סודות המפות העתיקות: כך ניווטו יורדי הים לפני ה-GPS

מסע בזמן אל התקופות שבהן הכוכבים, המגנטים והשעונים המכניים היו הטכנולוגיה המתקדמת ביותר שקבעה את גורלם של אימפריות ומגלי עולמות.

איך הייתם מוצאים את הדרך הביתה בלי Waze ובלי מצפן, כשרק האוקיינוס האינסופי מולכם? אם לא הנווטים הגדולים של ההיסטוריה, מהפולינזים שקראו את זרמי המים בעזרת מקלות וצדפים, דרך המלומדים היהודים בספרד שפיתחו את ה"גאדג'טים" של ימי הביניים, ועד לנגר האנגלי שהמציא את השעון ששינה את פני הספנות ליעד, ייתכן שלא היינו יודעים לנווט.

האם ידעתם שרב החובל של וסקו דה גמה הסתמך על לוחות אסטרונומיים שכתב רב יהודי? או שהמונח "קשר" הגיע מחבלים אמיתיים שנזרקו למים? הצטרפו אלינו לסיפור על מדע, תעוזה ורצון בלתי פוסק לכבוש את האופק.

אנחנו על המפה: ראשית הקרטוגרפיה

לאורך ההיסטוריה, בני אדם ואוכלוסיות שלמות נדדו ונסעו רבות, לעיתים בדרכים מוכרות ולעיתים למקומות חדשים לחלוטין. כדי להתמודד עם אתגרי המסע, פיתחה האנושות בהדרגה את תחום הניווט: הידע שמאפשר להתמצא בסביבה, גם אם אינה מוכרת, ולהגיע ליעדים חדשים בבטחה.

קל יחסית לנווט ביבשה, שכן השטח מלא בציוני דרך טבעיים כמו הרים גבוהים, נהרות, תצורות נוף, מבנים בולטים, ואפילו סוגי צמחייה ובעלי חיים האופייניים לאזורים מסוימים. כדי למצוא את הדרך, כל שנדרש הוא מפה המראה את מיקום ציוני הדרך הללו באמצעות ציורים או סמלים מוסכמים. כבר בשלבים מוקדמים מאוד של התרבות האנושית החלו אנשים למפות את סביבתם, אם כי השאלה "כמה מוקדם" נותרה שנויה במחלוקת בין החוקרים.

חוקרים רבים מצביעים על ציור קיר מחפירות אתר צ’טלהויוק (Çatalhöyük) בטורקיה כעל המפה הקדומה ביותר שבידינו. הציור, מהאלף השביעי לפני הספירה, הוא ככל הנראה תרשים של בתי הכפר, אם כי לא כולם מסכימים שמדובר במפה במובן המודרני. ויכוחים דומים מתקיימים סביב חטי ממותה בני 10,000 ואף 20 אלף שנה, שבהם חרוטות דוגמאות שעשויות להיות ייצוג סמלי של הסביבה הגיאוגרפית, וכן לגבי אבן בת 16 אלף שנה מספרד המתארת לכאורה אזורי ציד.

חלק מהמפות העתיקות המוכרות לנו לא שימשו אך ורק לניווט. מפות מבבל וממצרים העתיקה שימשו לשרטוט גבולות בין חלקות של חקלאים ולחישוב גודלן לצרכי מיסוי. עם זאת, להתמצאות בשטח, המפה היא כלי חיוני. אם נרצה ללכת מאתונה לספרטה, למשל, עלינו לצאת מאתונה בכיוון צפון-מערב, ואחרי כ-25 קילומטרים באלאוסיס לפנות לכיוון מערב-דרום-מערב. משם נלך כ-50 קילומטרים לאורך החוף עד איסתמיה, נמשיך כמאה קילומטרים דרום-מערבה עד טריפולי, ואז עוד כ-50 קילומטרים דרומה עד שערי ספרטה. ללא מפה, קשה מאוד לתכנן מסע כזה.

אך מפה לבדה אינה מספיקה. המטייל זקוק לדעת היכן הוא נמצא בדיוק, באיזה כיוון הוא הולך, ואת המרחק שצעד או קצב ההליכה לחישוב הזמן. ללא המדידות הללו, הסיכוי ללכת לאיבוד גדול, אלא אם כן קיימות דרכים מסומנות, שלטים או רועי צאן אדיבים שיכוונו את הדרך. ביוון העתיקה היו סיכויים טובים למצוא עזרים כאלה, אך במקומות ותקופות אחרים המצב היה שונה בתכלית.

