zo ver zijn de sterren van ‘ons’ zonnestelsel verwijderd!

Equatoriaal Coördinatenstelsel

EQUATORIAAL COÖRDINATENSTELSEL

Evenwijdig aan het vlak van de aardse Equator ofwel de Evenaar ligt het ‘Vlak van de Hemelequator’ welke de hemelsfeer verdeeld in een Noordelijke- en een Zuidelijke hemelsfeer. Wanneer een aangenomen waarnemer AW zich op de Noordpool of de Zuidpool bevindt en de hoogte in booggraden boven de Schijnbare Horizon van een hemellichaam meet, ligt deze Schijnbare Horizon evenwijdig aan het Vlak van de Hemelequator. Wanneer een aangenomen waarnemer AW zich op een willekeurige andere plaats op aarde bevindt neemt de aangenomen waarnemer AW ook een Schijnbare Horizon waar. De bijbehorende Ware Horizon ligt dan eveneens evenwijdig aan het vlak van de Schijnbare Horizon, en snijdt eveneens door het middelpunt Mp van de aarde, loodrecht op de Normaal van de aangenomen waarnemer AW. Boven de aangenomen waarnemer AW bevindt zich in de hemelsfeer het Zenith, onder zich door het middelpunt van de aarde heen in de hemelsfeer Nadir. Alle lijnen en vlakken en vlakken van het Equatoriaal Coördinatenstelsel snijden door het Middelpunt Mp van de aarde.

De aarde in de hemelsfeer in een voorstelling met de Polaris (Poolster) staande in het verlegde van de aardas.

DEFINITIES

Aangenomen Waarnemer (AW)

Het punt waar een aangenomen waarnemer AW zich bevind. Vanuit het middelpunt Mp kan er een lijn worden getrokken door het snijpunt met het aardoppervlak. Trekken we deze lijn door tot in de hemelsfeer dan noemen we dat punt in de hemelsfeer het Zenith van de aangenomen waarnemer.

Zenith van de Aangenomen Waarnemer

Geografische Projectie (GP)

De geografische projectie GP is het snijpunt met het aardoppervlak van de lijn getrokken tussen een hemellichaam en het middelpunt Mp van de aarde.

Geografische Projectie van de Zon, weergegeven in °N/Z en °O/W

Hemelequator

De Hemelequator is de de denkbeeldige projectie van de evenaar van de aarde op de hemelsfeer.
Het vlak van de equator staat loodrecht op de aardas.

Zonnedag

Onder een zonnedag wordt het tijdverloop verstaan die verstrijkt tussen middernacht van de Aangenomen Waarnemer en diens volgende middernacht. Dit houdt in dat de zon door zijn Transit is gegaan op de meridiaan recht tegenover die van de Aangenomen Waarnemer. Het spreekt voor zich dat er van middernacht tot middernacht 24 uur zijn verstreken.

Ecliptica

De Ecliptica is de de schijnbare jaarlijkse baan die de Zon rond de Aarde beschrijft. Het is de baan die de zon jaarlijks doorloopt langs de sterrenhemel. De baan is schijnbare omdat in werkelijkheid de aarde in een baan rond de zon doorloopt. Omdat de aardas ten opzichte van de Ecliptica 23,5° gekanteld maakt de Hemelequator eenzelfde hoek maken met de Ecliptica. Een half jaar beweegt de Ecliptica zich noordelijk van de Hemelequator, een halfjaar lang beweegt zij zich zuidelijk.

Lente- en Herfstpunt

Het Lentepunt en het Herfstpunt zijn de snijpunten van de Ecliptica en de Hemelequator. Twee maal snijden de Ecliptica en de Hemel elkaar. Op deze snijpunten wordt de zon vanaf de aarde recht boven de Evenaar van de aarde waargenomen. Het Lentepunt is het begin van de Lente, het Herftspunt het begin van de Herfst.

