Boylam

Dünya üzerinde bir küre veya elipsoid olarak bir gratikül. Kutuptan kutba uzanan çizgiler sabit boylam çizgileri ya da meridyenlerdir. Ekvator'a paralel daireler sabit enlem daireleri ya da paralellerdir. Graticule yüzey üzerindeki noktaların enlem ve boylamlarını gösterir. Bu örnekte meridyenler 6° aralıklarla, paraleller ise 4° aralıklarla yerleştirilmiştir. ⓘ

Boylam (/ˈlɒndʒɪtjuːd/, AU ve UK ayrıca /ˈlɒŋɡɪ-/), Dünya yüzeyindeki bir noktanın veya bir gök cisminin yüzeyinin doğu-batı konumunu belirten coğrafi bir koordinattır. Açısal bir ölçümdür, genellikle derece cinsinden ifade edilir ve Yunanca lambda (λ) harfi ile gösterilir. Meridyenler (kutuptan kutba uzanan çizgiler) aynı boylama sahip noktaları birbirine bağlar. İngiltere'deki Greenwich Kraliyet Gözlemevi'nin yakınından geçen ana meridyen, geleneksel olarak 0° boylam olarak tanımlanır. Pozitif boylamlar ana meridyenin doğusunda, negatif boylamlar ise batısındadır. ⓘ

Dünya'nın dönüşü nedeniyle, boylam ve zaman arasında yakın bir bağlantı vardır. Yerel saat boylama göre değişir: 15°'lik bir boylam farkı, Güneş'e göre farklı konum nedeniyle yerel saatte bir saatlik bir farka karşılık gelir. Yerel zamanın mutlak bir zaman ölçüsüyle karşılaştırılması boylamın belirlenmesini sağlar. Döneme bağlı olarak mutlak zaman, ay tutulması gibi her iki konumdan da görülebilen bir gök olayından ya da telgraf veya radyo ile iletilen bir zaman sinyalinden elde edilebilir. Prensip basittir, ancak pratikte boylamı belirlemek için güvenilir bir yöntem bulmak yüzyıllar sürmüş ve en büyük bilimsel beyinlerden bazılarının çabasını gerektirmiştir. ⓘ

Bir yerin bir meridyen boyunca kuzey-güney konumu, yaklaşık olarak yerdeki normal ile ekvator düzlemi arasındaki açı olan enlemi ile verilir. ⓘ

Boylam genellikle jeodezik normal veya yerçekimi yönü kullanılarak verilir. Astronomik boylam, dikey sapma ve Dünya'nın yerçekimi alanındaki küçük değişimler nedeniyle normal boylamdan biraz farklı olabilir (ayrıca bkz: astronomik enlem). ⓘ

Yerküre modeli üzerinde gösterilen boyuna (ekvatora dik) yarım çemberlere meridyen denir. ⓘ

Meridyenler, Ekvator'a dik açı yapacak şekilde yerküreyi 360 eşit parçaya bölen ve uçları kutuplarda birleşen, yay şeklindeki varsayımsal çizgilerdir. Her meridyen, bir büyük çemberin yarısıdır ve tüm meridyenler aynı uzunluktadır. Zaman zaman meridyen kavramı herhangi bir boylamdan ve kutuplardan geçen "tam" çember anlamında kullanılır. Karışıklıkları önlemek açısından bu yazıda meridyen sözcüğü her zaman yarım çember anlamında kullanılacaktır. ⓘ