גרמי השמיים כמורי דרך

השמש היא סימן הכיוון הבולט ביותר שעומד לרשות האדם. עוד בשלבים מוקדמים הבחינו בני אדם שהיא זורחת ושוקעת פחות או יותר באותם כיוונים כל יום, מה שהעניק למזרח ולמערב את שמותיהם. אולם, קביעת הכיוון בין הזריחה לשקיעה מורכבת יותר, שכן השמש נעה במסלול קשתי עם נטייה דרומה בחצי הכדור הצפוני (או צפונה בדרומי). מסלולה המדויק תלוי במיקום הצופה ובעונת השנה, ולכן קביעת כיוון מדויקת דורשת ידיעה של המיקום המקורב על כדור הארץ, התאריך והשעה.

בלילה, מציאת הצפון קלה יותר בחצי הכדור הצפוני בעזרת כוכב הצפון (פולאריס), הנראה כנמצא מעל הקוטב הצפוני. ניתן להיעזר גם בקבוצות כוכבים בולטות אחרות, אך מיקומן משתנה לאורך הלילה והשנה ובהתאם למיקום הצופה. הקשר הזה גרם לכך שקרטוגרפיה וניווט התקדמו תמיד יד ביד עם טכנולוגיות למדידת זמן.

ניווט על הגלים: האתגר הימי

אם ביבשה יש ציוני דרך, אזי בים, כשיש רק מים מאופק לאופק, קשה מאוד לשמור על כיוון. עם זאת, מסע ימי מהיר ויעיל יותר מהובלת סחורות ביבשה הררית, והוא הכרחי לתושבי איים. תרבויות יוון הקדומות, כמו המינואית והמיקנית, היו מהראשונות לפתח ספנות ואמצעי ניווט. בתחילה נעשה שימוש ב"ניווט חופים" – שיט במרחק ראייה מהחוף תוך זיהוי מאפיינים בולטים.

המונח Navigation מגיע מהמילה הפרוטו-הודו-אירופית Nauta, שמשמעותה ספינה או סירה. בעבר המונח תיאר לא רק את הניווט אלא את פעולת השיט עצמה. בחלק אחר של העולם, נווטים פולינזים באוקיינוס השקט פיתחו שיטות מדהימות לחציית מרחבים עצומים בין איים, מאות שנים לפני ספירת הנוצרים. הם העבירו מדור לדור ידע על רוחות, זרמים וגלים, וייצגו אותם במפות ייחודיות העשויות מענפים דקים וצדפים שסימלו איים.

הספנים נעזרו גם בעולם החי. הם עקבו אחרי דגים או עופות מים, ולעיתים שחררו ציפורים מהספינה בלב ים; אם הציפור לא חזרה, הספנים שטו בכיוון מעופה בהנחה שמצאה יבשה. שיטה זו מוכרת גם מסיפור תיבת נוח המקראי.

"החפץ הקטן הזה הוא המקבילה של ימי הביניים לאייפון, או לכל גאדג'ט טכנולוגי סופר-מתקדם."

ניל מקגרגור, מנהל המוזיאון הבריטי, על האצטרולב העברי

תלמי ורשת הקואורדינטות העולמית

האסטרונום היווני תלמי (קלאודיוס פטולמיוס), שחי באלכסנדריה במאה השנייה לספירה, נחשב לאחד האסטרונומים הגדולים של העת העתיקה. אף שתפיסתו לפיה השמש מקיפה את הארץ הייתה שגויה, עבודתו הגיאוגרפית הייתה מרשימה. תלמי יישם רשת קואורדינטות המחלקת את כדור הארץ לקווי רוחב מקבילים ולקווי אורך הנפגשים בקטבים – רעיון המיוחס במקור להיפרכוס (Hipparchus).

באמצעות רשת זו ניתן להגדיר כל נקודה על פני הכדור בשני מספרים. למשל, אתונה שוכנת במפגש של קו רוחב 37°59′03″N וקו אורך E23°43′41″. במקביל, הופיעו עזרי ניווט למדידת זוויות גרמי השמיים. מד זווית פשוט אפשר למדוד את גובה כוכב הצפון מעל האופק; אם הזווית היא 30°, הצופה נמצא בקו רוחב 30° צפון.

האצטרולב (Astrolabe), שמשמעות שמו ביוונית "לוקח כוכבים", שילב מד זווית עם מפות שמיים וארץ. המכשיר הומצא כנראה במאה השנייה לפני הספירה ואפשר לחשב מיקום ושעה. אצטרולבים מיוחדים נבנו על ידי מלומדים יהודים בספרד, כמו זה הנמצא במוזיאון הבריטי ומכיל כיתובים בעברית וחודשים לטיניים, עדות ל"תור הזהב" של שיתוף הפעולה המדעי בספרד לפני גירוש 1492.

המהפכה המגנטית והניווט החישובי

למרות שהסינים הכירו אבנים מגנטיות כבר לפני אלפי שנים, רק במאה ה-11 הם החלו להשתמש בהן לניווט. פיסת ברזל ממוגנטת הצפה על מים פונה תמיד לצפון המגנטי. המצפן הגיע לאירופה במאה ה-12 וחולל מהפכה. הוא מאפשר לנווט בכל מזג אוויר ובכל שעה, למרות סטיותיו ליד הקטבים או השפעת ברזל בגוף הספינה.

