Uticaj promena magnetnog polja Zemlje na orijentaciju Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Sc Goran Prodanović, poruCnik, Vojnogeognfski instirut.

Beograd

UTICAJ PROMENA MAGNETNOG POLJA ZEMLJE NA OR1JENTACIJU

UDC: 550.38:796.012.262

Regime:

U ovom radu govori se о promenama magnetnog polja Zemlje i njihovom uticaju na tačrtost izvodenja orijentacije instrumentima koji sadrie magnetnu iglu. Pored toga, rad razmatra postoječa reSenja upotrebe popravke busole sa aspekta tih promena

Ključne reći: magnetno polje Zemlje, promene magnetnog polja /Zemlje, deklinacija magnetnog polja Zemlje, instrument! koji sadrie magnetnu iglu, popravka busole, orijentacija.

INFLUENCE OF THE VARIATIONS OF THE GEOMAGNETIC FIELD ON ORIENTATION

Summary:

This article presents the variations of the geomagnetic field and their influence on the accuracy of orientation by instruments with a magnetic needle. The article also deals with using the existing solutions for compass corrections in correlation with the variations of the geomagnetic field.

Key words: geomagnetic field, variations of the geomagnetic field, declination of the geomagnetic field, instruments with a magnetic needle, corrections of the compass, orientation.

Uvod

Potrebe za brzom i tačnom orijenta-cijom uslovile su razvoj metoda i sred-stava za orijentaciju. U početku su to bila primitivna sredstva kojima se približno mogao odrediti pravac magnetnog severa ili magnetnog azimuta. Njihovim usavr-Savanjem. kao i konstrukcijom novih sredstava stvorena je Siroka paleta instru-menata koji su se u većoj ili manjoj men koristili i koriste za orijentaciju.

Dominantna uloga u izvodenju orijentacije u proteklom periodu svakako pripada instaimentima sa magnetnom

iglom, zbog relativno brzog izvodenja orijentacije i niskih troškova nabavke in-strumenata.

Nepoklapanje magnetnog meridija-na sa geografskim, zatim vremenske i prostome promene deklinacije magnetnog polja Zemlje, kao i neadekvatna re-Senost pregleda instrumenata koji sadrže magnetnu iglu, ovaj način orijentacije či-ni manje pouzdanim, pogotovo u slučaje-vima kada je potrebno postizanje visoke tačnosti. Pomenuti problemi rešavani su uprošćenim sagledavanjem, desto i neu-važavanjem saznanja о pojavama veza-nim za fenomen magnetnog polja Ze-

VOJNOTEHNIĆKJ GLASNIK WOO.V

207

mlje. Rešenja do kojih se dolazilo ova-kvim pristupom a koja se prvenstveno odnose na prostomu i vremensku pro-menljivost deklinacije magnetnog polja Zemlje neadckvatna su, pa čak i suprotna postojećim saznanjima nauke о magnet!-zmu Zemlje.

Cilj ovog rada jeste da ukaže na ka-rakter i veličinu prostomih i vremenskih promena i da se u tom smislu sagledaju postojeća rešenja i zauzmu stavovi о iz-vodenju orijentacije instrumentima koji sadrte magnetnu iglu.

Element! magnetnog polja Zemlje

Kao i svi dmgi magneti i Zemlja ima moć privlačenja, pokazuje polaritet i ima svoje polje sila. Izuzimajući njcnu ogromnu veličinu koja kao takva nije magnetna karakteristika, Zemlja deluje kao i bilo koji drugi sfemi magnet [4].

Magnetno polje Zemlje u bilo kojoj tački može se predstaviti vektorom T koji je tangenta na magnetnc linije sile u toj tač-ki (slika 1). Vertikalna ravan u kojoj leži vektor magnetnog polja naziva se ravan

о

SI. I - Vektor magnetnog polja Zemlje

magnetnog meridijana. Ona je bitan eleme-nat za orijentaciju instmmentima koji sadr-žc magnetnu iglu, jer se igla uvek postavlja u ravni magnetnog meridijana.