Tarih

Boylam kavramı ilk olarak antik Yunan astronomları tarafından geliştirilmiştir. Hipparchus (MÖ 2. yüzyıl) küresel bir Dünya'yı varsayan bir koordinat sistemi kullanmış ve Dünya'yı bugün hala yaptığımız gibi 360°'ye bölmüştür. Onun ana meridyeni İskenderiye'den geçiyordu. Ayrıca iki farklı yerdeki ay tutulmasının yerel zamanını karşılaştırarak boylamı belirlemek için bir yöntem önermiş, böylece boylam ve zaman arasındaki ilişkiyi anladığını göstermiştir. Claudius Ptolemy (MS 2. yüzyıl) eğri paraleller kullanarak bozulmayı azaltan bir haritalama sistemi geliştirmiştir. Ayrıca Britanya'dan Orta Doğu'ya kadar pek çok yer için veri toplamıştır. Kanarya Adaları'ndan geçen bir asal meridyen kullandı, böylece tüm boylam değerleri pozitif olacaktı. Batlamyus'un sistemi sağlam olsa da, kullandığı veriler genellikle zayıftı ve bu da Akdeniz'in uzunluğunun büyük ölçüde (yaklaşık %70 oranında) fazla tahmin edilmesine yol açtı. ⓘ

Roma İmparatorluğu'nun çöküşünden sonra Avrupa'da coğrafyaya olan ilgi büyük ölçüde azaldı. Hindu ve Müslüman astronomlar bu fikirleri geliştirmeye devam ederek birçok yeni yer eklediler ve genellikle Batlamyus'un verilerini iyileştirdiler. Örneğin el-Battânî, Antakya ile Rakka arasındaki boylam farkını 1°'den daha az bir hata ile belirlemek için iki ay tutulmasının eşzamanlı gözlemlerini kullanmıştır. Bu, o zamanlar mevcut olan yöntemlerle elde edilebilecek en iyi sonuç olarak kabul edilir: tutulmanın çıplak gözle gözlemlenmesi ve uygun bir "saat yıldızının" yüksekliğini ölçmek için bir usturlap kullanılarak yerel zamanın belirlenmesi. ⓘ

Ortaçağ'ın sonlarında, seyahatlerin artması ve Arap biliminin İspanya ve Kuzey Afrika ile temas yoluyla tanınmaya başlamasıyla batıda coğrafyaya olan ilgi yeniden canlandı. 12. yüzyılda, Toledo'daki Zerkâlî'nin çalışmalarına dayanarak bir dizi Avrupa şehri için astronomik tablolar hazırlandı. Toledo, Marsilya ve Hereford arasındaki boylam farklarını belirlemek için 12 Eylül 1178'deki ay tutulması kullanıldı. ⓘ

Kristof Kolomb, ilki 14 Eylül 1494'te Saona Adası'nda (ikinci yolculuk) ve ikincisi 29 Şubat 1504'te Jamaika'da (dördüncü yolculuk) olmak üzere boylamını keşfetmek için ay tutulmalarını kullanmak üzere iki girişimde bulundu. Referans olarak astronomik tabloları kullandığı varsayılmaktadır. Boylam tespitleri sırasıyla 13° ve 38° W gibi büyük hatalar göstermiştir. Randles (1985) 1514 ve 1627 yılları arasında Portekiz ve İspanyollar tarafından hem Amerika hem de Asya'da yapılan boylam ölçümlerini belgelemektedir. Hatalar 2° ile 25° arasında değişmektedir. ⓘ

Teleskop 17. yüzyılın başlarında icat edilmiştir. Başlangıçta bir gözlem cihazı olan teleskop, sonraki yarım yüzyıldaki gelişmelerle doğru bir ölçüm aracına dönüşmüştür. Sarkaçlı saatin patenti 1657'de Christiaan Huygens tarafından alındı ve önceki mekanik saatlere göre yaklaşık 30 kat doğruluk artışı sağladı. Bu iki icat gözlemsel astronomi ve haritacılıkta devrim yaratacaktı. ⓘ

Karada, teleskopların ve sarkaçlı saatlerin geliştirilmesinden 18. yüzyılın ortalarına kadar olan dönemde, boylamı makul bir doğrulukla, genellikle bir dereceden daha az hatalarla ve neredeyse her zaman 2° ila 3° arasında belirlenen yerlerin sayısında istikrarlı bir artış görüldü. 1720'lere gelindiğinde hatalar sürekli olarak 1°'den azdı. Aynı dönemde denizde durum çok farklıydı. İki sorun içinden çıkılmaz bir hal almıştı. Birincisi, bir navigatörün anında sonuç alma ihtiyacıydı. İkincisi ise deniz ortamıydı. Okyanus dalgalarında doğru gözlemler yapmak karada olduğundan çok daha zordur ve sarkaçlı saatler bu koşullarda iyi çalışmaz. ⓘ

