Komentosilta. - Kuva Copyright © Official U.S. Navy Page - Creative Commons. - Kuvassa yllä venäläinen teini-ikäinen tyttö Vladivostokissa komentosillalla tutustumassa hyrräkompassiin. Alus on Yhdysvaltain laivaston ohjushävittäjä USS Lassen (DDG 82).

Kuva macrovector - www.freepik.com.

Mercatorin projektio

Matemaatikko ja maantieteilijä Gerhardus Mercator (1512 - 1594) kehitti uuden projisointimenetelmän, ns. Mercatorin projektion. Tällä menetelmällä voitiin esittää lähes koko maapallon pinta yhdellä kertaa ja alusten kurssit kuvata suorina viivoina. 1500-luvun suurten löytöretkien myötä kasvoi tarve saada merkintälaskua tarkempia menetelmiä aluksen paikan määrittämiseksi avomerellä.

Latitudi ja longitudi

Latitudin eli leveysasteen määrittäminen merellä ei ollut ongelma, koska maantieteellistä leveysastetta vastaavaa Pohjantähden korkeutta tai Auringon tai jonkin muun tähden kulminaatiota voitiin käyttää tähän tarkoitukseen. Latitudin määrittämiseen käytettiin astrolabia, kulmaristiä ja kvadranttia, jotka kaikki toimivat ilman optisia apuvälineitä. John Hadley (1682 - 1744) esitteli vuonna 1730 heijastuskvadrantin tai oikeastaan oktantin, josta pian kehitettiin nykyinen sekstantti.

Longitudin eli pituusasteen määrittäminen merellä oli pitkään vaikea ongelma. Ongelman ratkaisi kronometri.

Kronometri eli laivakello apuna paikannuksessa

Merenkulkijat tarvitsivat tarkkaa kellonaikaa, jotta he saattoivat määrittää sijaintinsa. Esimerkiksi James Cookin toisella ja kolmannella matkalla pituusasteiden määrittäminen ja astronomisten havaintojen ja taulukkojen vertailu helpottuivat, vuonna 1759 kehitetyn kronometrin ansiosta. Englannin hallitus tarjosi 20 000 punnan palkkion kellosta, johon eivät vaikuttaisi laivan keinuvat liikkeet, kosteus tai sään muutokset. John Harrison voitti palkinnon. Larcum Kendall kopioi Harrisonin kronometrin Cookille, joka piti sitä suuressa arvossa.

Kartoittajan tarkkuusvälineitä

Kronometrin lisäksi esimerkiksi James Cookilla oli käytössään muitakin tarkkuuslaitteita, kun hän kartoitti kolmannesta koko maapallosta. Nämä laitteet olivat 1) Hadleyn oktantti, 2) atsimuuttikompassi, 3) kaltevuusmittari, 4) paikkaharppi ja 5) yhdensuuntaisviivoitin.

Creative Commons - Sinulla on vapaus: kopioida, levittää, näyttää ja esittää teosta.
*Kuva Davisin kvadrantista - Copyright © Flickr/Alan English CPA

Davisin kvadrantti

John Davisin suunnittelema kvadrantti, jonka avulla merenkulkijat purjehtiessaan määrittivät sijaintiaan vuosisatojen ajan aina 1700-luvulle saakka - kuva yllä. Silloin käyttöön tuli parempi väline, Hadleyn oktantti.

Creative Commons - Sinulla on vapaus: kopioida, levittää, näyttää ja esittää teosta.
*Kuva Hadleyn oktantista - Copyright © Flickr/Alan English CPA

Hadleyn oktantti - malli 1731

Kuvassa on Hadleyn oktantti, kvadrantin 1700-luvulla valmistettu kehittyneempi malli, jollainen oli käytettävissään James Cookilla.

Oktantissa on tähystyslaite, jonka läpi katsotaan aurinkoa heijastavaan osoitinlasiin. Katsoja, eli tavallisimmin merikapteeni, siirtää sitten keskivartta, johon osoitinlasi on kiinnitetty, kunnes liikkumattomassa tukivarressa olevasta horisonttilasista näkyy aurinko. Näiden kahden varren väliin muodostuva kulma vastaa auringon ja horisontin välistä kulmaa, joka luetaan nooniosta. Vuonna 1731 kehitetty oktantti osoittautui paljon tarkemmaksi, kuin merenkulkijoiden vuosisatojen ajan käyttämä kvadrantti. Laitteen kehittäjä John Hadley (1682 - 1744) oli astronomi ja matemaatikko.

