¿Cómo afectaría vivir en un polo al mapeo y la navegación?

Si confía en el sol para su dirección, tendrá que ser capaz de seguir el tiempo con precisión. Si su registro de tiempo tiene un 10 % de descuento, caminará en un círculo de 10 días (mal dibujado).

Una brújula sería bastante inútil alrededor de los polos, por lo que es probable que no se inventen: el inventor no reconocerá su uso.

Por lo tanto, la navegación probablemente dependa en gran medida de puntos de referencia como picos de montañas o torres.
Puede hacer los cálculos para averiguar su posición en relación con los puntos de referencia. Los levantamientos topográficos jugarían un papel muy importante en la cartografía. Los ángulos y las distancias entre los diferentes puntos de referencia se anotarán en los mapas para ayudar con la triangulación de su posición.

Otra ayuda importante en la navegación sería el cronometraje preciso. Dada la hora y la posición del sol, puedes averiguar en qué dirección te diriges. Con este fin, la tecnología de relojes portátiles sería mucho más avanzada y los mapas indicarían direcciones absolutas en puntos específicos para que pueda calibrar su reloj.

Si sale al mar, la única forma de determinar la dirección sería con relojes. Probablemente tomará bastante tiempo para que las personas descubran que otros medios para determinar la posición y la dirección estarán disponibles a medida que se alejen del polo. Es probable que los aprendan bastante rápido, ya que ya son bastante competentes tomando medidas precisas de ángulos.

Otra consecuencia divertida: la medida del tiempo y el ángulo probablemente serían iguales: 3 horas se expresarían en el ángulo que el sol recorre a lo largo del horizonte en 3 horas. Un diseño sensato para un reloj sería una sola manecilla apuntando hacia el sol en relación con una dirección absoluta. Las marcas alrededor del borde indican tanto el tiempo como una dirección absoluta.

Como viajan lo suficientemente lejos y experimentan noches, navegar por las estrellas sería idéntico a navegar por el sol. Probablemente les tomaría algún tiempo darse cuenta de que las estrellas y el sol se mueven entre sí durante todo el año.

Puedo, y ciertamente no estoy solo, pensar en al menos un mundo ficticio con un escenario similar:

Mundodisco es una colección de libros escritos por Terry Pratchett que cuentan las aventuras y la vida cotidiana de los personajes que viven, en su mayor parte, en Mundodisco. A diferencia de su mundo, el de ellos es un disco, pero hay algunas similitudes sobre las que puede construir.

Dado que su mundo es un disco giratorio, sus 2 direcciones cardinales no son ejes cartesianos como nuestro Norte-Sur/Este-Oeste (aunque debido a su forma esférica, nuestro eje no es perfectamente cartesiano...) sino direcciones polares: más cerca/más lejos del eje y rotación en sentido horario o antihorario alrededor del eje.

Aunque su gente vive en un planeta esférico, es probable que el desarrollo de su civilización alrededor del polo en una masa de tierra tan amplia los lleve a ese tipo de estándar. De hecho, los antiguos usaban mucho la astronomía con respecto a todo tipo de cosas, especialmente cuando se trataba de mapas, eventos periódicos y navegación/viajes. Conseguirían que el cielo gira alrededor de un eje que pasa por un punto fijo de su tierra bastante rápido, ciertamente mucho antes de la invención de la escritura. Ese punto sería de una importancia muy significativa, quizás el centro ( ;) ) de algún culto importante, así como sus mapas.

Si el polo es su punto de referencia, entonces todas las direcciones están relacionadas con él de alguna manera y terminas con un sistema similar al mundo del disco. De hecho, nuestro sistema pseudo cartesiano seguramente ocurre solo porque se usó principalmente para viajar a lo largo del eje Este-Oeste y/o en lugares donde los paralelos son... bueno... bastante paralelos. Ese sistema está cada vez más distorsionado a medida que te acercas a los polos hasta el punto en que todos tus paralelos se cruzan entre sí, sería poco probable que las personas que se originan en ese mismo polo lo desarrollaran en primer lugar.