Rechte klimming (RK)

De Rechte Klimming is de afstand in oostwaartse richting gemeten langs de Hemelequator vanaf het Lentepunt. Deze afstand wordt gerekend in uren en minuten. De rechte Klimming begint in het Lentepunt met 0.00 uur en loopt in oostelijke richting langs de gehele omtrek van de Hemelequator op tot 24.00 uur. Het Herfstpunt ligt op 12.00 uur van de Rechte Klimming.

Sidirische Uurhoek (SHA)

De Siderische Uurhoek is de afstand in westwaartse richting gemeten langs de Hemelequator vanaf het Lentepunt. Deze afstand wordt gerekend in booggraden. De Siderische Uurhoek begint in het Lentepunt met 0° en loopt in westelijke richting langs de gehele omtrek van de Hemel op tot 360°. Het Herfstpunt ligt op 180° van de Siderische Uurhoek.

Declinatie

De Declinatie is de afstand in booggraden 0° tot maximaal 90° in noordelijke of zuidelijke richting gerekend recht op de Hemelequator langs de Hemelmeridiaan tot een bepaald hemellichaam. De meridiaan die door het Lentepunt loopt wordt ook de Hoofdmeridiaan genoemd.

Zenith

Het Zenith is het punt in de hemelsfeer recht boven de Aangenomen Waarnemer. De Aangenomen Waarnemer staat in de lijn die loopt van het Zenith in de hemelsfeer naar het middelpunt van de aarde. Aan het voeteneinde van deze lijn bevindt zich het punt Nadir.

Declinatie van hemellichamen

De Declinatie van een hemellichaam is de hoekafstand in booggraden ten noorden of zuiden van de hemelevenaar. Vergelijkbaar met de Declinatie van de zon ten opzichte van de evenaar bij het geografische coördinatenstelsel van de aarde. Anders dan de zon met een dagelijkse verandering wijzigen de declinaties van de sterren in de hemelsfeer heel gering.

Sterrentijd ofwel Siderische tijd

In het dagelijks leven wordt uitgegaan van de ‘zonnetijd’, daarbij uitgaande van de passage van de zon van de 0° meridiaan van Greenwich. Maar voor de astronomische navigatie gericht op de sterren is de zonnetijd niet bruikbaar. Het gaat er immers om dat we de uurhoek weten van de voor de navigatie te benutten sterren. Maar tegelijk blijkt de sterrentijd ofwel Siderische tijd nauwkeuriger te zijn dan de Zonnetijd.

Siderische dag of Sterrendag

Onder een Siderische dag wordt het tijdverloop verstaan tussen twee achtereenvolgende passages van een ster over de meridiaan waarop een Aangenomen Waarnemer zich bevindt. De tussenliggende tijd blijkt 4 minuten korter te zijn dan de zonnetijd. De Siderische dag is een nauwkeuriger tijdswaarneming dan die van de rotatie van de aarde om haar as: immers, de aarde draait niet alleen om haar eigen as maar bevindt zich ook zelf in een Ecliptische baan om de zon. De Siderische dag gaat alleen uit van een rotatie van de aarde om haar eigen as. Voor de astronomische navigatie wordt voor de Siderische dag uitgegaan van de periode die verstrijkt tussen een eerste en een tweede passage (Transit) van meridiaan door het Lentepunt Ariës.

Sterrenkaart in Mercatorprojectie samengesteld door JJdV
Voor de navigatie geselecteerde sterren en hun positie in de hemelsfeer

Ga naar Nautische Almanak

Stellen van spiegels van sextant

Disclaimer

De bovenstande uitleg en benaderingen zijn zo betrouwbaar mogelijk uitgelegd maar geven geen garantie op een veilige navigatie ter land, ter zee of in de lucht of het slagen voor een examen. Het bovenstaande is uitsluitend bedoeld om het begrip van en de belangstelling voor de navigatie te verbreden.