הופעת המצפן אפשרה את ה-Dead Reckoning (ניווט מקורב). אם ספינה שטה במהירות של 20 קמ"ש לכיוון דרום-מערב במשך 100 שעות, היא אמורה להגיע למרחק של 2,000 קילומטרים ליעדה. כדי למדוד מהירות בים, השליכו המלחים למים מוט קשור לחבל עם קשרים במרחקים קבועים. מספר הקשרים שעברו בידי הספן בפרק זמן של חצי דקה (שנמדד בשעון חול) קבע את ה"קשר" – יחידת המהירות שמשמשת עד היום (מייל ימי אחד לשעה, או 1,852 מטרים).

פתרון בעיית קו האורך: ג'ון הריסון והשעון הימי

בעוד שקו הרוחב קל לחישוב לפי הכוכבים, קביעת קו האורך (מזרח-מערב) הייתה אתגר אדיר. בשנת 1707 טבע צי בריטי באיי סילי בשל טעות ניווט שהביאה למותם של 1,400 מלחים. בעקבות האסון, הציע הפרלמנט הבריטי פרס למי שיפתור את בעיית קו האורך. הפתרון דרש ידיעה מדויקת של השעה בנקודת ייחוס (כמו גריניץ') לעומת השעה המקומית בלב ים.

הנגר ג'ון הריסון (Harrison) הקדיש את חייו לפיתוח הכרונומטר הימי – שעון מדויק שאינו מושפע מטלטלות הספינה. לאחר עשרות שנות עבודה, הכרונומטר הרביעי והחמישי שלו הוכיחו שאפשר לנווט בדיוק רב בעזרת זמן. כיום גריניץ' נחשבת לקו האורך אפס בזכות המורשת האסטרונומית של אותה תקופה.

אברהם זכות והיהודים שהובילו את עידן התגליות

ליהודים בספרד ובפורטוגל היה תפקיד מכריע בפריצת הדרך המדעית של הניווט. אברהם זכות (Zakuto), שנולד בסלמנקה ב-1452, כתב את "החיבור הגדול" – מערך לוחות אסטרונומיים מדויקים שאפשרו לנווט לפי השמש כשתצפית על כוכב הצפון לא הייתה אפשרית (למשל ליד קו המשווה).

זכות פיתח אצטרולב ייעודי לים ותרגם את עבודותיו ללטינית בשם "אלמנך פרפטואום". לוחות אלו שירתו את כריסטופר קולומבוס ווסקו דה גמה במסעותיהם. בנוסף לזכות, דמויות כמו הרלב"ג (לוי בן גרשון) שהמציא את "מטה יעקב", וקרסקס אברהם שיצר את האטלס הקטלאני במיורקה, היו עמודי התווך של הידע הגיאוגרפי. במיורקה אף הומצאה המפה "הפורטולנית" – המפה הראשונה עם אוריינטציה צפונית ודיוק ריאליסטי.

מהרדיו לגירוסקופ: ניווט בעידן המודרני

במאה ה-19 גילה היינריך הרץ את גלי הרדיו, מה שהוביל לשיטות ניווט חדשות כמו טריאנגולציה וטרילטרציה – קביעת מיקום לפי אותות מתחנות קרקעיות. במקביל, לאון פוקו פיתח את הגירוסקופ – דיסקית מסתובבת השומרת על ציר הסיבוב שלה. הגירוסקופ הפך לבסיס למצפנים שאינם מושפעים ממגנטיות ולמערכות טייס אוטומטי, כפי שהדגים לאונרד ספרי ב-1914.

שילוב של גירוסקופים ומדי תאוצה מאפשר "ניווט אינרציאלי", שהוא למעשה חישוב המיקום ללא עזרה חיצונית. מערכות כאלו חיוניות לצוללות, טילים ובזמנו גם לחלליות אפולו. כיום, גירוסקופים זעירים נמצאים בכל טלפון חכם ומאפשרים לנו לסובב את התמונה או לייצב את המצלמה.

מבט מלמעלה: הלוויינים והחלל העמוק

שיגור הספוטניק ב-1957 הוביל לפיתוח מערכות ניווט לווייניות כמו Transit של ארה"ב, שנועדה במקור לצוללות גרעיניות. כיום, מערכת ה-GPS מבוססת על עשרות לוויינים הנושאים שעונים אטומיים ומשדרים אותות זמן מדויקים המאפשרים למקלטים בטלפונים שלנו לקבוע מיקום בדיוק של מטרים. בחלל העמוק, שם אין GPS, משתמשים בחלליות בגירוסקופים וב"עוקבי כוכבים" – מצלמות הסורקות את השמיים ומחשבות את המיקום לפי כוכבים בולטים, בדיוק כפי שעשו הנווטים הקדומים.