Kronometre

Navigasyon sorunlarına yanıt olarak, bir dizi Avrupalı denizcilik gücü denizde boylamı belirleyecek bir yöntem için ödüller teklif etti. Bunlardan en bilineni 1714 yılında İngiliz parlamentosu tarafından kabul edilen Boylam Yasası'dır. Yasa, 1° ve 0,5° dahilindeki çözümler için iki seviyede ödül sunuyordu. Ödüller iki çözüm için verilmiştir: Tobias Mayer'in tablolarıyla pratik hale getirilen ve Kraliyet Astronomu Nevil Maskelyne tarafından bir deniz almanağına dönüştürülen ay mesafeleri; ve Yorkshire'lı marangoz ve saat yapımcısı John Harrison tarafından geliştirilen kronometreler için. Harrison otuz yılı aşkın bir süre boyunca beş kronometre üretmiştir. Bu çalışma Boylam Kurulu tarafından binlerce sterlinle desteklendi ve ödüllendirildi, ancak en yüksek ödül olan 20.000 sterline kadar para almak için mücadele etti ve sonunda parlamentonun müdahalesinden sonra 1773'te ek bir ödeme aldı. Her iki yöntemin de navigasyonda yaygın olarak kullanılmaya başlaması için bir süre geçmesi gerekti. İlk yıllarda kronometreler çok pahalıydı ve ay mesafeleri için gereken hesaplamalar hala karmaşık ve zaman alıcıydı. Ay mesafeleri 1790'dan sonra genel kullanıma girdi. Kronometreler hem gözlemlerin hem de hesaplamaların daha basit olması gibi avantajlara sahipti ve 19. yüzyılın başlarında ucuzladıkça, 1850'den sonra nadiren kullanılan ay mesafelerinin yerini almaya başladılar. ⓘ

İlk çalışan telgraflar 1839'da Wheatstone ve Cooke tarafından İngiltere'de ve 1844'te Morse tarafından ABD'de kuruldu. Telgrafın boylam belirleme amacıyla bir zaman sinyali iletmek için kullanılabileceği kısa sürede fark edildi. Bu yöntem kısa süre içinde özellikle Kuzey Amerika'da ve transatlantik kabloların tamamlanmasıyla Batı Avrupa da dahil olmak üzere telgraf ağı genişledikçe daha uzun mesafelerde boylam tespiti için pratik olarak kullanılmaya başlandı. ABD Sahil Araştırmaları bu gelişmede özellikle aktifti ve sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde değil. Survey, 1874-90 yılları arasında Orta ve Güney Amerika, Batı Hint Adaları ve Japonya ile Çin'e kadar haritalanmış konum zincirleri oluşturdu. Bu, bu bölgelerin doğru bir şekilde haritalanmasına büyük katkı sağladı. ⓘ

Denizciler doğru haritalardan yararlanırken, seyir halindeyken telgraf sinyallerini alamıyorlardı ve bu nedenle bu yöntemi navigasyon için kullanamıyorlardı. Bu durum, 20. yüzyılın başlarında kablosuz telgrafın (radyo) kullanılabilir hale gelmesiyle değişti. Gemilerin kullanımı için kablosuz zaman sinyalleri 1907'den itibaren Halifax, Nova Scotia'dan ve 1910'dan itibaren Paris'teki Eiffel Kulesi'nden iletildi. Bu sinyaller gemicilerin kronometrelerini sık sık kontrol etmelerine ve ayarlamalarına olanak sağlamıştır. ⓘ

Radyo navigasyon sistemleri İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra genel kullanıma girmiştir. Sistemlerin hepsi sabit seyir işaretlerinden gelen yayınlara bağlıydı. Gemideki bir alıcı bu yayınlardan geminin konumunu hesaplıyordu. Kötü görüş koşullarının astronomik gözlemleri engellediği durumlarda doğru navigasyona olanak sağlamış ve 1990'ların başında yerini GPS'e bırakana kadar ticari gemicilik için yerleşik yöntem haline gelmiştir. ⓘ

Belirleme

Boylamı belirlemek için kullanılan ana yöntemler aşağıda listelenmiştir. Bir istisna dışında (manyetik sapma) hepsi ortak bir ilkeye dayanır; bu ilke, bir olaydan veya ölçümden mutlak bir zaman belirlemek ve iki farklı konumdaki karşılık gelen yerel zamanı karşılaştırmaktır.