En mi opinión, un mapa centrado en el polo tendría mucho sentido incluso hoy en día, así que supongo que sería aún más obvio para una civilización que lo considera la configuración predeterminada.

Sugeriría redefinir los puntos cardinales que utiliza su civilización. Al igual que con la Tierra, la definición de las líneas de longitud tendrá que hacerse de manera un tanto arbitraria , así que elija una dirección y llámela "Norte" o algún otro nombre para evitar confusiones. La dirección opuesta se convierte en "Sur" y las direcciones perpendiculares son "Este" y "Oeste".

Su norte y sur verdaderos también proporcionarían información valiosa, es decir, la distancia desde su hogar. Me imagino que la gente podría usar alguna noción simple como "hacia afuera" y "hacia adentro" para describir lo que llamamos latitud (por ejemplo, "hemos navegado 50 km hacia afuera desde la costa noreste"). Además, la navegación con brújula es muy intuitiva. para viajes hacia adentro/hacia afuera (si usa los colores estándar de una brújula moderna, es probable que su gente idee un dicho como "Siga el blanco, casa a la vista; siga el rojo, nuevas aguas por delante"), pero será bastante inútil para viajes longitudinales.

Lo más probable es que los mapas sean más o menos circulares y pseudoantárticos, ya que hasta que se haya explorado el otro lado del planeta, el continente principal sirve como el centro del mundo de esta población. Puede verse aproximadamente como el siguiente mapa hasta que sus humanos entiendan mejor la redondez de su planeta y escale los continentes de manera más apropiada:

Si el planeta tiene polos magnéticos y uno de ellos está en el continente, probablemente se inventaría el inclinómetro magnético al mismo tiempo que la brújula. La inclinación del campo magnético, medida por el inclinómetro, daría una indicación útil de la distancia desde el polo.

Otras respuestas han hablado sobre conceptos de norte, sur, este, oeste, exterior, interior, etc. Pero existe el problema adicional de encontrar su longitud y latitud actuales, que es algo que una brújula no puede proporcionar.

Su primer método para averiguarlo sería una simple navegación por puntos de referencia. Ve hacia el norte desde Jumpoff Point hasta Isle of Reckoning. Desde allí, dirígete hacia el norte-noroeste hasta que veas Misty Lagoon en el horizonte. Etc.

Pero podemos usar el sol y las estrellas para obtener datos posicionales mucho mejores. Al principio, es posible que su gente no tenga ningún concepto de las estrellas o de los mapas estelares, porque el Sol siempre presente en su cielo podría ocultar todas las estrellas, dependiendo de las condiciones atmosféricas presentes. Sin embargo, si es como la Tierra, todavía podemos ver algunas estrellas en el horizonte opuesto al Sol al atardecer y al amanecer. Del mismo modo, su gente vería las estrellas y reconocería que ciertas estrellas son visibles en ciertos momentos del día.

Resumen.
Un simple sextante le dará a sus navegantes su latitud actual al medir el ángulo vertical del Sol al mediodía (o algún otro objeto en su vértice en el cielo). El uso de relojes precisos puede permitir cálculos en momentos distintos al mediodía.

La longitud es mucho más difícil y requiere un cronometraje preciso para medir. Si bien las matemáticas en sí son fáciles, no desarrollamos relojes precisos hasta fines del siglo XVIII. ¹

Como tal, la navegación por puntos de referencia seguirá siendo común durante bastante tiempo, en particular para la longitud.

Hora del día definida.
En aras de la claridad, supongamos que su gente define la hora del día según la parte del horizonte en la que se encuentra el Sol. Entonces, si el Sol está actualmente a 0°, son las 0:00, si el Sol está a 90°, son las 6:00, etc.

0° probablemente estará definido por algún punto de referencia. Por ejemplo, el ángulo desde el polo sur hasta The Great Oak Forest podría ser de 0°.

