Variace kompasu
Na další dvojstraně deníku (1. – 4. 11., obr. 12) nás pro účely tohoto článku zaujmou pouze tři záznamy, zvýrazněné na obrázku. Na straně vlevo čteme záznam „At Noon Cape Ortegall SEbE 8 Leagues„. Upozorňuje na důležitý orientační bod – mys Ortegal, který se v poledne nacházel ve směru South-East-by-East ve vzdálenosti 8 Leagues. Jednotka League (v češtině někdy nepřesně překládaná jako míle, protože neexistuje její český ekvivalent. Polsky označovaná jako „liga“) je rovna třem námořním mílím.
Na straně vpravo vidíme poznámku „Variation per Amplitude 16° W„. Údajů tohoto typu bude přibývat zejména na stranách z plavby přes otevřený oceán. Jde o jeden ze způsobů určení magnetické deklinace (anglicky variation), tedy odchylky směru k reálnému a magnetickému severu. Ačkoliv správný český výraz pro tuto veličinu je deklinace, pro účely článku budeme nadále používat pojem (magnetická) variace, abychom se vyhnuli možné záměně s pojmem deklinace Slunce (viz první část seriálu).
Poslední zvýrazněný údaj se týká polohy lodi v poledne, u níž vidíme, že je vztahována k blízkému důležitému bodu. První záznam říká „Cape Ortegall S 79°45′ E 57 Miles„, a druhý „Cape Finester S 33 W 33 miles„.
Od následující strany deníku se měření magnetické variace objevuje téměř v každém denním záznamu. Věnujme se tomuto tématu nyní podrobněji s pomocí dalšího obrázku z deníku.
Záznamy o variaci na tomto obrázku udávají toto:
Variation per medium of 4 Azimuths 19° 53′ W.
Variation per medium of several Azimuths 19° 37′ W.
Variation per Amplitude & Medium of 4 Azimuths 19° 12′ W.
| Variation { | per medium of several azimuths 18° 40′ | } W |
| per an Amplitude 19° 08′ |
| Variation { | per amplitude 17° 53′ | } West |
| per Azimuth 18° 03′ |
Pravidelné určování magnetické variace mělo význam ze dvou důvodů. První byl ryze praktický: o variaci je třeba opravovat kurz lodi, který ukazuje kompas, abychom dostali kurz tzv. reálný, tj. vztažený vůči skutečným poledníkům. Druhý důvod byl obecnějšího rázu. Změna magnetické variace se změnou polohy zajímala vědce i kartografy. Již od začátku 18. století vznikaly mapy magnetické variace v Atlantiku (první takovou mapu publikoval v roce 1701 Edmund Halley, viz obr. 14). Pravá příčina nejen variace, ale i zemského magnetismu, byla tehdy ještě neznámá. Existovaly dokonce názory, že při vypracování podrobných map variace bude možné přímo určovat na moři zeměpisnou délku (například jako průsečík rovnoběžky stanovené z měření zeměpisné šířky, a linie spojující místa na zemi se stejnou hodnotou variace). Realizace se tato metoda v praxi nedočkala – jednak neexistovala možnost měřit variaci s dostatečnou přesností, a především se její hodnoty mění s časem díky pohybům magnetických pólů.
Jak vidíme ze záznamů, používaly se dvě metody určení magn. variace – pomocí tzv. amplitudy Slunce, nebo pomocí azimutů Slunce (obvykle jako průměr z několika měření). Jejich popis nalezneme opět např. v Patounově Treatise of Practical Navigation ([5], str. 296). Amplituda Slunce je úhel mezi směrem k východnímu či západnímu směru na horizontu a směrem ke Slunci v okamžiku jeho východu či západu (Slunce zapadá/vychází přesně na západě/východě pouze o rovnodennostech, v létě zapadá/vychází více k severu a v zimě více k jihu.) Tzv. skutečnou amplitudu nalezneme výpočtem nebo z tabulek, zatímco pomocí kompasu určíme tzv. magnetickou amplitudu (de-facto magnetický azimut Slunce v okamžiku jeho východu či západu, ale měřený od východního či západního směru na kompasu). Rozdíl těchto dvou amplitud pak udává magnetickou variaci. K výpočtu skutečné amplitudy potřeboval navigátor znát deklinaci Slunce pro daný den (Decl.) a svou zeměpisnou šířku (Lat). Amplituda se pak spočte jako sin(Ampl) = sin(Decl) / cos(Lat).
