從舊金山飛香港幹嘛不走直線

作者:父與女

瀏覽人次:212017/09/07

小樂從美國夏令營回來,航班是從舊金山飛香港再回杭州,接機的晚上看了航行路線,咦,這路線怎麼這麼彎呀?!覺得好奇怪,在朋友圈發了一條信息,收到了很多有意思的。

例如:
地球是圓的。

球面上路徑最短。

因為往返要不同方向圓弧 不然會相撞 這是航空條例規定。(我的是杭州筧橋軍用機場里的軍機飛行員給的答案)
 
我覺得選高緯度路線,主要是避開低緯西風帶,蹭東北信風,省時省油至少40%。

鳥瞰,起飛是上弧線,降落是下弧線。

其實從地球儀上看這是非常接近大圓的。另外是貼著海岸線飛容易地面交互,也容易救人。
 
那個人離開留下的缺口,她飛回來就團圓了。
 
你不覺得這樣立體感比較強?
 
答案說類似「地球是圓的」最多,但這似乎還不能解答我的疑惑,即使地球是圓的,那展開到地圖上投影的直線也可以是直的呀。本著求真的態度繼續查答案。
 
「兩點之間直線最短」是小學生都會的公理,不過問題是我們在地球上,地球是圓的。從杭州去美國,兩點之間的直線,那應該走地心隧道才行。
 
走不了地心隧道我們只能走地面,那必定是一條弧線,但為什麼這條弧線在地圖上投影不是一條直的線呢?

圖片來源: www.slyar.com

難道在地圖上看起來直的線反而更遠了?原來這裡有大圓航線(Great Circle Route)和等角航線(Rhumb Line)的線路之爭。這讓我們不得不說說大航海時代。
 
哥爾·D·羅傑經過3年的時間,終於在「偉大航路」上完成稱霸的夢想,成為傳頌一時的「海賊王」。羅傑跑去向海軍自首,臨刑前的一句話,讓人們趨之若鶩奔向大海:「想要我的財寶嗎?想要的話可以全部給你,去找吧!我把所有財寶都放在那裡」,於是拉開了大航海時代的帷幕。
 

海賊王哥爾·D·羅傑,唯一完成偉大航道
 
哦,錯了,不是那個大航海時代。無論是在哪個大航海時代,航海士都是非常關鍵的,而海圖也是航海士的法寶之一,想想娜美的夢想就是要畫出世界各地的海圖。在1569 年,就有一位比利時的地圖學家創立了一種以他名字命名的經典的投影方法:墨卡托投影,也就是貼在我家牆上的地圖這個樣子。
 
 
相信大家都看的很習慣了,只是孩子時代的你肯定也奇怪一個球面怎麼能拉成平面呢?所以地圖上最下方的南極洲變成這麼大,但你要是觀察地球儀,會發現至少球底的一小塊,這就是高緯度地區的嚴重失真,而更準確的地圖是像古德投影這樣的。
 

from @LEELEE v1 via zhihu
 
只不過這個又變成四分五裂了。扯遠了,回到航線最短問題。
 
墨卡托投影的地圖對於大航海時代來說太關鍵了,經線,緯線縱橫交錯,在地圖上兩點之間畫一條直線,沿著直線一直開就行,這樣規劃出來的航線,因為航行方向與經度夾角確定且不變,被稱為等角航線。也就是我剛開始腦中浮現的兩點之間的直線航行路線。
 
不過一個球可以切出很多圓,在兩點之間我們可以在球面上畫很多弧線,而其中最短的那條弧線是球大圓上面的弧線,用這種方式規劃的航線,就叫做大圓航線。(球大圓指的是球面上任意兩點A和B都可以與球心確定唯一的大圓,這個大圓被稱為黎曼圓。)這個當然在數學上是可以證明的,我就忽略了,因為我沒看懂證明:-(。
 
那球大圓的線真的是彎曲的嗎?實驗為上,有請主角筆筒球登場,給腦子里塞點東西,讓它變得更聰明點。
 
 
我們在球上圈點好香港和舊金山,球大圓需要過球心,以我精准的眼力大致來瞄一下,慢慢地畫出一條線。
 
 
展開,真是一條完美的弧線。
 
 
現在你明白了吧!那其他的說法呢?

「貼著海岸線飛容易地面交互,也容易救人」這個有道理嗎?
有,適航規章限定,主要是ETOPS規定。
這個是由於早期飛機發動機可靠性不足引入的規定,當時雙發飛機很容易在飛行過程中出現單發失效,此時會對飛行性能造成嚴重影響,同時也給飛行員帶來額外的負擔,因此規定飛機的全航路中,任何一點到最近的備降機場的距離不得超過60分鐘的航程,以便在飛行員疲勞或飛機結構受損到不可接受前,飛機能夠著陸。當然,現在隨著發動機可靠性提升,ETOPS限制普遍提升到了120分鐘,下一代的380和787都在申請150分鐘的ETOPS限制。

「選高緯度路線,主要是避開低緯西風帶,蹭東北信風,省時省油至少40%。」
有道理嗎?我想也是有的。
在北半球北緯35°-65°之間有盛行西風帶,在西風帶地區的平流層下部,由於對流層氣流與其相互作用以及高海拔的太陽加熱作用,使得對應地區的平流層下部產生一條數百公里寬的西風帶,這一風帶被稱為高速氣流帶(Jet Stream),在平流層底、平流層頂飛行的飛機正是受到這一風帶的影響而產生速度的差異。因為有西風影響,從美國往中國飛的航班,飛行時間往往要多1-2小時。
 
小小的問題背後有大智慧啊。不過在這個互聯網的時代,有疑惑搜索就是,再動動手做個實踐。
 
*本文出自【父愚女樂  樂爸】,未經授權請勿轉載
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