Kompas – deklinacje, anomalie, zboczenia i inne przypadłości

…Ciemno, że oko wykol. Na stoku pełno było powalonych drzew, krzaków, jarów tak, że ciągle musiałem coś omijać. Czołówka świeciła na jakieś 3 metry, ukazując tylko plątaninę gałęzi. Poczułem się jak w Blair Witch Project. Dochodziła 2 w nocy.

Gdy las w końcu się przerzedził, spojrzałem na kompas – dokładnie tam gdzie wyobrażałem sobie południe, teraz stała północ! Stukałem, pukałem, sprawdzałem czy jest spoziomowany, ale nic! On się uparł! Drapałem się w głowę i zastanawiałem czym mam się kierować… A może pomyliłem kolory igieł? Nie – to niemożliwe. Mam ten kompas od lat i zawsze czerwona z kropką oznaczała północ… W końcu przekonałem się i ruszyłem za wskazaniem igły. Po kwadransie wiedziałem już gdzie mnie rzuciło. Mogłem kontynuować nocną wędrówkę… To nie zmyślona historia na wstępniak, a prawdziwe nocne wątpliwości z rajdu Kierat 2004. Od tamtej pory nie kłócę się z kompasem i wierzę mu bardziej niż sobie.

Historia kompasu

Powstanie pierwszych kompasów zawdzięczamy Chińczykom. W III wieku p.n.e. używali oni bryłek magnetytu jako elementów tablic do przepowiadania przyszłości. Magnetytowa ruda żelaza, jeśli tylko ma tą możliwość – układa się zgodnie z liniami pola magnetycznego. Około 1000 lat zajęło Chińczykom skojarzenie, że można w ten sposób określać kierunki geograficzne. Pierwsze kompasy miały kształt łyżkowaty, a ich dłuższa końcówka (powiedzmy uchwyt od łyżki) wskazywał kierunek południowy.

Co pokazuje kompas?

Potocznie mówi się, że współczesny kompas wskazuje północ. Jednak jest to stwierdzenie nieścisłe, które w niektórych sytuacjach może wprowadzić w błąd. Igła kompasu nie wskazuje żadnego z biegunów, a jedynie układa się zgodnie z poziomą składową lokalnych linii pola magnetycznego (pionowa składowa zwana jest inklinacją i określa o ile igła magnesu wychyliłaby się w pionie, gdyby jej na to pozwolić).

Co się dzieje z kompasem w okolicach biegunów?

Im bliżej bieguna magnetycznego się znajdujemy tym linie pola układają się bardziej pionowo, przez co składowa pozioma (to, co pokazuje kompas) jest coraz mniejsza. Igła stara się stanąć dęba w kapsule, przez co wywołuje tarcie na osi obrotu. Używanie kompasu w odległości rzędu kilkuset kilometrów od bieguna magnetycznego mija się z celem. Dobowe zaburzenia magnetosfery powodują zmiany wskazań nawet do 10°, a przemieszczając się na większe odległości musimy stale aktualizować wartość deklinacji. Na szczęście na wybrzeżach Antarktydy czy w północnej Kanadzie rzadko organizuje się zawody na orientację.