Vzoreček zde uvádíme především proto, abychom si přiblížili, jakým způsobem se museli s podobnými výpočty vypořádat navigátoři v osmnáctém století. Především se vzorečky, pokud to šlo, zapisovali slovně v podobě trojčlenky. Náš vzorec má tedy v Patounovi tuto podobu:
| As the Co-sine of the Latitude is to the Radius, so is the Sine of the Sun’s Declination to the Sine of the Sun’s true Amplitude. |
Jak se má kosinus šířky k poloměru (dnes bychom řekli k poloměru jednotkové kružnice, tedy jedničce), tak se má sinus deklinace Slunce k sinu skutečné amplitudy Slunce. |
Navigátor také nepočítal poměry goniometrických funkcí příslušných úhlů, ale hledal v tabulkách jejich logaritmy. Použití logaritmů má tu výhodu, že namísto násobení a dělení stačí sčítat nebo odčítat logaritmy. Více to objasní příklad (opět z Patouna): pro zem. šířku 41° 50′ a deklinaci Slunce 15° 54′ hledáme skutečnou amplitudu Slunce.
![Obr. 15: Příklad výpočtu amplitudy z [5].](https://krasajachtingu.cz/wp-content/uploads/2014/02/amplitude.jpg)
Druhá metoda určení magnetické variace spočívá v porovnání azimutů: magnetického azimutu Slunce (kdykoliv během dne, ne pouze v okamžiku západu či východu Slunce) změřeného kompasem a skutečného azimutu vypočteného na základě výpočtu. Vzorec pro výpočet je složitější než v předchozím případě a proto jej neuvádíme, kromě deklinace Slunce a zeměpisné šířky v něm vystupuje i výška Slunce nad horizontem, kterou je také třeba změřit. Zatímco amplitudu lze změřit vždy pouze při východu nebo západu Slunce, azimuty lze měřit opakovaně a variaci z těchto měření získanou průměrovat, jak ostatně vidíme i v deníku.
Amplitudy a azimuty Slunce se měřily azimutálním kompasem, což byl námořní kompas opatřený mířidly, jak ukazuje obr. 16. Vlevo je dánský azimutální kompas z počátku osmnáctého století a vpravo jeho vyobrazení z knihy Cyclopaedia or an universal dictionary of arts and sciences z roku 1728 [9].
![Obr. 16: Vlevo - Dánský azimutální kompas z počátku osmnáctého století. Vpravo - vyobrazení azimutálního kompasu z [9].](https://krasajachtingu.cz/wp-content/uploads/2014/02/azimutalni_kompas.jpg)
Podobná, ale podrobnější poznámka, se opakuje v záznamech ze 6. října 1769 z plavby Endeavour mezi ostrovy v Pacifiku: It is necessary to take notice the Variation has sudden Increase which makes us Imagine we are near land. We had such Increase before, which makes me think we pass’d some Island as we had evident signs of land. (Je nezbytné upozornit na náhlý vzrůst variace, což nás přivádí k závěru, že se nacházíme blízko země. Podobné vzestupy jsme měli i dříve, což si vysvětluji tím, že jsme míjeli nějaký ostrov, neboť jsme viděli zjevné známky země.
K tématu magnetické variace se váže ještě jeden pojem – magnetická inklinace. Stejně jako směr magnetického pole, odborněji řečeno jeho indukční čáry, nesměřují většinou ke geografickému severu, stejně tak nejsou obvykle orientovány vodorovně, ale v jistém sklonu k zemskému povrchu. Pokud umístíme střelku kompasu na vodorovnou osu, sklopí se ve směru těchto čar; na magnetickém pólu zaujme svislou polohu. Takový přístroj v moderní terminologii nazýváme magnetický inklinometr, v Cookových zápiscích jej najdeme pod označením dipping needle. Cook jej na svých plavbách vezl nikoliv jako navigační přístroj, ale kvůli výzkumu magnetického pole na různých místech Země. Konkrétní přístroj, který vezl Cook na své druhé plavbě, vidíme na obr. 18.
V Journalu z první plavby Cook píše, že se přístroj velice obtížně používá na moři kvůli pohybům lodi. Pro ten účel postavili závěsný stůl, s jehož použitím bylo možno měřit magnetickou inklinaci s přesností asi na dva stupně. V deníku z Endeavour také nalezneme pouze dva záznamy měření inklinace:
19. září 1768, jižně od Madeiry: Dip of the Needle 77° 18′.