Ako se u tačku posmatranja О po-stavi početak troosnog pravouglog koor-dinatnog sistema, čijaje ravan xOy hori-zontalna, x-osa se orijentiSe u smeru astronomskog severe, y-osa u smeru astronomskog istoka, a z-osa naniže, on-da se u ovakvom koordinatnom sistemu vektor magnetnog polja može razložiti na komponente, a njegov položaj u prostoru odrediti uglovima koje on i njegove pro-jekcije zaklapaju sa koordinatnim osama.

Projekcija vektora magnetnog polja T na horizontalnu ravan xOy predstavlja horizontalnu komponentu H, a projekcija vektora magnetnog polja na z-osu verti-kalnu komponentu Z.

Ugao u horizontalnoj ravni koji obrazuju smer astronomskog i smer magnetnog severe u tački 0 naziva sc magnetna deklinacija D. To je ugao koji hori-zontalna komponenta H magnetnog polja Zemlje zaklapa sa x-osom.

Ugao u vertikalnoj ravni koji vektor magnetnog polja T zaklapa sa horizontal-nom ravni xOy naziva se magnetna inkli-naeija I.

Terenskim meienjima elemenata magnetnog polja Zemlje dobijaju se po-daci о njihovim vrednostima. Na osnovu tih vrednosti izraduju se magnetne karte na kojima je raspodela elemenata magnetnog polja prikazana izolinijama. S ob-zirom na to da se elementi magnetnog polja Zemlje menjaju u toku vremena, to se magnetne karte odnose na odredeni period, odnosno, epohu. U zavisnosti od prostora koji obuhvataju, magnetne karte

208

VOJNOTEHN1ĆKI GI^\SN1K 2/2003.

sc izrađuju za površ cele Zemije (svet-ske капе), i капе koje obuhvataju manje površi, odnosno teritoriju jedne države (nacionalne капе). Prikazivanjem eleme-nata magnetnog polja Zemije na svet-skim каната gubi se osobenost magnet-nog polja na malim prostorima, pa takve капе predstavljaju globalno magnetno polje Zemije. Na nacionalnim каната karakter magnetnog polja je vemije pri-kazan u odnosu na svetske, ali se i kod njih zbog razmera, preglednosti капе i dr. ne uočavaju lokalne nepravilnosti, pa se za njih može reći da predstavljaju globalno (regionalno) polje te države.

Dekiinacija magnetnog polja

Zemije

Kako je magnetna dekiinacija ugao u horizontalnoj ravni koji smer astro-nomskog severa Na obrazuje sa smerom magnetnog severa Nm u tački О, računa-nje magnetne deklinacije svodi se na od-redivanje vrednosti astronomskog1 Aa i magnetnog2 3 azimuta Am orijentacione tačke, odnosno njihove razlike (slika 2).

Dekiinacija D tačke О izračunava se po sledećem izrazu:

D^A^-A^ Y-(a-@, (1)

gdeje:

у - geografski azimut orijentacione tačke, a, p - mereni horizontalni uglovi u odnosu na smer magnetnog severa i na smer ka orijentacionoj tački Čija razlika predstavlja magnetni azimut.

1 Ugao и homonutnoj nvni koji obrazuju smer аяг»-

ooatskog severe i smer kj orijentacionoj taCki u nekoj taćki О.

3 Ugao u honzontalnoj ravni koji obrazuju smer mag* oetnog severa i smer ka orijentacionoj tafki u nekoj taCki O.

Na

Zemije

Smer astronomskog severa, odnosno, vrednost astronomskog azimuta, od-reduje se astrogeodetskim metodama opažanjem Sunca ili nekog drugog nebe-skog tela, dok se smer magnetnog severa, odnosno vrednost magnetnog azimuta odreduje nekom od magnetnih metoda.

Prostorne promene magnetnog polja Zemije

Kada se govori о prostomoj pro-menljivosti magnetnog polja Zemije, pr-venstveno se misli na njegovu povrSin-sku raspodelu. PoSto se izvor magneti-zma nalazi u unutrašnjosti Zemije, linije magnetnih sila koje se prostiru oko njega moraju proći kroz Zemljinu koru. Ona se sastoji od magnetski heterogenih materi-jala koji izazivaju deformacije magnetnog polja. Merenja izvršena na Zemljinoj povrSi ukazuju na veoma prostrane zone izgradene od stena različite permeabilno-sti kao što su planinski venci, geoloSki bazeni, regionalni rasedi i dr. Ovi tekton-ski oblici u velikoj men defonmišu oblik linija sila, tako da one odstupaju od svog

VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 2/2003.