Sekstantti. - Kuva Copyright © COMSEVENTHFLT - Creative Commons. - Ensign Nick Green measures distance with a telescopic adelaide. Alus on Yhdysvaltain laivaston ohjushävittäjä USS Fitzgerald (DDG 62).

Sekstantti

Teknisessä kehityksessä paikanmäärityksessä laivoilla ensiksi oli kvadrantti, sitten siitä kehitetty oktantti ja lopulta sekstantti eli kulmanmittauskoje. Sitä käytetään etupäässä mitattaessa taivaankappalten korkeutta näköpiirin yllä, mutta sillä voidaan mitata myös maamerkkien välisiä kulmia paikanmäärityksessä. Sekstantin muodostaa kolmiomainen metallikehikko, jonka kaarisivulla on asteikko.

Sekstantti oli elintärkeä navigointiväline nykyaikaisen satelliittipaikannusjärjestelmän käyttöönottoon asti.

Kompassi, hyrräkompassi ja laivakompassi

Mikään ei muuttanut purjehtimista niin suuresti, kuin magneetin keksiminen. Huomattiin, että magneettinen rauta tai magnetisoitu rautapalanen osoitti aina erehtymättä magneettista pohjoista kohti. Tästä keksinnöstä syntyi kompassi, tärkein kaikista merenkulkuvälineistä. Länsi-Eurooppa käytti kompassia jo 1100-luvulla, arabit ottivat sen käyttöön sata vuotta myöhemmin. Varhaisimmissa, alkeellisissa kompasseissa puukappaleeseen kiinnitetty palanen magneettista rautaa kellui vesimaljassa. Kompassin magneettineula mahdollisti suunnan määrittämisen myös silloin, kun taivas ei ollut näkyvissä. Näin kävi merellä mahdolliseksi kiinteän suunnan seuraaminen ilman havaintojen tekoa taivaankappaleista.

1500-luvulla kompassit olivat jo taidokkaasti tehtyjä. Magneettista rautaneulaa piti paikallaan keila, merimiesten tuliruusuksi kutsumaan aluslevyyn merkityn kompassitaulun päällä. Kompassitaulu oli kiinnitetty maljaan, joka oli saranoitu ja tasapainotettu niin, että tarkka lukema saatiin laivan keinumisesta ja heittelehtimisestä huolimatta. Ratkottavina olivat vielä eranto ja eksymä.

Kompassin outo käyttäytyminen tuotti suurta haittaa Hudsonin kaltaisille, arktisten alueiden tutkijoille, sillä eranto kasvaa pohjoiseen mentäessä. Magneettisen ja todellisen pohjoisen välillä on ero, niinsanottu eranto, jonka valtamerenylittäjät Kolumbuksesta alkaen havaitsivat.

Laivakompassi puurasiassa 1900-luvun alusta. - Kuva Copyright © Suomen merimuseo Creative Commons.

Eranto = magneettisen ja todellisen pohjoisen välinen ero eli eranto.

Eksymä = laivan rautaesineiden, kuten ankkureiden aiheuttamat virhepoikkeamat kompassin suunnissa.

1900-luvun alussa kehitettiin hyrräkompassi. Siinä on nopeasti pyörivä hyrrä, jonka akseli aina asettuu kardaaniripustuksen avulla Maan pyörimisakselin suuntaiseksi, osoittamaan maantietellistä pohjoista. Myöhemmin kehitettiin hyrräkompassiin liitetty automaattiohjauslaite, joka mahdollisti halutun kurssin seuraamisen ilman, että ruorimiehen piti ohjata alusta.

Kompassi on herkkä erilaisille häiriöille, varsinkin rautaesineiden vaikutuksille. Siksi raudasta rakennetussa laivassa on pitänyt kiinnittää erityistä huomiota kompassien sijoitteluun. Laivoissa on käytetty kahta kompassia, jotka ovat peränpitokompassi ja pääkompassi. Laivakompassien toimivuutta on edistänyt niiden kompensointi, jossa eksymä poistetaan kompassista kompensoimismagneeteilla ja rautapalloilla.

Atsimuuttikompassi

Atsimuuttikompassi on yksi merenkulussa suunnan määrittämiseen käytettävistä instrumenteista. Atsimuutti on suunnan horisontaalinen komponentti (suuntima), joka mitataan horisonttia pitkin aloittaen yleensä pohjoisesta itään siis myötäpäivään ja yleensä mitaten asteissa.