Época del año definida.
Ahora, su gente se dará cuenta de que las estrellas visibles a las 0:00 cambiarán con el tiempo. Esto conducirá al concepto de un "día estelar", que es idéntico a nuestra noción del mundo real de un año, sin las variaciones estacionales. Así que tal vez definan "enero" como el mes en que la constelación de Géminis es visible a las 0:00, y "julio" como el mes en que la constelación de Sagitario es visible a las 0:00.

Originalmente, pensé que había una manera de determinar la longitud a partir de la época del año, pero no creo que sea exacto. Aún así, saber qué constelaciones son "constelaciones ecuatoriales" permite a sus navegantes encontrar la hora del día incluso de noche. Además, conocer la época del año puede ayudar a mantener la precisión de los relojes locales durante viajes largos.

Cronometraje a larga distancia.
Para encontrar la longitud, sus marineros necesitarán saber la hora actual en relación con alguna longitud conocida. En general, probablemente compararán la hora local con la hora del polo sur, a la que llamaremos "hora propia".

Con satélites avanzados, pueden usar algún tipo de GPS, que obviamente también les daría las coordenadas exactas directamente.

Con tecnología de radio básica, pueden usar estaciones de radio para transmitir la hora actual. A medida que las personas amplían su alcance, se pueden configurar estaciones repetidoras para que la estación A transmita cada cierto tiempo (digamos, cada cinco minutos). Cerca del borde del radio de transmisión de A, tiene las estaciones B, C, D, etc. alrededor del anillo. Cada uno de ellos mantiene un reloj sincronizado con la transmisión de la estación A, luego transmite en una segunda frecuencia. Otro anillo de estaciones escucha la segunda frecuencia para sincronizar sus relojes y transmite en una tercera frecuencia. Etc.

Con una tecnología menos avanzada, sus marineros tendrán que confiar en métodos más simples de cronometraje. Los relojes de agua, los relojes de resorte enrollado, etc. funcionarán con diversos grados de precisión. Cada puerto podrá mantener un reloj preciso y los barcos volverán a sincronizar sus relojes en consecuencia.

No estoy seguro de qué tipo de precisión tienen, pero a lo largo de los siglos se han ideado numerosos métodos para determinar el tiempo utilizando otros objetos astronómicos. Esencialmente, al medir con precisión varios períodos astronómicos, como la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, los marineros pueden determinar la hora actual midiendo el movimiento relativo de los objetos astronómicos, como comparar la posición de la Luna con las constelaciones de fondo. ²

Juntando esto.
Desde aquí, pueden combinar tres piezas de información angular para saber dónde se encuentran en el mundo. ^{3 4}

Primero, rastrean la altura del Sol al mediodía. En los polos, el Sol siempre estará en el horizonte. En el ecuador, el Sol pasará directamente por encima (llamado "cenit"). En cualquier latitud intermedia, la altura del Sol al mediodía se corresponderá directamente con esa latitud. Desde aquí, pueden calcular directamente su latitud actual.

En segundo lugar, rastrean la dirección del movimiento aparente del Sol. En el hemisferio norte, el Sol parece viajar de izquierda a derecha. En el hemisferio sur, viaja de derecha a izquierda. Combinado con lo anterior, esto le da a su gente su latitud exacta por encima o por debajo del ecuador.

En tercer lugar, rastrean la diferencia angular de un reloj preciso entre el mediodía "propiamente dicho" y el mediodía local. Esto será más fácil a medida que desarrollen tecnologías de radio y luego de satélite, pero aún se puede hacer con cualquier tipo de reloj local. Esta diferencia angular da la diferencia longitudinal entre donde están y algún meridiano principal.

Cuarto, pueden rastrear varios ángulos hacia o entre objetos astronómicos, lo que puede ser útil para medir el tiempo con mayor precisión, pero no es directamente útil para determinar la posición.