209

normalnog oblika. Takve deformacije uslovljavaju regionalne i lokalne anoma-lije različitih površina i intenziteta. Ova-kva površinska raspodela namagnetisanja uslovila je ncmogućnost definisanja pre-ciznog matematičkog modela prostome promene elemenata magnetnog polja, pa bi se sa aspekta orijentacije, moglo govo-riti о površima sa većim i manjim ano-maiijskim vrednostima.

U okviru radova koje je u prote-klom periodu izvodio Vojnogeografski institute može se uočiti da je ovakav ka-rakter polja zastupljen i kod nas. Promene deklinacija, vrednosti i do pola stepe-na (tabela 1), uočavaju se i na kompenza-cionim površinama aerodrome* (slika 3).

Tabela /

Vrednosti deklinacija na kompenzacionoj povrSini aerodroma Priitina

Tač- ka me- re- nja Vred- nost dekli- nacije TaC- ka mcre- nja Vred- nost dekli- nacije Tai- ka mere* nja Vred- nost dekli- nacije Tać- ka mere* nja Vred- nost dekli- nacije

N1 2.45 El 2,63 SI 2.43 W| 2,50

N2 2.52 E2 2,63 S2 2.55 W 2 2,42

Nel Nc2 2.53 Sel 2.55 Swl 2,72 Nwl 2,38

2,55 Se2 2.58 Sw2 2.57 Nw 2 2.48

Vrednosti deklinacija date su u stepcnima

U okviru svojih radova Vojnogeograf-ski institut je izvrSio merenja deklinacije na deiu Zlotske geomagnetne anomalije. Pro-stor na kojem su vršena merenja predsla-vljaju njive pod ratarskim kulturama i ne stiče se utisak da se radi о anomalijama.

Merenja su izvrSena na 93 tačke (slika 4), koje se naiaze na medusobnom rastojanju od 45 m dok su visine instru-menta bile 1,6 m [2J.

' Prostor t(de se vrii baMartnje kompasn na avionun« i yde sc taCke premen nataze na medusobnom rastojanju od 2.5 m

N2#

I

SI. 3 - Tačke kotr.penzacione povriine

Da bi se uočila promenljivost deklinacije po vertikalnom gradijentu (visini), izvršcna su merenja i pri visini instru-menta od 1,1 m.

Iz rezultata dobijenih obradom merenja (tabela 2), može se uočiti izrazito anomalijski karakter ovog područja. Ras-pon deklinacija kreće se od 31,23 stepe-ni na tački FI do —44,5 stepeni na taćki S2. Takode, obradom merenja u redu D može se uočiti promena po vertikalnom gradijentu, odnosno visini, koja se kreće u granicama od 20 do 30 minuta.

S obzirom na prethodno izloženo, a imajući u vidu merenja deklinacije koja

210

VOJNOTEHNlCKI OI.ASNIK 2/2003.

Tabela 2

Vrednosti dektinacija na delu Ziotske geomagnetne anomalije [2\

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A 19,28 16,37 13,78 10.28 -22,35 -11,06 -3,32

В 17.02 17,8 2,72 12,05 -4.27 -33,53

C 15,78 13,1 15,98 15,9 -2,53 -41,05

16,57 19,97 7.93 -16.43 -28,5

Du 16,42 19,58 7,73 -17,08 -28,85

В 25,17 15,03 15,9 2.7 -15,73 -21,88

F 17.15 3U3 24,9 -5,53 -17,38 -15,22

G 27,68 16,99 -14,15 -13.68 -12,52 -9,83

H 22,6 1,9 -10,25 -11,32 -10,77 -9,28

I 3,02 -12,68 -12.03 -10,87 -9,57

J 3,58 -4,73 -9.57 -12.48 -10.58

К -19,15 -14,92 -12,53 -10,49

L -18,50 -16.55 -13,63

U -7.17 -16,47

M -14.63

N -10.78 -12,08 -13,07 -13,4 -13,98 -15,02

0 -8.93 -8,53 -7,73 -7,05 -6,03 -4,35 -4,58 -4,23 -4.78

P -10,17 -13,23 -16,5 -21,23 -31.05

R -14,88 -25,77 -28,22

S -26.72 -44,5 -37,5

su izvrSili Vojnogeografski institut i Gc-omagnetski zavod, može se konstatovati sledeće:

