La determinación de la dirección se refiere a las formas en que se puede determinar una dirección cardinal o un punto de la brújula en la navegación y la orientación . El método más directo es el uso de una brújula ( brújula magnética o girocompás ), pero existen métodos indirectos, basados en la trayectoria del Sol (sin ayuda o utilizando un reloj o reloj solar ), las estrellas y la navegación por satélite . [1]
La Tierra tiene un campo magnético que está aproximadamente alineado con su eje de rotación. Una brújula magnética es un dispositivo que utiliza este campo para determinar los puntos cardinales. Las brújulas magnéticas se utilizan ampliamente, pero su precisión es solo moderada. El polo norte de la aguja magnética apunta hacia el polo norte geográfico de la Tierra y viceversa. Esto se debe a que el polo norte geográfico de la Tierra se encuentra muy cerca del polo sur magnético de la Tierra. Este polo sur magnético de la Tierra, ubicado en un ángulo de 17 grados con el polo norte geográfico, atrae el polo norte de la aguja magnética y viceversa.
A finales del siglo XIX, en respuesta al desarrollo de acorazados con grandes cañones desplazables que afectaban a las brújulas magnéticas, y posiblemente para evitar la necesidad de esperar a que hubiera buen tiempo por la noche para verificar con precisión la alineación con el norte verdadero , se desarrolló la brújula giroscópica para su uso a bordo. Dado que encuentra el norte verdadero, en lugar del magnético, es inmune a la interferencia de los campos magnéticos locales o de a bordo. Su principal desventaja es que depende de una tecnología que muchas personas podrían considerar demasiado cara para justificarla fuera del contexto de una gran operación comercial o militar. También requiere una fuente de alimentación continua para sus motores, y que se le pueda permitir permanecer en una ubicación durante un período de tiempo mientras se alinea correctamente.
La posición del Sol en el cielo puede utilizarse para orientarse si se conoce la hora general del día. Por la mañana, el Sol sale aproximadamente por el este (hacia el este solo en los equinoccios ) y se dirige hacia el sur (en el hemisferio norte ) o hacia el norte (en el hemisferio sur ). Por la tarde, el Sol se pone por el oeste, nuevamente aproximadamente y solo hacia el oeste exactamente en los equinoccios. Al mediodía, está al sur para los observadores del hemisferio norte, que viven al norte del Trópico de Cáncer, y al norte para los del hemisferio sur, que viven al sur del Trópico de Capricornio. Este método no funciona muy bien cuando se está más cerca del ecuador (es decir, entre el Trópico de Cáncer y el Trópico de Capricornio ) ya que, en el hemisferio norte, el Sol puede estar directamente sobre la cabeza o incluso al norte en verano. Por el contrario, en latitudes bajas del hemisferio sur, el Sol puede estar al sur del observador en verano. En estos lugares, primero hay que determinar si el sol se mueve de este a oeste por el norte o por el sur observando sus movimientos (de izquierda a derecha significa que va por el sur, mientras que de derecha a izquierda significa que va por el norte); o se pueden observar las sombras del sol. Si se mueven en el sentido de las agujas del reloj, el sol estará en el sur al mediodía, y si se mueven en el sentido contrario, el sol estará en el norte al mediodía. El sol sale por el este y se pone por el oeste.
Debido a la inclinación axial de la Tierra , sin importar la ubicación del observador, solo hay dos días al año en los que el sol sale exactamente por el este. Estos días son los equinoccios . En todos los demás días, dependiendo de la época del año, el sol sale al norte o al sur del este verdadero (y se pone al norte o al sur del oeste verdadero). En todas las ubicaciones, se ve que el sol sale al norte del este (y se pone al norte del oeste) desde el equinoccio del norte hasta el equinoccio del sur , y sale al sur del este (y se pone al sur del oeste) desde el equinoccio del sur hasta el equinoccio del norte.