25. října 1768, před pobřežím Brazílie: Mr. Green found the Dip of the Needle 26°.
(Charles Green byl astronom plavící se s Cookem, vyslaný Královskou společností v Londýně, aby z Tahiti pozoroval přechod Venuše přes Slunce. Konce plavby se však nedožil, v Batávii se nakazil úplavicí a zemřel v lednu 1771.)
![Obr. 18: Magnetický inklinometr (anglicky 'dip circle' nebo také 'dipping needle'), který s sebou Cook vezl na své druhé plavbě okolo světa. Délka střelky je 30,5cm. Zdroj: [10].](https://krasajachtingu.cz/wp-content/uploads/2014/02/dip_circle.jpg)
Obrátíme nyní další strany deníku a dostáváme se k tématu určování mořského proudu. Tento údaj se poprvé objevuje na záznamu z 3. října 1768 a opakuje se i v následujících dnech. Na obr. 19 vidíme záznamy ze 7. – 10. října. Měření proudu se na nich objevuje pětkrát:
- 7.10. Try’d the Current & found it to sett SEbE one Knott per Hour. (Zkoušen proud a zjištěn mířící ve směru SEbE jeden uzel za hodinu.)
- 8.10. This day I find by Observation the Current has sett the Ship 7 miles to the Southward. (Dnes jsem z měření zjistil, že proud posunul loď o 7 mil jižním směrem.)
- 9.10. Try’d the Current & found it sett NNW 1 K 1 F per Hour. (Zkoušen proud a zjištěn mířící ve směru NNW jeden uzel a jeden sáh za hodinu.)
- 10.10. Try’d the Current & found it to sett NEbN 1 K 2 F per Hour. (Zkoušen proud a zjištěn mířící ve směru NEbN jeden uzel a dva sáhy za hodinu.)
- 10.10. Try’d the Current & found it sett NE 1 K 2 F per Hour. (Zkoušen proud a zjištěn mířící ve směru NE jeden uzel a dva sáhy za hodinu.)
Zápisy obsahují dvojí způsob určování mořského proudu. Záznam z 8.10. říká v podstatě to, že rozdíl zeměpisných šířek změřených ve dvou po sobě jdoucích dnech je o 7 mil (směrem k jihu) větší, než je tentýž údaj zjištěný pouze z nautického spočtení (z kurzu a rychlosti lodi měřené vůči vodě). Tento nesouhlas je interpretován jako vliv mořského proudu.
Ostatní čtyři záznamy jsou výsledkem přímého měření směru a rychlosti mořského proudu. Při pohledu do deníku vidíme, že byly pořizovány vždy za bezvětří (Calm) nebo jen velmi slabého větru. Měření mořského proudu na lodi, která se na otevřeném a hlubokém moři pohybuje spolu s proudem, se jeví jako neřešitelná úloha. Nicméně navigační příručky prozrazují, že mořeplavci věděli, nebo alespoň (správně) předpokládali, že mořské proudy jsou omezené pouze na povrchovou vrstvu vody několik desítek až stovek metrů hlubokou. Popis takového měření můžeme nalézt např. v Robertsonových Základech navigace [7, str. 51]: „Z lodi se spustí člun a dostatečně se od ní vzdálí. Na laně upevněném ke člunu se spustí těžký železný kotel naplněný zátěží do hloubky 80 až 100 sáhů (150 až 180 metrů). Takto uzpůsoben zůstane člun v klidu téměř jako by byl na kotvě. Z člunu se pustí log a jeho rychlost udává rychlost mořského proudu, a směr šňůry logu směr proudu.“
V deníku, který v převážné většině popisuje pouze výsledky měření, ale nikoliv metody, jakými byli získány, existuje jediný psaný záznam z 2. února 1769, odkazující se na tuto metodu (obr. 20):
„Sent the master to try the Current. Boat returned having found no Current.“ (Master byl poslán změřit proud. Člun se vrátil nenaleznuv žádný proud). Několik poznámek zmiňujících použití člunu k určení proudu se objevuje i v Journalu z plavby, který psal přímo James Cook.