- prostomu raspodelu clcmenata magnetnog polja Zemlje, a samim dm i deklina-cije nije moguće matematički defmisati;

- povrSi gde se dekiinacija menja u granicama do pola stepena zahvataju veći deo prostora naše državne teritorije;

- postoje područja sa izraženim anomalijama gde se vrednosti deklinacije menjaju u rasponu od nekoliko desetina stepeni;

- na osnovu heterogenosti geolo-Skog sastava (la naše zemlje, može se pretpostaviti da postoji znatan broj povrSi

gde se promene deklinacije kreću u rasponu od nekoliko stepeni.

Varijacije magnetnog polja

Zemlje

Promene vrednosti elemenata magnetnog polja Zemlje u realnom vremenu nazivaju se varijacije. Redovna dnevna aktivnost svake geomagnetne opservatori-je je registrovanje varijacija magnetnog polja Zemlje. Regislrovanjem varijacija dobijaju se magnetogrami na kojima su grafički prikazane promene elemenata magnetnog polja u toku 24 sata po Grini-ču. Sa njih se može uoćiti da su u nekim danima sve komponente polja podložne

VOJNOTRHNlfKt GLASNIK 2^200.V

211

ujednačenim promenama (slika 5), dok ima dana kada su te promene izraženijc, pa čak i vrlo intenzivne (slika 6). Inten-zivne promene intenzitcta magnetnog po-Ija Zemlje koje mogu trajati nekoliko dana nazivaju se magnetne bure. Za vreme njihovog trajanja onemogućeno je izvođe-nje orijentacije insirumentima koji sadrže magnetnu igtu. Sve pojave koje izazivaju promene intenziteta magnetnog polja Zemlje u realnom vremenu u neposrednoj su vezi sa dešavanjima na Suncu [4].

SI. S - Ujednaćene promene deklinacije

Sl. 6 - Neujednačene promene deklinacije

ViŠegodiSnja ispitivanja na geomag-netnim opservatorijama i sekulamim sta-nicama4 pokazala su da dementi magnetnog polja Zemlje posle dužih intervala na istim mestima menjaju svojc vrednosti. Ove varijacije sadr?e jedan postojan deo na koji se superponiraju varijacije manjeg intenziteta. Shodno tome, spore vremen-ske promene koje mogu da traju i po nekoliko decenija, imajudi pri tome isti znak *

* Sun ice na kojima se и određenom intcrvalu objsvljuju rnagnema mertnja.

i smer, nazivaju se sekulame (vekovne) varijacije. Sekulame varijacije defmiSu promenu srednjih godišnjih vrednosti ele-menata magnetnog polja i izražavaju se u nanoteslama (nT), ili minutima po godini. Za prostor пабе zemlje sekulame varijacije deklinacije iznose oko tri minuta ili jedan miliradijan po godini.

Stepen geomagnetne aktivnosti vari-ra iz dana u dan, i vrlo je malo dana koji su potpuno bez znatnih poremećaja. Ka-ko se dešavanja na Suncu ne mogu pred-videti, ne mogu se predvideti ni intenzi-tet i dužina geomagnetnih poremedaja.

Često se za potrebe analize varijaci-ja uvode termini srednjih Časovnih, dnev-nih, mesečnih Hi godišnjih vrednosti. Ove vrednosti predstavljaju srednje vrednosti clemenata magnetnog polja u datim vremenskim intervalima, i kao takve nisu značajne za korekciju vrednosti elemcna-ta magnetnog polja, a time i magnetne deklinacije u realnom vremenu.

Orijentacija instrumentima koji

sadrže magnetnu iglu

Relativno biz i jednostavan način orijentacije pomodu instrumenata koji sa-drže magnetnu iglu uslovio je njihovu pri-menu u geologiji, geofizici, vazduhoplov-stvu i dr. Za te potrebe koriste se razni ti-povi busola, kompasa, goniometara i dr.

