Woher wissen Sie, dass Sie ohne GPS den Nord- oder Südpol erreicht haben?

Nachdem ich von Colin O'Brady über die jüngste Fußdurchquerung der Antarktis gelesen hatte, fragte ich mich, was bedeutet, dass die Polarforscher früherer Zeiten vor dem GPS feststellten, dass sie den Nord- oder Südpol erreicht hatten. Natürlich können Sie keinen Kompass verwenden, da er Sie zum magnetischen Norden oder Süden und nicht zum Pol selbst führen würde.

Welche Mittel haben sie also verwendet oder (um es etwas offener zu machen) hätten sie verwenden können?

GPS sagt Ihnen nur Ihren Standort in Bezug auf ein Referenzgeoid, das nur eine Annäherung an die Form der Erde ist. GPS-Standorte können in sehr bergigen Gebieten bis zu einer Meile entfernt sein.
Ich dachte, dass der einzige Grund für falsche Messwerte darin besteht, dass GPS keine Signale von drei Satelliten empfangen kann, die es triangulieren muss. @Jasper eine Referenz für diese Tatsache?
@DavidRicherby - Ich dachte, du hättest nur gesucht, wo all diese Breitengradlinien zusammenkommen ...
@Ashutosh -- Eine schnelle Suche nach nad-84-Geoidfehlern der Schwerkraftanomalie ergibt ngs.noaa.gov/GEOID/PRESENTATIONS/2007_02_24_CCPS/… . Beachten Sie, dass die Winkeldifferenz (Neigung) zwischen dem ellipsoidischen Referenzgeoid und dem "tatsächlichen" Geoid auf mittlerem Meeresspiegel ein Längen- oder Breitengradfehler ist. Ein Unterschied von einer Bogenminute in dieser Steigung entspricht einem Unterschied von etwa einer Meile.
Betrachten Sie für den Nordpol den Winkel von Polaris. (sollte 90° sein). Vielleicht möchten Sie einen Sextanten mit einer Wasserwaage haben. Kaufen Sie für polare Bedingungen keine mit wasserhaltiger Flüssigkeit als Wasserwaage.
@ Ashutosh, Jaspers Kommentare ergeben keinen Sinn. Multilateration kann in jedem Gelände funktionieren und die üblichen Fehler sind auf eine schlechte Sichtverbindung zu Satelliten, Mehrwege-Signalreflexionen und eine schlechte Satellitenverteilung zum Zeitpunkt der Messung zurückzuführen. Das Problem mit GNSS in der Nähe der Pole besteht darin, dass die Umlaufbahnen der Satelliten eine Neigung von 55–65° aufweisen, was bedeutet, dass die Satelliten immer tief am Horizont stehen. Kein Satellit wird jemals direkt über einem Pol vorbeifliegen. Aus diesem Grund sind die Positionen etwas weniger genau als in niedrigeren Breitengraden.
@GabrielC. Da wir noch keine geostationäre Umlaufbahn über den Polen haben, macht diese Erklärung mehr Sinn!
@ Ashutosh Eine geostationäre Umlaufbahn ist an einem anderen Ort als über einem Punkt direkt über dem Äquator physikalisch unmöglich. Damit sich ein Satellit niemals relativ zu einem Pol bewegt, müsste er unbeweglich sein, was nicht machbar ist. Es gibt einen Unterschied zwischen geostationär und geosynchron. Polare Umlaufbahnen sind jedoch möglich, viele Erdbildsatelliten folgen polaren Umlaufbahnen. Es gibt keine GNSS-Satelliten auf diesen Umlaufbahnen, aber die Einzelheiten dieser Wahl sind mir unbekannt, außer in Annahmen, dass es nicht kosteneffektiv ist, da fast niemand es jemals an den Polen braucht.
@GabrielC. Obwohl ich glaube, dass Sie mit den Kosten Recht haben, glaube ich, dass in naher Zukunft eine stationäre Umlaufbahn über den Polen sicherlich möglich ist. Siehe physical.stackexchange.com/a/71585/198125 für die Erklärung.

Antworten (3)

Ich werde ein wenig darauf eingehen, wie man einen Sextanten verwenden würde, um den Nord- oder Südpol zu lokalisieren.