Kompasy używane w turystyce i rajdach

Najczęściej używane przez turystów kompasy składają się z płytki oraz kapsuły z płynem, wewnątrz której umieszczona jest igła. W czasie zawodów w Podlesicach w zeszłym (2004) roku, jeden z zawodników tak się odwodnił, że łakomie patrzył na swój kompas i zawartą w nim ciecz. Chciał stłuc szybkę i wypić zawartość. Gdyby ktoś miał podobne myśli to informuję: Kapsuły wypełnia się alkoholem (ale nie takim do picia, bardziej jak borygo) Dzięki temu kompas nie zamarza do temperatury co najmniej -40°C i nie gotuje się przy 50°C nawet na wysokości 10 000 m n.p.m. Płyn służy stabilizacji wskazań igły – w najtańszych „suchych” modelach igła praktycznie nigdy nie przestaje drgać.
Płytka może mieć kształt zbliżony do prostokąta z naniesioną na brzegach podziałką ułatwiającą pomiar odległości na mapach w różnych skalach. W niektórych modelach spotkać można również otwory służące jako szablony do nanoszenia punktów na mapę. Zdarzają się również płytki wyposażone w lupkę lub siatkę ułatwiającą odczyt współrzędnych dla GPS. Nowoczesne modele przeznaczone do biegów na orientację, coraz częściej widywane na rajdach, mają płytkę przystosowaną do mocowania kompasu na kciuku. Można zauważyć pewną tendencję – im szybciej chcemy zorientować mapę, czy ruszyć na azymut, tym mniej skomplikowanego kompasu użyjemy. Dlatego nawigatorzy nie zawracają sobie głowy lusterkami czy pudełkami ze szczerbinką. Często nawet rezygnują z jakiejkolwiek skali na kapsule. Natomiast igła w używanych przez nich kompasach jest bardzo duża i pomalowana na jaskrawe kolory (jak w opisywanym modelu Silva 6 NOR). Klucząc po lesie i tak nie sposób osiągnąć dokładności 0,5 stopnia, którą oferują odczyty niektórych zaawansowanych kompasów. Zamiast tego używa się kodów kolorystycznych, które są łatwiejsze do zapamiętania i odczytania w biegu czy w czasie jazdy na rowerze. Aby móc swobodnie używać rąk (np. by korzystać z kijków) skonstruowano również specjalne mocowanie na kciuk i nadgarstek (np. Silva 66 OMC).

Dziwne kompasy

Za czasów poprzedniego systemu wiele rzeczy w naszym regionie musiało być innych niż w pozostałych częściach świata. Dlatego trzymając w rękach busole geologiczne produkowane w NRD należy mieć się na baczności. Niektóre z nich wyskalowane są w gradach (kąt prosty = 100 gradów), a co gorsza zdarzają się egzemplarze, gdzie czerwona igła wskazuje południe. Robiąc pomiary geologiczne w czasie mgły, kilka razy musiałem się długo zastanawiać, zanim załapałem gdzie jest północ i jaki azymut zapisać. Nie zmienia to faktu, że busole „made in DDR” choć powolne, są dosyć dokładne, a przede wszystkim niezniszczalne. Nie spotkałem jeszcze popsutego egzemplarza, czego nie mogę powiedzieć o kompasach Recta. Ufając bezgranicznie szwajcarskiej marce w czasie ćwiczeń z kartografii 10-krotnie próbowałem dokonać pomiarów topograficznych i ciągle wychodziły bzdury. Nie pomogło nawet zaangażowanie profesora geologii…

Deklinacja magnetyczna

Określa odchylenie igły kompasu (północy magnetycznej) w stosunku do północy geograficznej. To zjawisko, którym na co dzień nie musimy zawracać sobie głowy. Odchylenie igły w centrum Warszawy wynosi (X.2005) 4° 19′ ku wschodowi. Gdybyśmy mieli strzelać z moździerza na odległość kilometra to błąd związany z deklinacją wyniósłby około 70m. Znaczy to, że wysadzilibyśmy dom sąsiadowi naszego wroga. W praktyce rzadko strzela się z moździerza, a częściej kluczy po lesie często zmieniając kierunek i trzymając azymut „na oko”, co obarczone jest większą niedokładnością. Jeśli jednak pojedziemy na rajd na Nową Zelandię, (czego każdemu życzę) i kompas będzie wskazywał 25° ku wschodowi to deklinacja spowoduje, że w rzeczywistości będziemy się przemieszczać prościutko na północ. A to już gruby błąd, który nawet przy poruszaniu się po drogach może wyprowadzić na manowce.

Jak radzić sobie z deklinacją w praktyce?