S obzirom na to da se orijentacija, uglavnom, izvodi u geografskom i pravo-uglom koordinatnom sistemu, pri orijen-taciji instrumentima koji sadrže magnetnu iglu potrebno je poznavanje horizon-talnog ugla koji zaklapa smer magnetnog i astronomskog severa ili smer magnetnog severa i x-ose pravouglog koordinat-nog sistema. Ukoliko se orijentacija iz-

212

VOJNOTEHNJCKI CLASNIK 2^003.

vodi u pravouglom koordinatnom siste-mu, potrebno je poznavati vrednost men* * dijanske konvergencije i magnetne dekli-nacije, odnosno vrednost popravke busole5. Medutim, ako se orijentacija izvodi u geografskom koordinatnom sistemu onda je potrebno poznavanje samo vrednosti magnetne deklinacije.

Postupak odredivanja popravke buso-le AAgo svodi se na odredivanje razlika iz-mcđu magnetnih azimuta i pravouglih azimuta A,, na dve orijentacione tačke:

ЛА„,= А„,-А2 (2)

Izračunavanjem aritmetičkc sredine ovih vrednosti dobija se konačna popravka busole koja se sa koordinatama deklinacio-ne stanice6 i vremenom odredivanja upisuje na ploCicu koja se Cuva uz instrument.

Popravka busole važi do Sest mese-ci, i to u granicama istoCno i zapadno do trideset kilometara, a sevemo i južno do sto kilometara od mesta deklinacione stanice. Na rad magnetne igle utiču razne promene, tako da popravka busole nema stalno istu vrednost. Ona se menja i po vremenu i po prostoru u kojem se koristi. Promene koje utiču na veliCinu popravke su godiSnje, dnevne i lokalne. GodiSnje promene iznose u toku jedne godine se-dam do deset minuta, a otklanjaju se od-redivanjem popravke dva do tri puta u toku godine. Dnevne promene nastaju zbog toga Sto magnetna igla zauzima razne po-ložaje u toku jednog dana, i to:

- srednji u 0,4, 10 i 18 Casova,

- zapadni maksimum u 2 i 13 Casova,

- istoCni maksimum u 8 i 22 Casa.

’ Popravka aitiljcnjskf busole ДА„ jeste honzomalni ugso koji zakUpa smer magnetnog seven i pozitivni smer x-oie (pnvougli sever) u nekoj taflei 111.

* Sujna иска na kojoj se odreduje popravka busole

Ukupno skretanje magnetne igle u toku jednog dana (dnevna amplituda) iz-nosi oko petnaest minuta (Cetiri hiljadi-ta). Ako se busola koristi u istom vremenu i mesecu kada je njena popravka odre-dena, korekeija popravke zbog dnevne promene ne postoji. Medutim, ako se bu-sota koristi u nekom drugom vremenu, Sto je CeSCi sluCaj, u popravku busole treba uraCunati i vrednost dnevnih pro-mena prema tabeli Э [5].

Tabeta S

Odredivanje popravaka zbeg dnevnih promena

Mesec Odstupanje magnetne igle po ćasovima

6 8 10 12 14 16 18

Januar 0,0 0.3 0.0 -0.9 -0,9 -0.3 0.0

Febnur 0.3 0,6 0.3 -0.9 -U -0.6 0.0

Mart 0.3 0.9 0.6 -1.2 -1,8 -0.9 0.0

April 0.6 1,5 0,6 -1.5 -2,1 -0.9 0.0

Maj 1.2 1,5 0,3 -1.5 -2,1 -0.9 0,0

Juni 1,5 1,5 0.3 -1,5 -2,1 -U -0.3

Juli U 1.2 0.3 -:>5 -1.8 -0.9 -0,3

Avgust 0.9 1.2 0.0 -1,5 -1,8 -0,6 0.0

Septem- ber 0.6 0.9 0.0 -:,5 -1.5 -0,6 0.0

Oktobar 0.3 0.9 0.6 -i,3 -1.5 -0,6 0,0

Novem- bar 0.0 0.3 0.3 -0,9 -1.2 -0,6 0,0

Decem- bar 0.0 0.3 0.0 0,6 -0.9 -0,3 0.0

Odstupanje magnetne igle dato je и podeocima busole (hi-Ijaditima) iti miliradijanima gde je milindijan ugao kome odgovara kružm luk duiine jedndee hiljadiiom dclu polu-prcenika tog luka. Pun krug ima 6283 miliradijana. Iz prak* liCoih razloga na busolama pun krig ima 6000 ili 6400 po* deoka. a svaki podeljak ima vrednost 3.6 ili 3.4 minuta

U ovom delu ukratko je izložen postupak odredivanja popravke busole sa detaljnim opisom njene upotrebe propi-sanim „Uputstvom za topografsko-geo-detsko obezbedenje artiljerije“.

