Igaüks, kes kompassi kas või korra katsunud on, peaks teadma, et kompassil on suurepärane omadus näidata põhjasuunda. See on aidanud inimesel juba sajandeid õiget teed valida. Kompassi põhiosaks on magnetnõel, mis on paigutatud teravikule, et ta saaks vabalt pöörelda, ning asetatud mingisugusesse ümbrisesse. Esimesed kompassid võeti kasutusele 11.-12. sajandil Hiinas ja sajand hiljem Euroopas. Võrreldes algusaegadega on kompassi ehitus vähe muutunud, näiteks ümbritseb moodsates kompassides magnetnõela mõnikord vedelik, et ta oleks stabiilsem juhuslike käeliigutuste suhtes ega kõiguks nii palju.
Kompassi nõel on magnet, mis orienteerib end vastavalt Maa magnetväljale ehk siis kompassi põhjapoolus põhja ja lõunapoolus lõunasse. Koolipäevilt teame, et omavahel tõmbuvad magneti põhja- ja lõunapoolus. Järelikult paikneb Maa põhjapoolkeral magnetiline lõunapoolus ja lõunapoolkeral põhjapoolus. Täna teame, et Maa geograafilised poolused magnetpoolustega ei ühti, nende vahe on praegu ligi 800 km. Kasutan sõna praegu, sest magnetpooluse asukoht muutub iga aasta umbes 15 km, ning kui ta praegu liigub Maa poolusele lähemale, siis aastal 1650 ta hoopiski eemaldus sellest.
Niisiis on kompass seade, mis lihtsalt kasutab ära magnetite pooluste omavahelist tõmbumist. Kuid mis põhjustab Maa magnetvälja? 16. sajandi alguses arvati, et seda teeb magnetmägi, mis paikneb põhjapoolusel. Peagi asendus see uskumusega, et meie koduplaneedi sees paikneb suur magnetvarras. Hiljem püüti magnetvälja olemasolu seletada Maa rauast tuuma abil. Praeguseks on teada, et see tekib nii rauast tuuma kui ka selle ümber paiknevas vedelas vahevöös toimuvate elektriliste reaktsioonide mõjul. Päris täpset seletust pole kahjuks veel luua suudetud.
Omaette liigi moodustavad güroskoopilised kompassid. Sel juhul on meil tegu aparaadiga, mis koosneb kompassist ja "vurrist". Güroskoop, mille lapsepõlvest tuttav analoog on vurr, on seade, mille põhikomponent on lihtsustatult öeldes üks pöörlev ratas.
Võiksime teada, et kõigil kehadel on omadus säilitada oma liikumise suunda, näiteks kui te jooksete hästi kiiresti, siis on raske ümber nurga pöörata; kiiresti sõites on autoga raskem teha järske pöördeid jne. Järelikult, kui paneme ühe ratta kiiresti pöörlema, üritab seegi säilitada oma algset suunda. Kui me seda võimaldame, asetades ratta näiteks mingi kera sisse, kus ta saab vabalt oma asendit muuta, säilitabki ratas oma algse liikumissuuna, ükskõik kuidas seda ümbritsevat kera pöörata.
Güroskoopilisel kompassil fikseeritakse kõigepealt hariliku kompassiga põhja suund, seejärel pannakse güroskoobi ratas selles suunas pöörlema. Liikumise vältel hoiab siis güroskoop oma pöörlemistelge kenasti põhjas. Güroskoopiline kompass osutus vajalikuks seoses lennukite kasutuselevõtuga, kuna kiiresti liikuvas lennukis ei suudaks harilik kompass end piisavalt ruttu pidevalt põhja suunda orienteerida.
GPS-ist rääkides oleks lihtne kasutada skeemi abi. Kui teil on maakaart ja te teate, et paiknete näiteks täpselt 100 km kaugusel Tartust, siis võite tõmmata kaardile ringi raadiusega 100 km ning te teate, et paiknete selle sees. Kui te lisaks sellele teaksite, et paiknete Rakverest 150 km kaugusel, saate tõmmata teise ringi ning teil jääb kaks võimalikku asukohta, kus te niisugusel juhul olla saate. Teades enda kaugust vähemalt veel ühest punktist, ütleme näiteks Türist, saategi kolme punkti abil fikseerida oma täpse asukoha. Kui punkte, mille kaugust teate, oleks rohkem, saaksite teha täpsustusi. USA GPS ning teised samalaadsed programmid, nagu Euroopa Liidu Galileo (peaks täiesti valmis saama 2008) ning venelaste Glonass, töötavadki kõik sellest põhimõttest lähtudes. Maakera on ümbritsetud satelliitidega, mis paiknevad Maa suhtes fikseeritud koordinaatidel, ümbritsedes nii kogu planeedi oma võrgustikuga. Niisiis on iga satelliidi asukoht igal hetkel teada ja kui siis GPS-vastuvõtja omakorda saab teada, kus paiknevad tema suhtes vähemalt kolm satelliiti, saab ta öelda, kus ta ise parasjagu paikneb. Rohkemate satelliitide asukoha teadmine tuleb kasuks, kuna Maa ümber tiirlevad satelliidid võivad "kõikuda" üles-alla isegi rohkem kui kümneid kilomeetreid. Signaalid, mida GPS Maale saadab, on kõrgsageduslikud, see tähendab ühtlasi ka vähese energiaga raadiolained.
Milline kolmest positsioneerimise süsteemist on parim, jääb muidugi igaühe enda otsustada. Kui GPS ja Glonass on loodud puhtalt sõjalistel eesmärkidel ning vastavate riikide valitsused võivad neid oma suva järgi välja lülitada, siis Galileol on nii sõjalised kui ka tsiviilülesanded ning selle peamine eesmärk ongi kõrvaldada GPS-i väljalülitamise võimalus. Huvitav on asjaolu, et iga süsteem kasutab Maa katmiseks eri arvu satelliite - Glonass 21, GPS 24 ning Galileo 30. Usutavasti on positsioneerimise tulevik kolme süsteemi ühendamises, Euroopa Liidus on juba praegu kõneldud võimalusest kasutada koos GPS- ja Galileo-süsteemi.
LOE VEEL
Artu Ellmann, Satelliitsüsteem Galileo - Euroopa panus tuleviku navigatsiooni. Horisont 3/2006.
http://www.fyysika.ee/opik/ pakub piltlikku informatsiooni elektri ja magnetvälja kohta.
Tiit Sepp (1985) on Tartu Ülikooli füüsikatudeng, sama TÜ Füüsika Instituudi teoreetilise füüsika labori liige ja Eesti Füüsika Seltsi veebiportaali www.fyysika.ee toimetaja.
