¿Cómo sabes que has llegado al Polo Norte o al Polo Sur sin GPS?

Habiendo leído acerca de la reciente travesía a pie de la Antártida por Colin O'Brady , me preguntaba qué medios usaban los exploradores polares de los tiempos anteriores al GPS para determinar que habían llegado al Polo Norte o al Polo Sur. Obviamente, no puedes usar una brújula ya que te guiaría al norte o al sur magnéticos y no al polo en sí.

Entonces, ¿qué medios usaron o (para hacerlo un poco más abierto) podrían haber usado?

La misma pregunta sobre Astronomy.SE: ¿Cómo mediría que estoy en un polo?
El GPS solo te dice tu ubicación con respecto a un geoide de referencia, que es solo una aproximación de la forma de la tierra. Las ubicaciones de GPS pueden estar hasta a una milla de distancia en áreas muy montañosas.
Pensé que la única razón para las lecturas incorrectas es cuando el GPS no puede obtener señales de tres satélites que necesita triangular. @Jasper alguna referencia para este hecho?
@DavidRicherby: pensé que solo buscabas dónde se juntan todas esas líneas de latitud ...
@Ashutosh: una búsqueda rápida de anomalías de gravedad de errores de geoide nad-84 da ngs.noaa.gov/GEOID/PRESENTATIONS/2007_02_24_CCPS/… . Tenga en cuenta que la diferencia angular (pendiente) entre el geoide de referencia elipsoidal y el geoide del nivel medio del mar "real" es un error de latitud o longitud. Una diferencia de un minuto de arco en esta pendiente corresponde a una diferencia de aproximadamente una milla.
Para el polo norte, mira el ángulo de Polaris. (debe ser 90°). Es posible que desee tener un sextante con un nivel de burbuja. Para condiciones polares, no compre uno con agua que contenga líquido como nivel de burbuja.
@Ashutosh, los comentarios de Jasper no tienen sentido. La multilateración puede funcionar en cualquier terreno y los errores habituales se deben a una línea de visión deficiente de los satélites, reflejos de señales de trayectos múltiples y una distribución deficiente de los satélites en el momento de la medición. El problema con el GNSS cerca de los polos es que las órbitas de los satélites tienen una inclinación de entre 55 y 65°, lo que significa que los satélites siempre estarán bajos en el horizonte. Ningún satélite pasará nunca directamente por encima de un poste. Debido a esto, las posiciones tienen una precisión un poco menor que en latitudes más bajas.
@GabrielC. Como todavía no tenemos una órbita geoestacionaria sobre los polos, ¡esta explicación tiene más sentido!
@Ashutosh La órbita geoestacionaria es físicamente imposible en cualquier otro lugar que no sea sobre un punto directamente sobre el ecuador. Para que un satélite nunca se mueva relativamente a un polo, tendría que estar inmóvil, lo cual es inviable. Hay una diferencia entre geoestacionario y geosíncrono. Sin embargo, las órbitas polares son posibles, muchos satélites de imágenes terrestres siguen órbitas polares. No hay satélites GNSS en estas órbitas, pero desconozco los detalles de esta elección, excepto en el supuesto de que no es rentable, ya que casi nadie lo necesita en los polos.
@ GabrielC. Aunque creo que tiene razón sobre el costo, creo que en el futuro cercano es ciertamente posible una órbita estacionaria sobre los polos. Consulte physics.stackexchange.com/a/71585/198125 para obtener una explicación.

Respuestas (3)

Ampliaré un poco sobre cómo se usaría un sextante para ubicar el polo norte o sur.

La disposición básica necesita un plano reflectante horizontal, para lo cual Amundsen usó una piscina de mercurio. Un espejo ponderado con precisión también podría funcionar, pero una piscina de mercurio es más robusta y no se descalibra. Sextante mide la distancia angular entre dos objetos visibles, en este caso entre el sol y su reflejo en la superficie horizontal.

Este ángulo es el doble de la elevación del sol sobre el horizonte. Si está parado exactamente en el polo norte (o sur), el sol permanecerá en la misma altura durante todo el día. Habrá un pequeño cambio lineal debido a la órbita de la tierra alrededor del sol, pero ningún cambio cíclico de 24 horas porque estás en el eje de rotación de la tierra.

Ahora, puede tomar varias medidas durante el día y dibujar un gráfico. Aunque el sol permanezca en la misma altura, seguirá moviéndose en un círculo a tu alrededor, por lo que cada medida corresponde a una dirección diferente.

Si el gráfico de elevación es plano, has encontrado el poste. Sin embargo, si se parece a una onda sinusoidal, puede usar la información para acercarse al polo. La dirección en la que la elevación del sol es más baja es hacia el polo, y la distancia al polo verdadero se puede calcular a partir de la diferencia entre la elevación más baja y la más alta.