Ve spodních řádcích dvoustrany na obr. 19 si můžeme všimnout ještě jedné zajímavosti, v té době běžné: symbolů pro označování dnů v týdnu. Tyto symboly původně (dnes už pouze výhradně) představovaly sedm planet Sluneční soustavy (ostatně v mnoha jazycích názvy dnů v týdnu ze jmen těchto planet vycházejí) a udává je tato tabulka:
Měření hloubky
Údaje o hloubce nalezneme v deníku především z úseků plavby v blízkosti pobřeží, při nichž je sledování hloubky také nejklíčovější. Jako přístroj k měření hloubky sloužila na lodích od starověku až po začátek dvacátého století dobře známá olovnice. Jednalo se o závaží upevněné na šňůře, které se spouštělo na dno moře. Délka šňůry pak udávala jeho hloubku. Až do konce šestnáctého století se délka spuštěné šňůry určovala až při vytahování z moře pomocí natažených paží. Proto se také hloubky udávaly v jednotkách sáhů. Počátkem sedmnáctého století se na šňůrách olovnic objevily barevné značky tvořené proužky kůže či plátna, vyznačující obvykle délku 2, 3, 5, 7, 10 a 15, 17 a 20 sáhů. Barvy a materiál těchto značek se s postupem času měnily, v osmnáctém století [11] se v britském námořnictvu ustálil tento vzor:
| 2 sáhy | černá kůže s dírkou |
| 3 sáhy | totéž |
| 5 sáhů | bílá |
| 7 sáhů | červená |
| 10 sáhů | černá kůže |
| 13 sáhů | modrá |
| 15 sáhů | bílá |
| 17 sáhů | červená |
| 20 sáhů | dva uzly |
Šňůry hloubkových olovnic, s nimiž bylo možno měřit až 100 nebo 200 sáhů, byly až do dvaceti sáhů označeny stejně, a pak následoval na 25 sázích jeden uzel, na 30 sázích tři uzly, atd. Závaží olovnice o váze 6 kg a délce jedné stopy ze začátku 18. století vidíme na obr. 21. Pro různé hloubky měly i závaží různé hmotnosti, od několika kilogramů pro malé hloubky, až po více než 20 kg pro hloubky nad 100 sáhů. Okolní voda totiž klesající šňůře klade odpor, který se zvětšuje s délkou ponořené šňůry, a klesání lehkého závaží se při určité délce šňůry již prakticky zastaví.
Dolní část závaží olovnice byla opatřena důlkem sloužícím k vymazání lojem. Do loje se nalepil vzorek mořského dna – další z údajů zapisovaných do lodního deníku. Na obr. 17 výše vidíme sérii takových záznamů ze 7. listopadu 1768:
| Sounded 32 fathoms coral rock & Broken shells. | Změřeno 32 sáhů, korály a úlomky škeblí. |
| 32 fathoms Rocky small shells & stones. | 32 sáhů, ostrohranné malé škeble a kameny. |
| 33 fathoms ditto. | 33 sáhů, stejné dno. |
| 38 fathoms coral rock & fine sand | 38 sáhů, korály a jemný písek |
| 80 fathoms Coarse Brown sand | 80 sáhů, hrubý hnědý písek |
| No ground with 100 fathom line | Nedosaženo dna se 100-sáhovou šňůrou |
Hutchinson ve svém Treatise… [4, str. 117] popisuje podrobně, jak probíhalo měření hloubky: Vnitřní konec šňůry musí být uvázán, aby nedošlo ke ztrátě olovnice i se šňůrou. Olovnice a šňůra se musí volně pohybovat a procházet rukou, z níž jsou spouštěny. První měření probíhá pouze do hloubky šesti nebo sedmi sáhů, čím se ihned zjistí, zda loď není v bezprostředním nebezpečí naplutí na mělčinu. Teprve po tomto měření přichází měření větší hloubky. Pokud je změřena hloubka menší než pět sáhů, ohlašuje se velmi stručně a hlasitě. Za jiných okolností se hloubka udávala zvolna a spíše recitací slov, např. „by, the, mark, ten!„, což usnadňovalo její zaslechnutí a porozumění v podpalubí, případně na dalších lodích téže flotily v blízkosti.
Konec druhé části.
Odkazy a zdroje:
[4] William Hutchinson: A treatise … by Practical Seamanship, 1791
[5] Archibald Patoun: A Compleat Treatise of Practical Navigation, 1734
[7] J. Robertson: The Elements of Navigation, vol. II, 1786
[11] Charles Martelli: The naval officer’s guide for preparing ships for sea, 1834, str. 321