Ay mesafeleri. Ay, Dünya etrafındaki yörüngesinde yıldızlara göre saatte 0,5°'nin biraz üzerinde bir hızla hareket eder. Ay ile uygun bir yıldız arasındaki açı bir sekstant ile ölçülür ve (tablolara ve uzun hesaplamalara başvurulduktan sonra) mutlak zaman için bir değer verir.
Jüpiter'in uyduları. Galileo, uyduların yörüngelerinin yeterince doğru bir şekilde bilinmesiyle, konumlarının mutlak zamanın bir ölçüsünü sağlayabileceğini öne sürdü. Uydular çıplak gözle görülemediği için bu yöntem bir teleskop gerektirmektedir.
İmpulslar, okültasyonlar ve tutulmalar. Apulse, iki nesne (Ay, bir yıldız ya da gezegen) arasındaki en az görünen mesafedir; okültasyon ise bir yıldız ya da gezegen Ay'ın arkasından geçtiğinde meydana gelir - esasen bir tür tutulma. Ay tutulmaları kullanılmaya devam etmiştir. Bu olaylardan herhangi birinin zamanı mutlak zamanın ölçüsü olarak kullanılabilir.
Kronometreler. Bir saat, boylamı bilinen bir başlangıç noktasının yerel saatine ayarlanır ve başka herhangi bir yerin boylamı, yerel saati ile saatin saati karşılaştırılarak belirlenebilir.
Manyetik sapma. Bir pusula ibresi genel olarak tam olarak kuzeyi göstermez. Gerçek kuzeyden sapma konuma göre değişir ve bunun boylamın belirlenmesi için bir temel sağlayabileceği öne sürülmüştür.

Manyetik sapma hariç, tüm yöntemlerin uygulanabilir olduğu kanıtlanmıştır. Ancak kara ve denizdeki gelişmeler çok farklıydı. ⓘ

Boylamı zaman dışında doğrudan belirleyen başka bir fiziksel ilke yoktur. Bir noktanın boylamı, bulunduğu yerdeki boylam ile Koordineli Evrensel Zaman (UTC) arasındaki zaman farkı hesaplanarak belirlenebilir. Bir günde 24 saat ve bir dairede 360 derece olduğundan, güneş gökyüzünde saatte 15 derece hızla hareket eder (360° ÷ 24 saat = saatte 15°). Dolayısıyla, bir yerin zaman dilimi UTC'den üç saat ilerideyse, o yer 45° boylamına yakındır (3 saat × saatte 15° = 45°). Yakın kelimesi kullanılmıştır çünkü nokta zaman diliminin merkezinde olmayabilir; ayrıca zaman dilimleri siyasi olarak tanımlanır, bu nedenle merkezleri ve sınırları genellikle 15°'nin katları olan meridyenler üzerinde yer almaz. Ancak bu hesaplamayı yapabilmek için UTC'ye ayarlı bir kronometreye (saate) ve güneş veya astronomik gözlem yoluyla yerel saati belirlemeye ihtiyaç vardır. Ayrıntılar burada anlatılandan daha karmaşıktır: daha fazla ayrıntı için Evrensel Zaman ve zaman denklemi makalelerine bakın. ⓘ

Değerler

Boylam, Asal Meridyen'de 0°'den doğuya doğru +180° ve batıya doğru -180° arasında değişen açısal bir ölçüm olarak verilir. Yunanca λ (lambda) harfi, Dünya üzerindeki bir yerin Asal Meridyenin doğusundaki veya batısındaki konumunu belirtmek için kullanılır. ⓘ