Die Grundanordnung benötigt eine horizontale reflektierende Ebene, für die Amundsen einen Quecksilberpool verwendete. Ein genau gewichteter Spiegel könnte auch funktionieren, aber ein Quecksilberpool ist robuster und verliert nicht die Kalibrierung. Sextant misst den Winkelabstand zwischen zwei sichtbaren Objekten, in diesem Fall zwischen der Sonne und ihrer Reflexion in der horizontalen Fläche.

Dieser Winkel ist doppelt so hoch wie die Sonne über dem Horizont. Wenn Sie genau am Nord- (oder Süd-) Pol stehen, bleibt die Sonne den ganzen Tag auf derselben Höhe. Es wird eine kleine lineare Änderung aufgrund der Erdumlaufbahn um die Sonne geben, aber keine zyklische 24-Stunden-Änderung, da Sie sich auf der Rotationsachse der Erde befinden.

Jetzt können Sie mehrere Messungen über den Tag hinweg durchführen und ein Diagramm zeichnen. Auch wenn die Sonne auf derselben Höhe bleibt, bewegt sie sich immer noch in einem Kreis um Sie herum, sodass jede Messung einer anderen Richtung entspricht.

Wenn das Höhendiagramm flach ist, haben Sie den Pol gefunden. Wenn es jedoch einer Sinuswelle ähnelt, können Sie die Informationen verwenden, um näher an den Pol heranzugehen. Die Richtung, in der die Sonne am niedrigsten steht, ist zum Pol hin, und die Entfernung zum wahren Pol kann aus der Differenz zwischen niedrigster und höchster Erhebung berechnet werden.

Wenn Sie die Messung nicht zum Äquinoktium vornehmen, bleibt die Sonne nicht den ganzen Tag über auf derselben Höhe, da die Erdachse an anderen als diesen Tagen nicht im rechten Winkel zur Sonne ausgerichtet ist. Amudsen kam am 14. Dezember an, das war eine Woche vor der Sonnenwende und damit ungefähr zu der Zeit, zu der die Sonne während des 24-Stunden-Tages die maximale Höhenänderung zeigen würde. Das Wissen, wie hoch die Sonne an einem bestimmten Datum an einem bestimmten Ort sein sollte, lässt sich jedoch leicht auf einer Tabelle angeben, sodass sie die Messwerte mit dem vergleichen können, was sie am Pol hätten sein sollen.
@KeithMorrison Hmm, ich kann nicht wirklich sehen, was die Variation verursachen würde, wenn man bedenkt, dass Sie sich auf der Rotationsachse befinden - die Neigung der Erdachse bestimmt die Höhe der Sonne, aber sie variiert nicht in 24-Stunden-Zyklen, sondern nur in 1-Jahres-Zyklus am Pol. Ich habe versucht, es mit einer Online-Skymap zu überprüfen, und zumindest visuell bleibt die Höhe der Sonne den ganzen Tag über gleich: in-the-sky.org/…
@KeithMorrison Am Pol steht die Sonne zur Sonnenwende den ganzen "Tag" etwa (90-23,5) ° über dem Horizont. Vor/nach der Sonnenwende ist die Sonne niedriger, aber immer noch (fast) konstant während einer 24-Stunden-Periode. Da der „konstante“ Elevationswinkel des Vortages und des Folgetages leicht unterschiedlich ist, gibt es tatsächlich eine (kleine) Variation über das 24-Stunden-Intervall. Zur (oder nahe) Sonnenwende ist diese Schwankung jedoch tatsächlich am geringsten.
@KeithMorrison Ich war ein bisschen überrascht, als ich auch die Antwort von jpa las. Aber ich denke, er hat recht... Stell dir vor, du stehst im Sommer am Nordpol. Die Erdachse geht zwischen deinen Füßen und durch deinen Kopf nach oben. Wenn sich die Erde dreht (unter Vernachlässigung der Umlaufbahn), drehen Sie sich nur auf der Stelle, damit sich die Höhe der Sonne nicht ändert. Denken Sie auch darüber nach, wo der Terminator ist; Wenn sich die Erde dreht, ändern Sie Ihre Position relativ zum Terminator nicht. Vergleichen Sie dies damit, dass Sie sich in einiger Entfernung vom Pol befinden – Sie kommen näher und weiter vom Terminator weg, sodass die Sonne auf und ab geht.
Leider ist die Arktis fürchterlich bewölkt, und man kann die Sonne wochenlang nicht sehen.

Amundsens Team benutzte einen Meter auf ihren Schlitten, um nahe heranzukommen ( Dead Reckoning ) und dann Sextanten, um die Position zu bestätigen.