Propisani postupak odredivanja popravke busole je korektan, ali postupak njene naknadne upotrebe ne oslanja se na Cinjenice о prostomim i vremenskim

VOJNOTEHNlCKl OLASNIK 2/2003.

213

promenama magnetnog polja Zemlje, od-nosno magnetne deklinacije.

Nemogućnost defmisanja matematič-kog modela prostome raspodele namag-netisanja uslovljava i nemogućnost prog-noziranja prostome promene elemenata magnetnog polja a samim tim i deklinacije. Imajući u vidu veličinu promene magnetne deklinacije na kompenzacionim po-vršima koje se nalaze na prostom gde je magnetno polje homogeno, kao i hetero gcnost geološkog sastava tla Srbije i Cme Gore, upotreba popravke busole van de-klinacione stanice prcma okvirima propi-sanim uputstvom onemogućava tačno iz-vodenje orijentacije. Varijacije magnetnog polja Zemlje u neposrednoj su vezi sa deSavanjima na Suncu. Promene na Suncu (empcije i dr.) ne mogu se predvideti, ta-ko da vrednosti vremenskih promena deklinacije iz tabele 3 ncmaju upotrebnu vrednost pri izvodenju orijentacije.

Zakljućak

Na osnovu izložcne prostome i vre-menske promenljivosti magnetnog polja Zemlje, odnosno magnetne deklinacije kao ključnog elementa pri odredivanju popravke busole, nameće se potreba za Sto opreznijim prilazom izvodenju orijentacije instrumentima koji sadrže mag-netnu iglu. Posebnu pažnju treba obratiti pri usmeravanju artiljerijskih oruda, ra-darskih sistema i svih drugih sistema za čiji je uspeSan rad ili delovanje potrebna visoka tačnost.

Popravka busole odredena na terenu može da se koristiti samo na tački na ko-joj je odredena, pod pretpostavkom da u meduvremenu nije došlo do većih promena magnetnog polja Zemlje.

Varijacije magnetnog polja Zemlje su po intenzitetu i vremenu nepredvidiv fenomen, pa korekeija popravke busole vrednostima iz tabele 3 nema upotrebnu vrednost. Tačnu orijentaeiju instrumentima sa magnetnom iglom nemoguće je ostvariti bez naknadne korekeije.

Intenzitet i brzina savremenih bor-benih dejstava zahtevaju brzu i tačnu orijentaeiju. Iskustva iz ratova u Hrvatskoj i BiH pokazala su da su artiljerijska oruda koja su se zadržavala na položaju posle prvog ispaljivanja brzo otkrivana i često postajala cilj, što ukazuje na nemoguć-nost naknadne korekeije usled prvobitne loSe orijentacije.

Može se konstatovad da instrumenti sa magnetnom iglom ne zadovoljavaju kriteri-jume koje postavljaju savremena borbena dejstva i da ih treba zameniti sredstvima koja omogućavaju taćnije izvodenje orijentacije, kao Sto su teodolid i Žiroteodolid, a zbog brzine i tačnosti posebno treba istaći savre-mene satelitske sisteme.

Littratura•

111 Markov*. D.: Gcodetska geofizika, Beograd. 199$.

|2] Prodanov*. G.: ZnaCaj magneukc deklinacije za orijenta-eiju ljudi i sredstava. specialist rad. Beograd, 199$.

13} Start cv id, M.. Đorđević, A.: Geoloikt atlas Srbije, Beograd. 1996.

|4| Stefanovie. D.: Geomagnetske metode istraJjvatya. Beograd. 1978

15) Uputstvo za topografsko-geodetsko obezbedenje attiljerije, VojnoizdavaCki zavod. Beograd. 1981.

214

VOJNOTEHNIĆK1 GLASNIK 2/2003.