从天空确定纬度

在卫星出现之前，水手通过测量地平线以上的角度来确定纬度。原理很简单。在春分或秋分日站在赤道上，正午的太阳位于头顶正上方，高度角为 90°。向北走，正午的太阳在南方的天空位置变低。你每移动 1 度纬度，太阳的高度角就精确地降低 1 度。

在北半球，当地正午面向南方时，太阳的高度角为

h = 90° − φ + δ

其中 φ 是你的纬度，δ（delta）是太阳的赤纬：即当天太阳直射点在地球上的纬度。在春分和秋分时，它 0°，并在一年中在约 +23.44° 和 −23.44° 之间摆动。

在春分或秋分时 δ = 0，因此 φ = 90° − h。如果测得正午太阳高度角为 49°，则纬度为北纬 41°。在夏至时 δ = +23.44°，因此在北纬 40°，正午太阳的高度角达到 90° − 40° + 23.44° = 73.44°。实际操作中，你会使用特定日期的太阳赤纬表，航海家正是这样使用航海历书的。

在北半球，夜晚有一个捷径。北极星距离北天极不到 1°，北天极就是地球自转轴指向天空中的那个点。北天极在地平线以上的高度等于你的纬度，所以北极星的高度 ≈ 你的纬度（误差约在一度以内）。如果北极星在地平线以上 52°，你就在 52° N 附近。在北极点，它在头顶正上方；在赤道，它在地平线上。

在南半球，北极星在地平线以下。没有明亮的恒星标记南天极，因此南半球的航海者依赖太阳和其他方法。