Do wskazań igły należy dodać wartość deklinacji. Czyli jeśli deklinacja ma wartość dodatnią (zwyczajowo znak + charakteryzuje deklinację ku wschodowi) to do wskazania igły dodajemy jej wartość. Jeśli ujemną to odejmujemy.
Niektóre modele kompasów (nie tych kciukowych) są wyposażone we wskaźniki deklinacji. Są one umieszczone na spodniej części kapsuły. Mają postać przezroczystej strzałki i małej skali zwykle w zakresie +/- 30°.

Pomiar deklinacji w terenie

Jeśli jesteśmy gdzieś na drugim końcu świata, i nie mamy pojęcia o tym jaka jest deklinacja, możemy zmierzyć ją samodzielnie. Potrzebna jest do tego mapa i znajomość naszego położenia na niej. Należy zmierzyć azymut na jakiś odległy charakterystyczny obiekt (szczyt góry, wieża kościoła, zakole rzeki) a następnie porównać z azymutem wynikającym z mapy. Różnica pomiędzy tymi dwoma pomiarami to wartość deklinacji. W ten sposób mierzymy aktualną wartość uwzględniającą wszelkie lokalne anomalie. Jeśli w okolicy nie ma żadnych charakterystycznych obiektów, możemy również spróbować sprawdzić namiar na Gwiazdę Polarną (jej maksymalne odchylenie względem północnego bieguna niebieskiego wynosi 0,75°) i porównać z odczytem kompasu.

Siatka mapy, a geograficzna północ

Odwzorowanie UTM (Uniwersalne Transwersalne Merkatora) jest używane w bardzo wielu mapach topograficznych i turystycznych (m.in. w mapach wydawanych przez firmę Compass – najpopularniejszych na polskich rajdach). Odwzorowanie to jest bardzo wygodne między innymi dlatego, że obrazuje południki i równoleżniki jako linie proste. Jednak błąd wynikający z tego rodzaju uproszczenia powoduje, że linie siatki na mapie mogą być niezgodne z kierunkiem północnym maksymalnie do dwóch stopni. Więc tu również możemy delikatnie zboczyć z kursu (przy doświadczeniu z moździerzem, kierując się mapą możemy spudłować maksymalnie o 30 m, pamiętając jednak że odłamki latają na 200 m).
Na szczęście na mapach do biegów na orientację, a więc tam gdzie dokładność namiarów jest najbardziej przydatna, a czasu na obliczenia mało, linie siatki wskazują lokalną północ magnetyczną.

Inklinacja i sposoby na jej zrównoważenie

Inklinacja to pionowa składowa pola magnetycznego, powodująca, że igła chciałaby ułożyć się skośnie w stosunku to terenu. W większości kompasów problem inklinacji jest eliminowany przez umieszczenie na igle kompasu niewielkiej przeciwwagi. Zapobiega to wychylaniu jej ku górze lub ku dołowi kapsuły. Dla przykładu:
MN magnetyczna północ – w tej wersji kompas Silva 7NL jest wyposażony w igłę, której końcówka wskazująca północ ma 16mm natomiast końcówka wskazująca południe jest o 1 mm dłuższa.

Pozostałe wersje kompasów oznaczono wg stref:
NME (North Magnetic Equatorial) – na północ od równika magnetycznego,
ME (Magnetic Equatorial) – okolice równika magnetycznego,
SME (South Magnetic Equatorial) – na południe od równika magnetycznego,
MS (Magnetic South) – magnetyczne południe.

W połowie bieżącego roku (2005) firma Suunto zapowiedziała wprowadzenie serii kompasów przystosowanych do pracy w znacznie większym zakresie szerokości geograficznych tak, że zamiast 5 wersji będą tylko dwie (dla północnej i południowej półkuli). Jeśli nie mamy pod ręką właściwej wersji kompasu to możemy poradzić sobie przechylając kapsułę pod takim kątem by igła przestała opierać się o ścianki.