Una nota sobre el ángulo del Sol cerca del polo.
Si se encuentra muy cerca del polo y en tierra o rodeado de ella, es posible que el Sol siempre esté debajo del horizonte, lo que hace imposible medir el ángulo del Sol al mediodía local. Esto, a su vez, haría imposible conocer su latitud precisa (y además, sería difícil o imposible conocer su longitud precisa ya que no podría determinar la hora exacta del mediodía local).

Tenga en cuenta, sin embargo, que no es probable que esto sea un gran problema de todos modos. Si está en tierra, puede usar puntos de referencia para encontrar su camino con bastante facilidad para empezar. En realidad, solo cuando estás en el océano te resultará muy difícil orientarte. Y en el océano, el Sol siempre estará sobre el horizonte al mediodía.

Independientemente, hice algunos cálculos. Digamos que estás parado al nivel del mar y el horizonte está cubierto por colinas de la altura del monte Everest (alrededor de 5,5 millas de altura). La altura angular de las colinas en relación con el horizonte está dada por

$atan(\frac{5.498\text{ mi}}{X\text{ mi}})$

donde X es la distancia a las colinas.

La diferencia de latitud entre usted y las colinas está dada por

$\frac{X\text{ mi}}{24901\text{ mi (Earth circumference)}}\cdot 360°$.

Debido a que la altura del Sol al mediodía es igual a su latitud, podemos igualar las ecuaciones anteriores y resolver X. Esto nos dará la distancia desde el polo donde el Monte Everest evitaría que el Sol saliera.

Tengo problemas para que WolframAlpha resuelva la ecuación directamente, pero mi calculadora gráfica da una respuesta de$X=\pm 147.578 mi$, lo que da ángulos de 2,134° tanto para la altura de oclusión ⁵ como para la latitud ⁶ .

Debido a que el espectador está a 147 millas del polo, y las montañas gigantes están a 147 millas del espectador, esto significa que cualquier persona dentro de las 295 millas del polo nunca verá el Sol.

Sin embargo, siendo realistas, no vas a tener un horizonte lleno de colinas del tamaño del monte Everest mientras estés al nivel del mar. Lo que significa que la distancia de oclusión será mucho menor. Haciendo los mismos cálculos para una elevación de 1320 pies da un radio de oclusión de 63 millas, y una elevación de 500 pies da un radio de 39 millas.

En general, cuanto más accidentado sea el terreno, más probable es que tengas un gran acantilado entre tú y el horizonte. Pero también significa que no tiene que alejarse tanto de su camino para tener una mejor vista.

Entonces, incluso a distancias mucho más cercanas a las 300 millas del polo, existe una buena posibilidad de que pueda usar la posición del Sol al mediodía para obtener su latitud actual (y, con un buen control del tiempo, su longitud actual, ya que sabe la hora adecuada de mediodía local). Al usar deliberadamente una ruta que lo mantenga en elevaciones más altas, podría mantener un registro preciso de su posición durante la mayor parte de su viaje.

Los dispositivos tipo brújula serían bastante útiles.

1. Como ya se mencionó en la respuesta de AI Breveleri, al medir la inclinación magnética, obtiene la distancia al polo magnético, incluso si el cielo está cubierto de nubes y no puede ver la posición de las estrellas y el sol.

2. Y lo que es más importante, si el polo magnético y el verdadero no coinciden, entonces al conocer la declinación magnética y la latitud (que es fácil de medir) obtienes la longitud (que es difícil de obtener) sin necesidad de tecnologías altas (relativamente) para la longitud de la distancia lunar medición o cronómetros.

En la historia real, el método de declinación magnética no funcionó bien porque la mayoría de los viajes ocurren lejos del polo y la distancia entre el polo magnético y el verdadero es baja, por lo que el ángulo es pequeño y debe medirse con alta precisión. Pero si viaja cerca del polo, puede obtener buenos resultados con poca precisión (el ángulo sería grande).