Atsimuutti ilmoittaa sen ilmansuunnan, jossa kohde näkyy. Tavallinen kompassi osoittaa vain ja ainoastaan suunnan magneettiselle pohjoisnavalle. Atsimuuttikompassilla taas voidaan mitata magneettisen pohjoisnavan ja jonkin taivaankappaleen (esim. aurinko) välinen kulma ja sen avulla määrittää eranto eli maantieteellisen ja magneettisen pohjoissuunnan välinen kulma.

Kompassisuuntimislaite. - Kuva Copyright © Official U.S. Navy Page - Creative Commons. - Alus on Yhdysvaltain laivaston USS Green Bay (LPD 20). Aliluutnantti Michaela Mura käyttää kompanssisuuntimislaitetta.

Kompassisuuntimislaite ja suuntimalevy

Kompassisuuntimislaite ja suuntimalevy ovat merenkulkukojeita eli -instrumentteja, joiden avulla voidaan saada tarkka suuntima. Kompassisuuntimislevy asetetaan kompassin päälle. Siinä on kaksi diopteria (tähtäyslaitetta), joiden avulla laite suunnataan.

Kompassistahan saadaan suoraan lukema, joka siis on kompassisuuntima. Suuntimislevyä sen sijaan käytetään suuntiman saamiseksi toisella tavalla. Siinäkin on diopterit tähtäystä varten ja lisäksi pyöreä levy, joka on jaettu samoin kuin suuntaruusu. Laite kiinnitetään sellaiseen paikkaan aluksessa, että suuntimista voidaan suorittaa joka suuntaan. Tällöin on katsottava, että laitteen ohjauspiirut tulevat tarkalleen aluksen pituussuuntaan. Levyllä liikkuu viivain, jonka päissä diopterit ovat. Diopteriviivaimessa oleva osoitin näyttää levyn asteluvun.

Suuntimislevyä käytettäessä levy näyttää suunnilleen aluksen suunnan. Diopterit suunnitaan haluttuun kohteeseen, ja kun se on näköviivalla, huudetaan "Nyt!" kompassia lukevalle henkilölle. Liikuttamatta diopteriviivainta levy asetetaan siten, että luettu kompassisuunta tulee ohjauspiirun kohdalle. Suuntimislevy vastaa tällöin kompassilevyä, ja levyltä luettu diopterien kohdalla oleva suuntima on kompassisuuntima.

Tosisuuntima saadaan yksinkertaisimmin liittämällä kokonaispoikkeama luettuun kompassisuuntaan ja asettamalla saatu tosisuunta ohjauspiirun kohdalle. Levyltä luettu diopterien kohdalla oleva suuntima on silloin tosisuuntima.

Navigointivalot ja signaalivalot merellä kulkevissa aluksissa

Jo vuonna 1838 säädettiin Yhdysvalloissa lailla siitä, että merillä seilaavien alusten tuli käyttää pimeänä aikana valoja, niin että alukset näkyisivät muihin aluksiin ja yhteentörmäykset vältettäisiin. Euroopassa tällaiseen alusten valojen käyttöön tuli mukaan ensimmäisenä Britannia vuonna 1849. Vuoteen 1897 mennessä valojen käyttö laivoissa oli kansainvälistä ja kaikkialla merillä pakollista.

Tuon ajan jälkeen lakeja on tarkenneltu moneen otteeseen. Nykyisin konealuksen on näytettävä tiettyjä navigointivaloja aina sen ollessa kulussa. Näihin valoihin kuuluvat mastovalot, sivuvalot ja perävalo. Navigointivalot vaaditaan aina varavalon kera. Valoja tulee näyttää auringonlaskusta auringonnousuun.

Aluksen keulassa sijaitsee yksi mastovalo ja toinen mastovalo sijaitsee aluksen perässä. Perässä olevan mastovalon tulee sijaita niin, että se on keulassa sijaitsevaa mastovaloa korkeammalla. Mastovalo on valkoinen valo. - Aluksessa on sivuvalo aluksen kummallakin puolella. Tyyrpuurin puolella on oltava vihreä valo ja paapuurin puolella valon on oltava punainen. - Perävalo sijaitsee nimensä mukaisesti aluksen perässä. Valon väri on valkoinen, ja se tulee asentaa niin lähelle perää kuin mahdollista.

