天文觀測定位之演進及其省思 - 國立臺灣海洋大學

然 截 距 法 這 一 巧 妙 構 思 裡 , 作 了 兩 項 基 本 假 設 : 一 為 觀 測 船 位 和 假 設 位
置 對 天 體 的 地 理 位 置 的 方 位 是 相 同 , 另 一 則 為 當 餘 高 夠 大 時 , 可 將 天 文 位 置
圈 視 為 天 文 位 置 線 。 因 此 , 天 文 觀 測 船 位 的 準 確 性 受 這 兩 項 基 本 假 設 的 影 響 。
簡 言 之 , 由 於 真 實 船 位 是 未 知 , 其 本 質 上 係 屬 於 嘗 試 錯 誤 法 (trial-and-error
method) 且 當 觀 測 高 度 超 過 70 度 時 , 在 麥 氏 海 圖 上 用 天 文 位 置 線 取 代 天 文 位
置 圈 會 產 生 很 大 的 曲 率 誤 差 (error of curvature)。
目 前 , 不 論 商 船 教 育 訓 練 或 海 上 實 務 作 業 均 使 用 上 述 兩 種 方 法 來 實 施 天
文 觀 測 定 位 。 為 了 求 得 更 準 確 的 船 位 且 由 於 計 算 科 技 的 大 幅 進 步 , 許 多 學 者
研 發 新 計 算 方 法 論 , 以 期 改 進 天 文 觀 測 定 位 的 現 況 。 有 興 趣 者 可 進 一 步 參 考
24, 25
陳 志 立 等 人 的 著 作 。
想 一 想 :
1. 天 體 在 天 赤 道 座 標 系 統 的 位 置 變 數 : 赤 緯 (Dec) 與 格 林 威 治 時 角
(GHA), 如 何 轉 換 為 其 在 地 球 座 標 系 統 的 位 置 變 數 , 即 地 理 位 置 的 緯
度 (L) 與 經 度 (λ)?
2. 電 子 航 海 系 統 之 起 始 構 思 為 何 ?
3. 全 球 定 位 系 統 (GPS) 需 要 幾 顆 衛 星 資 訊 , 方 可 決 定 船 位 ?
4. 天 文 觀 測 定 位 , 除 截 距 法 外 , 是 否 有 其 他 思 維 來 建 構 方 法 論 ?
2. 觀 測 工 具 之 演 進
天 文 觀 測 定 位 之 演 進 史 裡 , 觀 測 工 具 有 其 關 鍵 的 角 色 。 最 重 要 的 兩 項 發
明 , 即 是 六 分 儀 (sextant) 和 天 文 鐘 (chronometer) 或 稱 計 時 器 (timepieces)。
(1) 六 分 儀
為 了 知 道 船 舶 緯 度 , 六 分 儀 的 發 展 較 磁 羅 經 來 的 早 。 相 傳 發 現
圓 錐 曲 線 的 希 臘 數 學 家 Apollonius of Perga(ca. 262-190 B.C.) 曾 製
造 觀 象 儀 (astrolabe), 然 其 在 海 上 的 應 用 價 值 因 過 於 大 型 而 受 限 。
可 能 最 早 在 海 上 使 用 觀 測 裝 置 為 通 用 象 限 儀 (common quadrant),
但 每 次 觀 測 需 動 用 2 至 3 人 才 能 完 成 。 最 具 有 效 用 的 海 上 測 天 儀
器 , 首 推 為 橫 桿 測 天 儀 (cross-staff), 而 由 撰 寫 《 海 員 的 秘 密 》(The
Seaman's Secrets) 一 書 的 作 者 John Davis 在 1590 年 發 明 的 背 桿 儀
(back-staff), 則 廣 受 到 美 國 初 期 的 海 員 使 用 。
著 名 天 文 觀 測 者 布 拉 赫 設 計 許 多 的 儀 器 都 具 有 60 度 的 弧 長 , 即 為
圓 周 的 六 分 之 一 , 故 他 命 名 為 「 六 分 儀 」。 據 此 , 凡 是 航 海 人 員 量
24 Chen, C.L., Hsu, T.P. and Chang, J.R., 2003, “A Novel Approach to Determine the Astronomical
Vessel Position,” The Journal of Marine Science and Technology, 11 (4): 221-235.
25 Hsu, T.P., Chen, C.L. and Chang, J.R., 2005, “New Computational Methods for Solving Problems of
the Astronomical Vessel Position,” The Journal of Navigation, 58 (2): 315-335.
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