Her bir boylam derecesi 60 dakikaya bölünmüştür ve bunların her biri de 60 saniyeye bölünmüştür. Bu nedenle bir boylam, örneğin 23° 27′ 30″ E gibi seksajimal gösterimle belirtilir. Daha yüksek hassasiyet için saniyeler ondalık kesirle belirtilir. Alternatif bir gösterimde derece ve dakikalar kullanılır ve bir dakikanın bölümleri ondalık gösterimle ifade edilir: 23° 27.5′ E. Dereceler ondalık kesir olarak da ifade edilebilir: 23.45833° E. Hesaplamalar için açısal ölçü radyana dönüştürülebilir, bu nedenle boylam bu şekilde $π$ 'nin (pi) işaretli kesri veya 2 $π$ 'nin işaretsiz kesri olarak da ifade edilebilir. ⓘ

Hesaplamalar için, Batı/Doğu eki batı yarımkürede negatif bir işaretle değiştirilir. Doğu'nun pozitif olduğu uluslararası standart kural (ISO 6709), Kuzey Kutbu yukarıda olacak şekilde sağ elli bir Kartezyen koordinat sistemiyle tutarlıdır. Bu durumda belirli bir boylam belirli bir enlemle (kuzey yarımkürede pozitif) birleştirilerek Dünya yüzeyinde kesin bir konum elde edilebilir. Kafa karıştırıcı bir şekilde, en yaygın olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde olmak üzere, Doğu için negatif konvansiyonu da bazen görülmektedir; Dünya Sistemi Araştırma Laboratuvarı, Batı Yarımküre ile sınırlı uygulamalar için "koordinat girişini daha az garip hale getirmek" amacıyla sayfalarından birinin eski bir versiyonunda bunu kullanmıştır. O zamandan beri standart yaklaşıma geçtiler. ⓘ

Boylamın Kutuplarda tekil olduğunu ve diğer konumlar için yeterince doğru olan hesaplamaların Kutuplarda veya Kutuplara yakın yerlerde yanlış olabileceğini unutmayın. Ayrıca ±180° meridyenindeki süreksizlik de hesaplamalarda dikkatle ele alınmalıdır. Buna bir örnek, iki boylamın çıkarılmasıyla doğu yer değiştirmesinin hesaplanmasıdır; bu, iki konum bu meridyenin her iki tarafındaysa yanlış cevap verir. Bu karmaşıklıklardan kaçınmak için, hesaplamada enlem ve boylamı başka bir yatay konum gösterimi ile değiştirmeyi düşünün. ⓘ

İngiltere'nin Greenwich gözlemevinden geçen meridyen, başlangıç meridyeni kabul edilir ve 0 derece olarak gösterilir. Doğusunda kalan yerlere doğu yarımküre, batısında kalan yerlere batı yarımküre denir. Başlangıç meridyeninin 179 doğusunda, 179 batısında ve tam karşısında (180. meridyen) olmak üzere toplam 360 meridyen yayı vardır. 0 (Greenwich) ve 180 derece meridyenleri karşı karşıyadır ve birbirini daireye tamamlar. Bu nedenle 180. meridyene "antimeridyen" de denir. ⓘ

Bir boylam derecesinin uzunluğu

Bir boylam derecesinin uzunluğu (doğu-batı mesafesi) yalnızca bir enlem dairesinin yarıçapın $a$ bağlıdır. Yarıçapı a olan bir küre için $φ$ enlemindeki yarıçap cos φ'dir ve bir enlem dairesi boyunca bir derecelik (veya $π$ /180 radyan) yayın uzunluğu

\Delta _{\rm {long}}^{1}={\frac {\pi }{180}}a\cos \phi

ⓘ

$φ$	Δ¹ _lat	Δ¹ _{uzun ⓘ}
0°	110.574 km	111.320 km
15°	110.649 km	107.551 km
30°	110.852 km	96.486 km
45°	111.133 km	78.847 km
60°	111.412 km	55.800 km
75°	111.618 km	28.902 km
90°	111.694 km	0.000 km