Kompas globalny

To urządzenie, które działa poprawnie na całym świecie. Problem inklinacji został w nim rozwiązany w ten sposób, że sama igła nie jest namagnesowana, a jedynie przyczepiona do cylindrycznego magnesu umieszczonego na łożysku rubinowym (dla zminimalizowania tarcia). Na pierwszy rzut oka wyglądają tak samo jak zwykłe, z tym, że oś obrotu jest szersza, a igła nie przylega do niej na całej szerokości. Niestety prędkość stabilizacji igły wynosi w nim około 6 sekund, przez co nie nadaje się do biegania, czy nawet szybkiego marszu. Szwajcarska firma Recta deklaruje, że ich globalne kompasy serii Turbo-20 potrafią ustabilizować się w ciągu 2 sekund.

Odchylanie w okolicach przewodów pod napięciem

Zjawisko to zostało po raz pierwszy zaobserwowane przez Hansa Christiana Oersted w roku 1820. Oczywiście wtedy jeszcze nie było słupów wysokiego napięcia ani nawet rajdów przygodowych… W czasie pokazów dla studentów ten duński naukowiec odkrył, że igła kompasu ma tendencję do układania się pod kątem prostym względem przewodu pod napięciem. Nigdy nie poznał istoty tego zjawiska, jedynie je opisał. Trzeba pamiętać, że przewody energetyczne nie zawsze są widoczne – zwłaszcza w miastach.
Inne obiekty, które mogą przeszkadzać w poprawnej orientacji igły to duże obiekty metalowe takie jak podziemne rurociągi, czołgi, samochody. W czasie używania kompasu na rowerze, warto się upewnić czy jego wskazania godne są zaufania. Zwłaszcza, jeśli dysponuje się stalową kierownicą lub mostkiem. W tym celu wystarczy odsunąć się na chwilę od roweru uważnie oglądając igłę.

Pozostałe czynniki wpływające na odczyt kierunku za pomocą kompasu

Przemieszczanie się biegunów magnetycznych odbywa się z prędkością kilkunastu kilometrów na rok. Związana z tym zmiana deklinacji w Polsce wynosi około 7 minut kątowych rocznie. Oczywiście w okolicach położonych bliżej biegunów, wartości te są znacznie wyższe. Dane na temat położenia biegunów magnetycznych są stale aktualizowane, a wraz z nimi mapy deklinacji, dlatego zawsze warto sprawdzić aktualność źródła, z którego korzystamy (dotyczy to również oprogramowania do odbiorników GPS). Linie pola magnetycznego są odchylane przez tzw. „wiatr słoneczny”, zatem w zależności od pory dnia czy nocy układają się w różny sposób i mogą wprowadzać w błąd użytkowników kompasów. Dodatkowy element, który jest zupełnie nieprzewidywalny to burze magnetyczne wywołujące śliczne zorze polarne i powodujące, że igła kompasu może wręcz zacząć kręcić się w kółko. Całe szczęście, dwa ostatnie problemy dotyczą jedynie obszarów okołobiegunowych.

Miejscowe anomalie

Anomalie magnetyczne są lokalnymi zaburzeniami pola wywołanymi przez budowę geologiczną, złoża metali, zmianę rozłożenia ładunków wewnątrz skał spowodowaną uderzeniami piorunów. Najczęściej spotykane rozległe anomalie zmieniają odczyt kompasu o dwa do czterech stopni. Jednak na niewielkich obszarach kompas może okazać się zupełnie bezużyteczny. Przykładem mogą być fragmenty Suwalskiego Parku Krajobrazowego, gdzie rudy żelaza zalegające na głębokości 2km poważnie zakłócają jego wskazania.

Nie jestem specjalistą od magnetyzmu (jedynie geografem), jeżeli więc w ten opis wkradły się jakieś błędy, proszę o skorygowanie i uzupełnienie w komentarzach.

Zobacz również (materiały w jęz. angielskim):

Kalkulator deklinacji dla danej szerokości i długości geograficznej

Mapa deklinacji magnetycznych (stan na rok 2005) – format Adobe Acrobat

Dokładna mapa deklinacji wraz z rocznymi zmianami (stan na rok 2000) – 4.8 MB: