تحديد الاتجاه

يشير تحديد الاتجاه إلى الطرق التي يمكن من خلالها تحديد الاتجاه الأصلي أو نقطة البوصلة في الملاحة وتحديد المسار . الطريقة الأكثر مباشرة هي استخدام البوصلة ( البوصلة المغناطيسية أو البوصلة الجيروسكوبية )، ولكن توجد طرق غير مباشرة، تعتمد على مسار الشمس (بدون مساعدة أو باستخدام ساعة أو ساعة شمسية )، والنجوم، والملاحة عبر الأقمار الصناعية . ^{[ 1 ]}

للأرض مجال مغناطيسي يتماشى تقريبًا مع محور دورانها. البوصلة المغناطيسية أداة تستخدم هذا المجال لتحديد الاتجاهات الأصلية. تُستخدم البوصلات المغناطيسية على نطاق واسع، لكن دقتها متوسطة. يشير القطب الشمالي للإبرة المغناطيسية نحو القطب الشمالي الجغرافي للأرض، والعكس صحيح. يعود ذلك إلى أن القطب الشمالي الجغرافي للأرض يقع بالقرب من قطبها الجنوبي المغناطيسي. هذا القطب الجنوبي المغناطيسي للأرض، الذي يميل بزاوية 17 درجة عن القطب الشمالي الجغرافي، يجذب القطب الشمالي للإبرة المغناطيسية، والعكس صحيح.

يمكن استخدام موقع الشمس في السماء لتحديد الاتجاهات إذا عُرف الوقت العام من اليوم. في الصباح، تشرق الشمس تقريبًا من الشرق (شرقًا تمامًا فقط في الاعتدالين ) وتتجه جنوبًا (في نصف الكرة الشمالي ) أو شمالًا (في نصف الكرة الجنوبي ). في المساء، تغرب الشمس في الغرب، تقريبًا أيضًا، وغربًا تمامًا فقط في الاعتدالين. في منتصف النهار، تكون الشمس جنوبًا بالنسبة للمشاهدين في نصف الكرة الشمالي، الذين يعيشون شمال مدار السرطان، وشمالًا بالنسبة للمشاهدين في نصف الكرة الجنوبي، الذين يعيشون جنوب مدار الجدي. لا تُجدي هذه الطريقة نفعًا عند الاقتراب من خط الاستواء (أي بين مدار السرطان ومدار الجدي )، لأنه في نصف الكرة الشمالي، قد تكون الشمس عمودية تمامًا أو حتى شمالًا في الصيف. في المقابل، عند خطوط العرض المنخفضة في نصف الكرة الجنوبي، قد تكون الشمس جنوب الراصد في الصيف. في هذه المواقع، حدد أولاً ما إذا كانت الشمس تتحرك من الشرق إلى الغرب مروراً بالشمال أو الجنوب بمراقبة حركتها؛ فالحركة من اليسار إلى اليمين تعني مرورها بالجنوب، بينما الحركة من اليمين إلى اليسار تعني مرورها بالشمال. أو يمكن للمراقبين مراقبة ظلال الشمس. إذا تحركت الظلال باتجاه عقارب الساعة، ستكون الشمس في الجنوب عند الظهر، وإذا تحركت عكس اتجاه عقارب الساعة، ستكون الشمس في الشمال عند الظهر. تُرى الشمس وهي تشرق من الشرق وتغرب في الغرب.

بسبب ميل محور الأرض ، وبغض النظر عن موقع المشاهد، لا يوجد سوى يومين في السنة تشرق فيهما الشمس تمامًا من الشرق. هذان اليومان هما الاعتدالان . في جميع الأيام الأخرى، وتبعًا لوقت السنة، تُرى الشمس تشرق إما شمال أو جنوب الشرق الحقيقي (وتغرب شمال أو جنوب الغرب الحقيقي). بالنسبة لجميع المواقع، تُرى الشمس تشرق شمال الشرق (وتغرب شمال الغرب) من الاعتدال الشمالي إلى الاعتدال الجنوبي ، وتشرق جنوب الشرق (وتغرب جنوب الغرب) من الاعتدال الجنوبي إلى الاعتدال الشمالي.

ميناء الساعة

توجد طريقة تقليدية لتحديد الشمال والجنوب باستخدام ساعة تناظرية . تبدو الشمس وكأنها تتحرك في السماء على مدار 24 ساعة، بينما يستغرق عقرب الساعات في ساعة ذات 12 ساعة 12 ساعة لإكمال دورة واحدة. في نصف الكرة الشمالي، إذا دُورت الساعة بحيث يشير عقرب الساعات نحو الشمس، فإن النقطة الواقعة في منتصف المسافة بين عقرب الساعات والساعة 12 ستشير إلى الجنوب. ولتطبيق هذه الطريقة في نصف الكرة الجنوبي، يجب أن يكون عقرب الساعات 12 موجهًا نحو الشمس، وستشير النقطة الواقعة في منتصف المسافة بين عقرب الساعات والساعة 12 إلى الشمال. خلال التوقيت الصيفي ، يمكن استخدام الطريقة نفسها مع تغيير موضع عقرب الساعات إلى الساعة 1 بدلًا من 12. يُحدّ من دقة هذه الطريقة اختلاف التوقيت المحلي وتوقيت المنطقة، ومعادلة الزمن ، والتغير غير المنتظم في سمت الشمس (بالقرب من المناطق المدارية) في أوقات مختلفة من اليوم.