WGS84'te belirli bir enlemde (dikey eksen) metrik (üst yarı) ve İngiliz birimlerinde (alt yarı) bir derece (siyah), dakika (mavi) ve saniye (kırmızı) enlem ve boylam uzunluğu. Örneğin, yeşil oklar 48°N'deki Donetsk'in (yeşil daire) Δuzunluğunun 74,63 km/° (1,244 km/dak, 20,73 m/sn vb.) ve Δyataylığının 111,2 km/° (1,853 km/dak, 30,89 m/sn vb.) olduğunu göstermektedir. ⓘ

Dünya bir elipsoid ile modellendiğinde bu yay uzunluğu şu hale gelir

\Delta _{\rm {long}}^{1}={\frac {\pi a\cos \phi }{180{\sqrt {1-e^{2}\sin ^{2}\phi }}}}

Burada elipsoidin eksantrikliği olan e, büyük ve küçük eksenlerle (sırasıyla ekvatoral ve kutupsal yarıçaplar) şu şekilde ilişkilidir

e^{2}={\frac {a^{2}-b^{2}}{a^{2}}}

ⓘ

Alternatif bir formül şöyledir

\Delta _{\rm {long}}^{1}={\frac {\pi }{180}}a\cos \beta \quad {\mbox{where }}\tan \beta ={\frac {b}{a}}\tan \phi

; burada

\beta

parametrik veya indirgenmiş enlem olarak adlandırılır. ⓘ

cos $φ$ ekvatorda 1'den kutuplarda 0'a düşer, bu da enlem dairelerinin ekvatordan kutuptaki bir noktaya doğru nasıl küçüldüğünü ölçer, dolayısıyla bir boylam derecesinin uzunluğu da aynı şekilde azalır. Bu durum, ekvatordan kutba bir derece enlem uzunluğundaki (kuzey-güney mesafesi) küçük (%1) artışla tezat oluşturmaktadır. Tablo, a = 6378137.0 m ve b = 6356752.3142 m olan WGS84 elipsoidi için her ikisini de göstermektedir. Aynı enlem dairesi üzerinde 1 derece uzaklıktaki iki nokta arasındaki mesafenin, bu enlem dairesi boyunca ölçüldüğünde, bu noktalar arasındaki en kısa (jeodezik) mesafeden biraz daha fazla olduğuna dikkat edin (bunların eşit olduğu ekvatorda olmadığı sürece); fark 0,6 m'den (2 ft) azdır. ⓘ

Bir coğrafi mil, ekvator boyunca bir yay dakikasının uzunluğu olarak tanımlanır (bir ekvatoral boylam dakikası), bu nedenle ekvator boyunca bir boylam derecesi tam olarak 60 coğrafi mil veya 111,3 kilometredir, çünkü bir derecede 60 dakika vardır. Ekvator boyunca 1 dakikalık boylamın uzunluğu 1 coğrafi mil veya 1,855 km veya 1,153 mil iken, 1 saniyesinin uzunluğu 0,016 coğrafi mil veya 30,916 m veya 101,43 fittir. ⓘ

Mesafe ölçümü

Meridyenler "üzerindeki" (iki paralel arasındaki) her 1 dakikalık açı 1 deniz miline (1 852 m) eşittir. ⓘ

Herhangi bir harita üzerinde iki nokta arasındaki mesafe ölçülürken, harita projeksiyonlardan kaynaklanan hataları minimum düzeye indirmek için, iki nokta arasındaki doğrunun uzunluğu, ortasından geçen bir meridyen üzerindeki açılar ile kıyaslanır. Örneğin iki nokta arasındaki mesafe bir pergel ile ölçülüp doğru üzerindeki bir meridyenle (mümkünse tam ortadaki) kıyaslandığında 10 dakikalık açıya denk geliyorsa, o iki nokta arasındaki gerçek mesafe yaklaşık olarak 10 deniz milidir.(18 520 m) Paraleller üzerindeki dakika aralıkları -ekvator haricinde- meridyenler ile aynı olmadığından mesafe hesaplaması için kullanılmaz. ⓘ