Широта и долгота – это две угловые координаты, с помощью которых указывают положение точки на поверхности Земли. Широта показывает, насколько место находится севернее или южнее экватора, а долгота – насколько оно расположено восточнее или западнее начального меридиана. Вместе эти значения позволяют однозначно обозначить город, остров, вершину или другую точку на карте.
Как устроена географическая сетка
На глобусе и карте координаты изображают системой условных линий. Параллели проходят с запада на восток и нигде не пересекаются. Меридианы соединяют Северный и Южный полюсы, поэтому сходятся у полюсов. Пересечение выбранной параллели и меридиана задаёт положение точки.
Земля не является идеальным шаром, однако для первого знакомства координатную сетку удобно представлять именно на сфере. В точных измерениях используют математическую модель формы Земли, систему отсчёта и параметры эллипсоида. Поэтому координата всегда связана не только с числами, но и с принятой геодезической системой.
Координатная сетка помогает понять, как точно определить место на карте: сначала находят нужную параллель, затем меридиан и уточняют положение между соседними линиями.
Что показывает географическая широта
Началом отсчёта широты служит экватор. Его широта равна 0°. На Северном полюсе она достигает 90° северной широты, на Южном – 90° южной. Таким образом, допустимый диапазон широты простирается от 90° южной до 90° северной широты.
Широта является углом между направлением, связанным с поверхностью земной модели, и плоскостью экватора. В повседневном объяснении достаточно помнить: чем дальше точка от экватора к северу или югу, тем больше модуль её широты.
Все точки одной параллели имеют одинаковую широту. Экватор – самая большая параллель. По мере приближения к полюсам окружности параллелей становятся меньше, а сами полюсы фактически превращаются в точки.
Один градус широты соответствует примерно 111 километрам, хотя точное расстояние немного меняется из-за формы Земли. Поэтому разность широт позволяет приблизительно оценить путь с севера на юг. Например, две точки на одном меридиане с разницей широт в 2° разделены примерно 222 километрами.
Что показывает географическая долгота
Для долготы нужен начальный меридиан. По международному соглашению отсчёт ведут вблизи Гринвича. Его значение принимают за 0°. К востоку долгота возрастает до 180° восточной, а к западу – до 180° западной. Меридиан 180° находится на противоположной стороне Земли и приблизительно совпадает с направлением линии перемены дат, хотя сама линия местами отклоняется по политическим и практическим причинам.
Все меридианы на сферической модели имеют одинаковую длину от полюса до полюса. Но расстояние между соседними меридианами зависит от широты. У экватора один градус долготы соответствует примерно 111 километрам, а ближе к полюсам расстояние уменьшается. На самом полюсе все меридианы сходятся.
Выбор нулевого меридиана исторически мог быть иным: разные страны использовали собственные начала отсчёта. О том, как закрепилась современная точка отсчёта и как она связана со временем, рассказывает статья о том, почему Гринвич стал началом отсчёта часовых поясов.
В каком порядке записывают координаты
В географической записи обычно сначала указывают широту, затем долготу. Например, 55° северной широты, 37° восточной долготы означает точку в Северном и Восточном полушариях. Направления могут обозначаться русскими сокращениями с. ш., ю. ш., в. д. и з. д. или международными буквами N, S, E и W.
В компьютерных системах направления часто заменяют знаками. Северная широта и восточная долгота положительны, южная широта и западная долгота отрицательны. Тогда ту же условную точку записывают как 55, 37. Ноль не требует обозначения полушария.
Важно проверять порядок, потому что некоторые картографические программы и форматы данных используют пару «долгота, широта». Если поменять числа местами, метка окажется совсем в другом месте или значение выйдет за допустимый диапазон. Широта не может быть больше 90° по модулю, а долгота – больше 180°.
Градусы, минуты, секунды и десятичная запись
Угловые координаты записывают в нескольких форматах. Один градус делится на 60 минут, а одна минута – на 60 секунд. Запись 55° 45′ 30″ означает 55 градусов, 45 минут и 30 секунд. Направление или знак дополняет число.
Ту же величину можно выразить десятичными градусами. Для перевода минуты делят на 60, секунды – на 3600, после чего складывают с целыми градусами. В данном примере получится 55 + 45/60 + 30/3600 = 55,7583° с округлением до четырёх знаков.
Количество знаков после запятой влияет на точность записи. Один десятичный знак задаёт положение довольно грубо, а пять или шесть знаков могут соответствовать метрам или долям метра при благоприятных условиях. Однако длинная запись ещё не гарантирует реальной точности: результат зависит от качества прибора, метода измерения, спутникового сигнала и используемой системы координат.
Почему координаты одной точки могут немного различаться
Для точных координат необходимо определить, относительно какой модели Земли выполнено измерение. Такая основа называется геодезическим датумом или системой отсчёта. Разные системы используют отличающиеся эллипсоиды, положение центра и параметры ориентации. Поэтому числа для одной физической точки могут немного смещаться при переходе между системами.
Современные спутниковые навигационные устройства обычно работают с глобальными системами координат и автоматически выполняют необходимые преобразования. Но при совмещении старой бумажной карты, профессионального плана и данных навигатора систему отсчёта обязательно проверяют. Иначе даже правильно переписанные широта и долгота могут дать заметное смещение.
Как навигатор получает широту и долготу
Приёмник спутниковой навигации не ищет нарисованные меридианы. Он принимает сигналы от нескольких спутников, сравнивает время их прохождения и вычисляет своё положение в трёхмерной системе координат. Затем программа переводит результат в привычные широту, долготу и высоту.
Точность зависит от расположения спутников на небе, помех, отражений сигнала от зданий, состояния атмосферы и качества приёмника. Принцип расчёта подробнее раскрыт в статье о том, как спутниковая навигация определяет положение смартфона.
Широта и долгота задают горизонтальное положение, но не описывают его полностью. Для самолёта, горной вершины или подводного объекта нужна ещё высота или глубина, а для движущегося объекта – время измерения. Тем не менее именно пара угловых координат остаётся универсальным способом указать место на Земле и перенести его между картой, глобусом и цифровой навигационной системой.
