Kam ukazuje kompas

Kam ukazuje kompas? No přeci na sever! To ví každé malé dítě… Pojďme se na to ale společně podívat trochu podrobněji a možná budeme překvapeni, k čemu se nakonec dostaneme.

Na sever

Dobrá, takže na sever. Sever chápeme jako směr k severnímu geografickému pólu, tedy místu, kde osa otáčení zeměkoule protíná její povrch někde “tam nahoře”, “uprostřed” Arktidy. Tam je severní pól nakreslený na všech mapách, najdeme ho tam i na školním glóbu. Takže máme jasno…

Magnetické póly

Jenže – magnetický pól není identický s tím geografickým!

Magnetické pole Země vzniká asi z 90% své povrchové intenzity hluboko uvnitř naší planety. Konkrétně ve vnějším jádře, které je na rozdíl od toho vnitřního v tekutém stavu. Je z převážné většiny tvořeno taveninou směsi železa a niklu, tedy dvou feromagnetických kovů. Zahříváním, jehož zdrojem je z větší části radioaktivní rozpad přírodně radioaktivních prvků (uranu, thoria, draslíku a nestabilních produktů jejich rozpadu), vzniká v tomto prostředí konvekční proudění elektricky nabitých částic, které provází vznik magnetického pole. Svoji roli přitom zřejmě hraje také nepatrně rozdílná rychlost rotace pevného vnitřního a tekutého vnějšího jádra.

Magnetické póly se potom nachází tam, kde je na povrchu směr vektoru magnetického pole čistě vertikální. V historii jejich polohu (na severním i jižním “konci”) stanovilo několik polárních expedic. Z výsledků měření vyplynulo několik na první pohled překvapivých zjištění:

1. takto stanovený severní a jižní pól neleží proti sobě (tedy jejich spojnice neprochází středem Země)
2. jejich poloha se relativně rychle mění a to více méně nezávisle pro každý pól – v současnosti se tak např. severní magnetický pól posunuje asi o 50 km za rok směrem od Kanady k Sibiři (viz obrázek)

Ve skutečnosti se navíc nejedná o dva body, ale o přibližně eliptické křivky s nenulovým poloměrem. Ale to teď ponechme stranou. Máme tedy jasno…

Geomagnetické póly

Jenže – poloha samotných magnetických pólů příliš neodpovídá celkovému “tvaru” magnetického pole na povrchu Země.

Vědci proto vytvořili teoretický model, ve kterém nahradili zdroj pole jednoduchým magnetickým dipólem umístěným do středu Země s takovými parametry, se kterými ve výsledku nejlépe aproximuje to skutečně pozorované magnetické pole. Tím se zároveň vytyčily takzvané geomagnetické póly – tedy místa, kde osa tohoto teoretického dipólu protíná povrch zeměkoule. Z podstaty vyplývá, že budou ležet proti sobě a z pozorování víme, že jejich poloha se bude měnit mnohem pomaleji, než poloha pólů magnetických. Odklon tohoto teoretického dipólu od osy rotace aktuálně činí asi 9.4 stupně, takže geomagnetické póly se nachází přibližně na 80. rovnoběžce. Polohu severního geomagnetického pólu a její změny najdete na přiloženém obrázku. A máme konečně hotovo…

Poloha severního magnetického (červeně) a geomagnetického (modře) pólu a jejich pohyb v čase.

Variace

Jenže – kompas ukazuje směr horizontální složky magnetického pole v konkrétním místě. A to je ovlivněno nejen globálním geomagnetickým polem, ale i lokálními geologickými parametry. Za extrémní příklady mohou sloužit třeba veliká ložiska železné rudy uložená mělko v zemské kůře. Ta dokáží zcela zdeformovat magnetické pole ve svém širokém okolí. Takové případy jsou známé i historicky – kdy v okolí některých středozemních ostrovů námořníci věděli, že na to, kam ukazuje kompas, není možné spoléhat. Takže “stačí” zmapovat takové oblasti, a jejich vliv nějak kvantifikovat. Navigátoři označují souhrnnou korekci na polohu geomagnetických pólů a lokální vlivy jako “variaci”. V anglosaském prostředí bývá spíše označována jako “deklinace”. V okolí Evropy se její hodnota pohybuje v rozmezí zhruba plus mínus 5 stupňů, ale existují lokality (a ne jenom v polárních oblastech), kde běžně dosahuje hodnot okolo 25 až 30 stupňů (např. východní pobřeží USA).

Světová mapa Deklinace

Na moři si hodnotu variace odečtenou z námořní mapy a dopočítanou na aktuální rok můžeme s jistou nepřesností snadno ověřit. Na severní polokouli stačí stanovit magnetický náměr na Polárku. Její poloha se mění přibližně po kružnici s poloměrem asi 0.73 stupně okolo polohy severního geografického pólu na obloze a to je hluboko pod přesností, se kterou dokážeme běžným náměrovým kompasem příslušný azimut stanovit. Její polohu tak můžeme považovat bez větší chyby za “čistý” sever.

Hodnotu variace pro danou polohu můžete zjistit také na internetu – třeba z on-line kalkulátoru NOOA.

A jsem u konce s prací…

Deviace

Jenže – magnetické pole okolo kompasu ovlivňují také magnetické vlastnosti plavidla (nebo letounu) a případné nepřesnosti vlastního přístroje. Námořníci tento jev znají jako “deviaci”. Logicky největší hodnoty deviace budou u kovových lodí, ale i laminátové konstrukce v kombinaci s kovovými předměty na palubě dokáží ovlivnit směr lokálních magnetických siločár. Řešením je sestavení deviační křivky nebo tabulky přístroje – korekce totiž bude pro různé kurzy rozdílná. Sestavení tabulky je navíc potřeba pravidelně opakovat, protože vlastní magnetické pole plavidla se může v čase měnit (stačí třeba loď na zimu odstavit v jiné orientaci vůči severu než v předchozích letech…).

A teď už máme opravdu hotovo!

Ještě jednou, kam tedy ukazuje kompas?

Pojďme si to ještě zrekapitulovat: kam tedy ukazuje kompas? Stručná odpověď zní, že jeho střelka ukazuje směr horizontální složky lokálního magnetického pole. A to je ovlivněno následujícími vlivy:

• vlastní magnetismus lodě (letadla) – deviace
• lokální geologické struktury
• geomagnetické pole odpovídající poli jednoduchého dipólu
• změny magnetického pole v čase (stěhování pólů a s ním spojené změny směru siločár v místě pozorování)

A ještě jedna zajímavost: magnetický pól nacházející se na severní polokouli je z fyzikálního hlediska vlastně pólem jižním. Označení totiž vzniklo mnohem dříve než byl magnetismus plně pochopen – a to podle toho, kam ukazuje severní pól střelky kompasu, který je samozřejmě orientován k jižnímu – nikoliv severnímu – magnetickému pólu Země…

Pokud byste se chtěli dozvědět více o námořní navigaci pomocí kompasu a jejích dalších metodách, přihlaste se na některou z našich přednášek nebo do kurzu pro získání kapitánského průkazu.