Existe un método tradicional mediante el cual se puede utilizar un reloj analógico para localizar el norte y el sur. El Sol parece moverse en el cielo durante un período de 24 horas, mientras que la manecilla de la hora de un reloj de 12 horas tarda doce horas en completar una rotación. En el hemisferio norte, si se gira el reloj de modo que la manecilla de la hora apunte hacia el Sol, el punto a medio camino entre la manecilla de la hora y las 12 en punto indicará el sur. Para que este método funcione en el hemisferio sur, las 12 apuntan hacia el Sol y el punto a medio camino entre la manecilla de la hora y las 12 en punto indicará el norte. Durante el horario de verano , se puede emplear el mismo método utilizando la 1 en punto en lugar de las 12. La diferencia entre la hora local y la hora de la zona horaria, la ecuación del tiempo y (cerca de los trópicos) el cambio no uniforme del acimut del Sol en diferentes momentos del día limitan la precisión de este método.
Un reloj de sol portátil puede utilizarse como un instrumento más preciso que un reloj para determinar los puntos cardinales. Debido a que el diseño de un reloj de sol tiene en cuenta la latitud del observador, puede utilizarse en cualquier latitud. Véase: Reloj de sol#Uso de un reloj de sol como brújula .
La astronomía proporciona un método para encontrar la dirección durante la noche. Todas las estrellas parecen estar en la esfera celeste imaginaria . Debido a la rotación de la Tierra, el movimiento diurno hace que las estrellas parezcan girar alrededor de un eje que pasa por los polos norte y sur de la Tierra. Este eje intersecta la esfera celeste en los polos norte y sur celestes , que al observador le parecen estar directamente sobre el norte y el sur respectivamente en el horizonte.
En ambos hemisferios, las observaciones del cielo nocturno muestran que las estrellas visibles parecen moverse en trayectorias circulares, causadas por la rotación de la Tierra. Esto se ve mejor en una fotografía de larga exposición , que se obtiene manteniendo el obturador abierto durante la mayor parte de la parte intensamente oscura de una noche sin luna. La fotografía resultante revela una multitud de arcos concéntricos (porciones de círculos perfectos) de los cuales se puede derivar fácilmente el centro exacto , y que corresponde al polo celeste , que se encuentra directamente sobre la posición del polo verdadero (Norte o Sur) en el horizonte. Una fotografía publicada expuesta durante casi 8 horas demuestra este efecto.
El polo norte celeste se encuentra actualmente (pero no de forma permanente) a una fracción de 1 grado de la brillante estrella Polaris . La posición exacta del polo cambia a lo largo de miles de años debido a la precesión de los equinoccios . Polaris también se conoce como la Estrella del Norte y se la denomina genéricamente estrella polar o estrella polar. Polaris solo es visible durante el buen tiempo por la noche para los habitantes del hemisferio norte . El asterismo " Osa Mayor " se puede utilizar para encontrar Polaris. Las 2 estrellas de las esquinas de la "cacerola" (las opuestas al mango) apuntan por encima de la parte superior de la "cacerola" hacia Polaris.
Mientras que los observadores en el hemisferio norte pueden utilizar la estrella Polaris para determinar el polo norte celeste, la estrella sur de la constelación Octans apenas es lo suficientemente visible como para utilizarla para la navegación. Por esta razón, la alternativa preferida es utilizar la constelación Crux (la Cruz del Sur). El polo sur celeste se encuentra en la intersección de (a) la línea a lo largo del eje largo de Crux (es decir, a través de Alpha Crucis y Gamma Crucis ) y (b) una línea que divide perpendicularmente la línea que une los "punteros" ( Alpha Centauri y Beta Centauri ).
A finales del siglo XX, la aparición de los sistemas de posicionamiento global (GPS) basados en satélites proporcionó otro medio para que cualquier persona pudiera determinar el norte verdadero con precisión. Si bien los receptores GPS (GPSR) funcionan mejor con una vista clara de todo el cielo, funcionan de día o de noche, y en todas las condiciones climáticas excepto las más severas. Las agencias gubernamentales responsables de los satélites los monitorean y ajustan continuamente para mantener su alineación precisa con la Tierra. A diferencia del girocompás, que es más preciso cuando está estacionario, el receptor GPS, si tiene una sola antena, debe estar en movimiento, generalmente a más de 0,1 mph (0,2 km/h), para mostrar correctamente las direcciones de la brújula. En los barcos y aviones, los receptores GPS a menudo están equipados con dos o más antenas, unidas por separado al vehículo. Se determinan las latitudes y longitudes exactas de las antenas, lo que permite calcular las direcciones cardinales en relación con la estructura del vehículo. Dentro de estas limitaciones, los GPSR se consideran precisos y confiables. El GPSR se ha convertido así en la forma más rápida y cómoda de obtener una alineación verificable con los puntos cardinales.
La radiogoniometría (DF), o radiogoniometría (RDF), es el uso de ondas de radio para determinar la dirección de una fuente de radio. La fuente puede ser un transmisor de radio cooperante o puede ser una fuente inadvertida, una fuente de radio natural o un sistema ilícito o enemigo. La radiogoniometría se diferencia del radar en que solo la dirección es determinada por un receptor; un sistema de radar generalmente también proporciona una distancia al objeto de interés, así como la dirección. Por triangulación , la ubicación de una fuente de radio se puede determinar midiendo su dirección desde dos o más ubicaciones. La radiogoniometría se utiliza en la navegación por radio para barcos y aeronaves, para ubicar transmisores de emergencia para búsqueda y rescate , para rastrear la vida silvestre y para localizar transmisores ilegales o interferentes. Durante la Segunda Guerra Mundial, ambos bandos utilizaron la radiogoniometría para localizar y dirigir aeronaves, buques de superficie y submarinos.
Los sistemas RDF pueden utilizarse con cualquier fuente de radio, aunque las longitudes de onda muy largas (bajas frecuencias) requieren antenas muy grandes y, por lo general, se utilizan solo en sistemas terrestres. No obstante, estas longitudes de onda se utilizan para la radionavegación marítima , ya que pueden viajar distancias muy largas "más allá del horizonte", lo que resulta valioso para los barcos cuando la línea de visión puede ser de solo unas pocas decenas de kilómetros. Para el uso aéreo, donde el horizonte puede extenderse a cientos de kilómetros, se pueden utilizar frecuencias más altas, lo que permite el uso de antenas mucho más pequeñas. Un radiogoniómetro automático , que podía sintonizarse con radiobalizas llamadas balizas no direccionales o emisoras de radio AM comerciales , era una característica de la mayoría de las aeronaves en el siglo XX, pero está siendo eliminado gradualmente. [2]
Para el ejército, el RDF es una herramienta clave de inteligencia de señales . La capacidad de localizar la posición de un transmisor enemigo ha sido inestimable desde la Primera Guerra Mundial y jugó un papel clave en la Batalla del Atlántico de la Segunda Guerra Mundial . Se estima que los avanzados sistemas " huff-duff " del Reino Unido fueron responsables directos o indirectos del 24% de todos los submarinos hundidos durante la guerra. Los sistemas modernos a menudo utilizan antenas de matriz en fase para permitir una rápida formación de haces para obtener resultados muy precisos y son parte de un conjunto más amplio de guerra electrónica .
Los primeros radiogoniómetros utilizaban antenas rotatorias mecánicas que comparaban la intensidad de las señales, y luego surgieron varias versiones electrónicas del mismo concepto. Los sistemas modernos utilizan la comparación de fases o técnicas Doppler , que generalmente son más sencillas de automatizar. Los primeros equipos de radar británicos se denominaban RDF, lo que a menudo se afirma que era un engaño. De hecho, los sistemas Chain Home utilizaban grandes receptores RDF para determinar las direcciones. Los sistemas de radar posteriores generalmente utilizaban una sola antena para la transmisión y la recepción, y determinaban la dirección a partir de la dirección en la que apuntaba la antena. [3]