يُوفر علم الفلك طريقةً لتحديد الاتجاه ليلاً. تبدو جميع النجوم وكأنها تقع على الكرة السماوية الوهمية . وبسبب دوران الأرض، فإن الحركة اليومية تجعل النجوم تبدو وكأنها تدور حول محور يمر عبر القطبين الشمالي والجنوبي للأرض. يتقاطع هذا المحور مع الكرة السماوية عند القطبين السماويين الشمالي والجنوبي ، واللذين يبدوان للمراقب وكأنهما يقعان مباشرةً فوق الشمال والجنوب على الأفق على التوالي.

في نصفي الكرة الأرضية، تُظهر رصدات السماء ليلاً أن النجوم المرئية تبدو وكأنها تتحرك في مسارات دائرية، نتيجة دوران الأرض. ويتضح هذا جلياً في صورة فوتوغرافية ذات تعريض ضوئي طويل ، تُؤخذ بتثبيت مصراع الكاميرا مفتوحاً طوال معظم فترة الظلام الدامس في ليلة بلا قمر. تكشف الصورة الناتجة عن عدد كبير من الأقواس متحدة المركز (أجزاء من دوائر كاملة) يمكن من خلالها تحديد المركز بدقة، والذي يتوافق مع القطب السماوي ، الذي يقع مباشرة فوق موقع القطب الحقيقي (الشمال أو الجنوب) على الأفق. وتُظهر صورة فوتوغرافية منشورة، تم تعريضها لمدة ثماني ساعات تقريباً، هذا التأثير.

يقع القطب السماوي الشمالي حاليًا (ولكن ليس بشكل دائم) على بُعد جزء من درجة واحدة من نجم القطب الشمالي الساطع . يتغير الموقع الدقيق للقطب على مدى آلاف السنين بسبب ترنح الاعتدالين . يُعرف نجم القطب الشمالي أيضًا باسم نجم الشمال ، ويُطلق عليه عمومًا اسم نجم القطب أو النجم المغناطيسي. لا يُرى نجم القطب الشمالي إلا في الأجواء الصافية ليلًا لسكان نصف الكرة الشمالي . يمكن استخدام مجموعة نجوم " الدب الأكبر " للعثور على نجم القطب الشمالي، حيث يشير النجمان الموجودان في زوايا "المغرفة" (النجمان المقابلان للمقبض) فوق قمة "المغرفة" نحو نجم القطب الشمالي.

بينما يستطيع الراصدون في نصف الكرة الشمالي استخدام نجم القطب الشمالي (بولاريس) لتحديد القطب السماوي الشمالي، فإن نجم الجنوب في كوكبة أوكتانس بالكاد يكون مرئيًا بما يكفي للاستعانة به في الملاحة. لهذا السبب، يُفضّل استخدام كوكبة الصليب الجنوبي ( كروكس ). يقع القطب السماوي الجنوبي عند تقاطع (أ) الخط الممتد على طول المحور الطويل لكوكبة الصليب الجنوبي (أي المار بنقطتي ألفا الصليب وجاما الصليب ) و(ب) خط عمودي ينصف الخط الواصل بين نقطتي ألفا قنطورس وبيتا قنطورس .

مع اقتراب نهاية القرن العشرين، وفّر ظهور أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) عبر الأقمار الصناعية وسيلةً إضافيةً لتحديد الشمال الحقيقي بدقة. ورغم أن أجهزة استقبال GPS تعمل بكفاءة عالية مع رؤية واضحة للسماء بأكملها، إلا أنها تعمل ليلاً ونهاراً، وفي جميع الأحوال الجوية باستثناء أقسى الظروف. وتراقب الهيئات الحكومية المسؤولة عن الأقمار الصناعية هذه الأنظمة باستمرار وتُعدّلها للحفاظ على محاذاتها الدقيقة مع الأرض. وعلى عكس البوصلة الجيروسكوبية التي تكون في أدق حالاتها عند ثباتها، فإن جهاز استقبال GPS، إذا كان مزوداً بهوائي واحد فقط، يجب أن يكون متحركاً، عادةً  بسرعة تزيد عن 0.2  كم/ساعة، لعرض اتجاهات البوصلة بشكل صحيح. وفي السفن والطائرات، غالباً ما تُجهّز أجهزة استقبال GPS بهوائيين أو أكثر، مثبتة بشكل منفصل على المركبة. ويتم تحديد خطوط الطول والعرض الدقيقة للهوائيات، مما يسمح بحساب الاتجاهات الأصلية بالنسبة لهيكل المركبة. وفي ظل هذه القيود، تُعتبر أجهزة استقبال GPS دقيقة وموثوقة. وهكذا أصبح نظام تحديد المواقع العالمي (GPSR) أسرع وأنسب طريقة للحصول على محاذاة يمكن التحقق منها مع الاتجاهات الأصلية.

• اتجاه الصلاة
• نجم القطب
• تحديد الموقف
• حاسة التوجيه