Unter Verwendung von Amundsens Tagebuch beschreibt Roland Huntford (in The Amundsen Photographs) das Foto als „Aufnahme der Sonne am geografischen Südpol. Amundsen (links) hält einen Sextanten. Helmer Hanssen (rechts) beugt sich über den künstlichen Horizont, der ein ist Tablett mit Quecksilber. Amundsen richtet das direkte Bild der Sonne mit ihrer Reflexion in der Oberfläche des Quecksilbers aus.“

Amundsens ursprüngliche Südpolstation

Als ihre Schlittenzähler anzeigten, dass sie am richtigen Ort sein sollten, hielten sie an der Stelle an, die auf der Karte rechts (vom Südpol aus) mit "Schlitten" markiert ist, um ihre Position anhand von Sonnenaufnahmen genauer zu bestimmen. Amundsen schickte dann drei Männer in 90°-Intervallen auf Schlitten hinaus. Jeder ging ungefähr 10 gesetzlich vorgeschriebene Meilen; auf diese Weise versicherte er, dass seine Partei den Pol eingekreist hatte.

...

In Polheim führte das Team über einen Zeitraum von 24 Stunden eine Reihe von stündlichen Beobachtungen durch, um ihren Standort zu bestätigen

Amundsens ursprüngliche Südpolstation

Die nächsten drei Tage arbeiteten die Männer daran, die genaue Position der Stange festzulegen; nach den widersprüchlichen und umstrittenen Behauptungen von Cook und Peary im Norden wollte Amundsen für Scott unmissverständliche Zeichen hinterlassen.[139] Nachdem Bjaaland, Wisting und Hassel mehrere Sextantenmessungen zu unterschiedlichen Tageszeiten vorgenommen hatten, fuhren sie in verschiedene Richtungen, um die Stange zu "boxen". Amundsen argumentierte, dass sie den genauen Punkt zusammenklammern würden.[140] Schließlich schlug die Gruppe ein Zelt auf, das sie Polheim nannten, so nahe wie möglich am eigentlichen Pol, wie sie nach ihren Beobachtungen errechnen konnten. Im Zelt hinterließ Amundsen Ausrüstung für Scott und einen an König Haakon adressierten Brief, um dessen Zustellung er Scott bat

Wikipedia

Die Leute benutzen auch heute noch Sextanten, und sie sind immer noch der beste Weg, um Längen- und Breitengrade ohne GPS zu finden, also scheint es, als würde man das verwenden.

Muss man bei dieser Methode direkt in die Sonne schauen?
@M.Herzkamp Wenn Sie technisch sein wollen, schaut er direkt auf die Reflexion der Sonne, aber ja, es ist notwendig.
@M.Herzkamp Zweifellos haben sie dunkle Filter verwendet. Keine Panik wegen Augenschäden.

Nehmen Sie nachts ein Zeitrafferfoto des Himmels direkt über Ihnen auf. Die sich bewegenden Sterne bilden Kreise auf Ihrem Foto, und wenn die Mitte der Kreise direkt über Ihnen liegt, sind Sie dort.

Theoretisch würde das funktionieren. In der Praxis führt ein Fehler von nur einer Bogensekunde beim Aufwärtszielen Ihrer Kamera zu einem Positionsfehler von mehr als 300 Metern. Sextanten sind für hochpräzises Zielen ausgelegt; Kamerastative sind es nicht.
Ein Kommentar zu Marks Antwort (oben). Eine Bogensekunde entspricht etwa 100 Fuß an der Erdoberfläche, nicht 300 Meter. Aber sein Punkt ist natürlich vollkommen gültig.
Alle Vor-GPS-Expeditionen bemühten sich, vor der Nacht draußen zu sein .
Um Kubanczyks Kommentar zu verdeutlichen: Die Pole sind das Land der Mitternachtssonne. Wenn irgendwelche Sterne sichtbar sind, bedeutet das, dass es Winter ist; Sie möchten wirklich nicht im Winter zum Südpol laufen.
@Bruce: Die Nacht am Pol dauert sechs Monate, die schlechteste Zeit, um sie zu erkunden :) Ich weiß nicht, ob Film- oder Digitalkameras in der superkalten Nacht (dh im Winter) an einem Pol funktionieren
Woher wissen Sie, dass Sie ohne GPS den Nord- oder Südpol erreicht haben?
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