Aluksiin tulee asentaa navigointivalojen lisäksi myös signaalivaloja. Alus ei saa näyttää signaalivaloja normaalissa kulussa. Alus on velvollinen näyttämään eri valoja silloin, kun alukselle on tapahtunut jotain, normaalista kulusta poikkeavaa.

Merikartta

Kartoituksen ja kartanpiirtämisen kehitys edisti suuresti merenkulkua. Vanhin tunnettu merikortti eli merikartta on vuodelta 1270 peräisin oleva "Carta Pisana", joka oli tarkoitettu purjehtimiseen Välimerellä. Siihen on piirretty meripeninkulmajaotus ja loksodromeja. Loksdromi on esimerkiksi laivan kurssia esittävä viiva, joka leikkaa meridiaanit aina samassa kulmassa ja päättyy navalle. Carta Pisana ei ottanut huomioon Maan muotoa eikä erantoa, mutta suuria virheitä siinä ei ollut.

Nykyaikainen kiikariviivain. - Tähystystä kohti horisonttia. - Kuva Copyright © Official U.S. Navy Page - Creative Commons. - Havaintoja tekee laivastoupseeri Erich Buss. Alus on Yhdysvaltain laivaston ohjushävittäjä USS William P. Lawrence (DDG 110.

Diopteriviivain ja kiikariviivain

Ensimmäiset kulmien ja korkeuksien lukemiseen tarkoitetut kojeet, kulmanlukuviivaimet, olivat lyhyitä ja suoria tankoja, siis lyhyitä viivottimia eli viivaimia (alidade). Niitä kutsutaan diopteriviivaimiksi. Diopteri tarkoittaa tähtäyslaitetta. Niiden molemmissa päissä oli pystyssä olevissa lipakkeissa reiät. Tällaisilla viivaimilla saattoi sitten tähtäillä näiden reikien kautta haluttuihin kiintopisteisiin. Tällainen diopteriviivain on ollut alun alkaen osana monenlaisia tieteellisiä ja tähtitieteellisiä kojeita, kuten astrolabeja. Tähtitieteelliseen paikanmääritykseen sisältyy yleensä taivaankappaleen korkeuden mittaaminen. Diopteriviivaimen ja myöhemmin kehittyneemmän kiikariviivaimen avulla voidaan mitata tähtien korkeuksia ja sen myötä leveysasteita.

Teleskoopilla varustetut kiikariviivaimet tulivat käyttöön Euroopassa 1800-luvun alkupuolella. Niissä ei tähtäystä suoriteta enää reikien kautta, vaan optiikan eli teleskoopin (pienen kaukoputken) avulla. Hiusristikolla varustetun linssin takaa tähtäyksen voi suorittaa huomattavasti tarkemmin.

Kiikariviivain on astekehän ja osoittimen yhdistelmä, jolla voidaan määrittää suhteellinen tai absoluuttinen suunta havaintopisteestä. Se on instrumentti, jonka avulla voidaan mitata kulmia nähdystä kohteesta eli kiintopisteestä mihin tahansa vertailukohteeseen. Tällaista kulmamittausta voidaan tehdä horisontaalisesti, vertikaalisesti ja missä hyvänsä valitussa tasossa. Kiikariviivaimen kanssa voidaan käyttää mittapöytää.

Teodoliitti

Kiikariviivaimen kaltainen mittauslaite ja navigointiväline on teodoliitti, joka on kääntyvällä kaukoputkella varustettu kulmanmittauslaite. Teodoliitinkin keskeinen osa on viivoitin (alhidadi), joka kääntyy pystyakselin ympäri vieden kaukoputken mukanaan. Merenkulkijat ovat käyttäneet teodoliittia vaaka- ja pystykulmien sekä etäisyyden mittaamiseen ja korkeuden määrittämiseen.

Lähteet

Maritimeforum.fi

Wikipedia

National Museum of American History: Telescopic Alidade

Martin Vermeer: Geodesia, kaiken perusta

Tietosanakirja Spectrum - WSOY

Jokamiehen merenkulunopas, toimittanut Helge Heikkinen - WSOY

Yhdysvaltain laivasto (United States Navy)

Valtioneuvosto: Satelliittinavigointijärjestelmien tehokas hyödyntäminen Suomessa

Arttu Linqvist: Opas ARPA-tutkakurssille

Hannu Huhtamäki: Elektroniset navigointijärjestelmät

Jorma Ahvenainen: Suomen ulkomaankauppa 1875 ─ 1975