A menos que esté tomando la lectura en el equinoccio, el sol no se mantendrá en la misma elevación durante todo el día porque en otras fechas, el eje de la Tierra no estará alineado en ángulo recto con el sol. Amudsen llegó el 14 de diciembre, que era una semana antes del solsticio y, por lo tanto, alrededor del momento en que el sol mostraría la máxima variación en la elevación durante las 24 horas del día. Sin embargo, saber cuál debería ser la elevación del sol en una fecha determinada en un lugar determinado se da fácilmente en una tabla, por lo que podrían comparar las lecturas con lo que deberían haber sido en el polo.
@KeithMorrison Hmm, realmente no puedo ver qué causaría la variación, considerando que estás en el eje de rotación: la inclinación del eje de la Tierra determinará la elevación del Sol, pero no variará en ciclos de 24 horas sino solo en Ciclo de 1 año en el polo. Traté de verificar con un mapa del cielo en línea y, al menos visualmente, la elevación del Sol permanece igual durante todo el día: in-the-sky.org/…
@KeithMorrison En el polo, el Sol está aproximadamente (90-23.5) ° sobre el horizonte en el solsticio durante todo el "día". Antes/después del solsticio el sol está más bajo, pero aún (casi) constante durante un período de 24 horas. Como el ángulo de elevación "constante" del día anterior y el siguiente es ligeramente diferente, en realidad hay una (pequeña) variación en el intervalo de 24 horas. Sin embargo, en (o cerca) del solsticio, esta variación es, de hecho, la más baja.
@KeithMorrison También me sorprendió un poco cuando leí la respuesta de jpa. Sin embargo, creo que tiene razón... Imagínate parado en el Polo Norte en verano. El Eje de la Tierra sube entre tus pies y atraviesa tu cabeza. A medida que la Tierra gira (sin tener en cuenta el movimiento orbital), solo estás girando en el lugar para que la elevación del Sol no cambie. Piense también en dónde está el terminador; a medida que gira la Tierra, no cambia su posición en relación con el terminador. Contrasta esto con estar a una distancia del polo: te acercas y te alejas del terminador para que el Sol suba y baje.
Desafortunadamente, el área del Ártico está terriblemente nublada y es posible que uno no vea el Sol durante semanas.

El equipo de Amundsen usó un metro en sus trineos para acercarse ( estimación muerta ) y luego sextantes para confirmar la posición.

Usando el diario de Amundsen, Roland Huntford (en Las fotografías de Amundsen) describe la foto como "Disparando el sol en el Polo Sur Geográfico. Amundsen (izquierda) sostiene un sextante. Helmer Hanssen (derecha) se inclina sobre el horizonte artificial, que es un bandeja de mercurio. Amundsen está alineando la imagen directa del sol con su reflejo en la superficie del mercurio".

Estación del Polo Sur original de Amundsen

Cuando sus medidores de trineo indicaron que deberían estar en el lugar correcto, se detuvieron en la ubicación marcada como "Trineo" en el mapa a la derecha (desde el Polo Sur) para determinar su posición con mayor precisión a partir de los rayos del sol. Amundsen luego envió a tres hombres en trineos a intervalos de 90 °. Cada uno recorrió unas 10 millas terrestres; de esta manera aseguró que su partido había rodeado el Polo.

...

En Polheim, el equipo realizó una serie de observaciones cada hora durante un período de 24 horas para confirmar su ubicación.

Estación del Polo Sur original de Amundsen

Durante los siguientes tres días, los hombres trabajaron para fijar la posición exacta del poste; después de los reclamos conflictivos y disputados de Cook y Peary en el norte, Amundsen quería dejar marcas inconfundibles para Scott.[139] Después de tomar varias lecturas de sextante en diferentes momentos del día, Bjaaland, Wisting y Hassel esquiaron en diferentes direcciones para "boxear" el poste; Amundsen razonó que entre ellos pondrían entre paréntesis el punto exacto.[140] Finalmente, el grupo montó una tienda de campaña, a la que llamaron Polheim, lo más cerca posible del poste real que pudieron calcular por sus observaciones. En la tienda, Amundsen dejó equipo para Scott y una carta dirigida al rey Haakon que le pidió a Scott que entregara.

Wikipedia

La gente todavía usa sextantes hoy en día, y siguen siendo la mejor manera de encontrar la latitud/longitud sin GPS, por lo que parece que es lo que uno usaría.

¿Es necesario mirar directamente al sol usando este método?
@ M.Herzkamp Si quiere ser técnico, está mirando directamente el reflejo del sol, pero sí, es necesario.
@M.Herzkamp Sin duda usaron filtros oscuros. No se asuste por el daño ocular.

Tome una foto de lapso de tiempo del cielo directamente sobre su cabeza por la noche. Las estrellas en movimiento formarán círculos en tu foto, y si el centro de los círculos está directamente sobre tu cabeza, estás allí.

En teoría, esto funcionaría. En la práctica, un error de tan solo un segundo de arco al apuntar la cámara hacia arriba dará como resultado un error de posición de más de 300 metros. Los sextantes están diseñados para apuntar con alta precisión; los trípodes de cámara no lo son.
Un comentario sobre la respuesta de Mark (arriba). Un segundo de arco corresponde a unos 100 pies en la superficie de la Tierra, no a 300 metros. Pero su punto es perfectamente válido, por supuesto.
Todas las expediciones previas al GPS se esforzaron por salir de allí antes de la noche.
Para aclarar el comentario de kubanczyk: Los polos son las tierras del sol de medianoche. Si hay estrellas visibles, eso significa que es invierno; realmente no quieres caminar hasta el Polo Sur en invierno.
@Bruce: La noche dura seis meses en el polo, el peor momento para explorarlo :) No sé si las cámaras digitales o de película funcionarán en el frío intenso de la noche (es decir, en invierno) en un polo
¿Cómo sabes que has llegado al Polo Norte o al Polo Sur sin GPS?
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