Октант , называемый также отражает квадранте , является измерительный прибор используется в основном в навигации . Это своего рода отражающий инструмент .
Этимология [ править ]
Название октант происходит от латинского octans, означающего восьмую часть круга , потому что дуга инструмента составляет одну восьмую круга.
Отражающий квадрант исходит из того, что прибор использует зеркала для отражения пути света к наблюдателю и, таким образом, удваивает измеренный угол. Это позволяет прибору использовать одну восьмую оборота для измерения четверти оборота или квадранта .
Происхождение октанта [ править ]
Отражающий квадрант Ньютона [ править ]
AB - прицельная оптика
CD - указательный рычаг
G - зеркало горизонта
H - указательное зеркало
PQ - градуированная дуга
Отражающий квадрант Исаака Ньютона был изобретен около 1699 года. [1] Подробное описание инструмента было дано Эдмонду Галлею , но оно было опубликовано только после смерти Галлея в 1742 году. Неизвестно, почему Галлей не опубликовал эту информацию. в течение его жизни, поскольку это помешало Ньютону получить признание за изобретение, которое обычно приписывается Джону Хэдли и Томасу Годфри .
Один экземпляр этого инструмента был сконструирован Томасом Хитом (изготовителем инструментов) и, возможно, был показан в витрине магазина Хита до его публикации Королевским обществом в 1742 году [2].
В инструменте Ньютона использовались два зеркала, но их расположение несколько отличалось от расположения двух зеркал в современных октантах и секстантах . На схеме справа показана конфигурация прибора. [3]
Дуга инструмента в 45 ° (PQ) была градуирована с 90 делениями по полградуса каждое. Каждое такое подразделение было разделено на 60 частей, а каждая часть - на шестые. В результате дуга маркируется в градусах, минутах и шестых долях минуты (10 секунд). Таким образом, прибор может интерполировать показания до 5 угловых секунд. Такая тонкая градуировка возможна только из-за большого размера инструмента - один только прицельный телескоп имел длину от трех до четырех футов.
Прицельной телескоп (АВ), длиной в три или четыре фута, был установлен вдоль одной стороны инструмента. Горизонт зеркало было зафиксировано на ° угла в передней части телескопа 45 объектива (G). Это зеркало было достаточно маленьким, чтобы наблюдатель мог видеть изображение в зеркале с одной стороны и видеть прямо перед собой с другой. Указательный рычаг (CD) удерживал указательное зеркало (H), также под углом 45 ° к краю указательного рычага. Отражающие стороны двух зеркал номинально обращены друг к другу, так что изображение, видимое в первом зеркале, отражается от второго.
При параллельном расположении двух зеркал индекс показывает 0 °. Вид через телескоп видит прямо вперед с одной стороны, а вид из зеркала G видит то же изображение, отраженное от зеркала H (см. Подробный рисунок справа). Когда индексное плечо перемещается от нуля к большему значению, индексное зеркало отражает изображение, которое находится в направлении от прямой видимости. По мере увеличения перемещения указательного рычага линия визирования указательного зеркала перемещается в направлении S (вправо на подробном изображении). Это свидетельствует о небольшом недостатке такого расположения зеркал. Горизонтальное зеркало закрывает обзор в индексное зеркало под углами, приближающимися к 90 °.
Длина прицельного телескопа кажется замечательной, учитывая небольшие размеры телескопов современных инструментов. Вероятно, это был выбор Ньютона для уменьшения хроматических аберраций . Телескопы с коротким фокусным расстоянием до появления ахроматических линз производили нежелательную степень аберрации, настолько сильную, что это могло повлиять на восприятие положения звезды. Решением были большие фокусные расстояния, и этот телескоп, вероятно, имел бы как длиннофокусный объектив, так и длиннофокусный окуляр . Это уменьшит аберрации без чрезмерного увеличения.
Изобретатели октанта [ править ]
Около 1730 года два человека независимо разработали октант: Джон Хэдли (1682–1744), английский математик, и Томас Годфри (1704–1749), стекольщик из Филадельфии . Хотя оба имеют законные и равные права на изобретение, Хэдли обычно получает большую долю признания. Это отражает центральную роль, которую Лондон и Королевское общество сыграли в истории научных инструментов восемнадцатого века.
Двумя другими создателями октантов в этот период были Калеб Смит, английский страховой брокер, сильно интересовавшийся астрономией (в 1734 году), и Жан-Поль Фуши, профессор математики и астроном из Франции (в 1732 году).
Версии Хэдли [ править ]
Хэдли произвел две версии отражающего квадранта. Хорошо известен только второй октант.
Отражающий квадрант Хэдли [ править ]
Первым отражающим квадрантом Хэдли было простое устройство с рамкой, охватывающей дугу 45 °. На изображении справа из статьи Хэдли в Philosophical Transactions of the Royal Society [4] вы можете увидеть природу его дизайна. На рамке с одной стороны крепился небольшой прицельный прицел. Одно большое индексное зеркало было установлено в точке вращения индексного рычага. Второе, меньшее зеркало горизонтабыл установлен на раме в зоне прямой видимости телескопа. Зеркало горизонта позволяет наблюдателю видеть изображение индексного зеркала в одной половине обзора и видеть удаленный объект в другой половине. На вершине инструмента была установлена тень, позволяющая наблюдать яркий объект. Шторка поворачивается, позволяя ей убираться с пути для наблюдений за звездами.
Наблюдая в телескоп, штурман видел один объект прямо перед собой. Второй объект будет виден при отражении в зеркале горизонта. Свет в горизонтальном зеркале отражается от индексного зеркала. Перемещая рычаг указателя, можно заставить указательное зеркало открывать любой объект под углом до 90 ° от прямой видимости. Когда оба объекта находятся на одном и том же виде, их выравнивание позволяет навигатору измерить угловое расстояние между ними.
Было выпущено очень мало оригинальных дизайнов отражающих квадрантов. Один, построенный Бараделлем, находится в коллекции Морского музея в Париже. [5]
Октант Хэдли [ править ]
Второй проект Хэдли имел форму, знакомую современным мореплавателям. Изображение справа, также взятое из его публикации Королевского общества [4], показывает детали.
Он поместил указательное зеркало на указательный рычаг. Были предусмотрены два горизонтальных зеркала . Верхнее зеркало на линии визирного телескопа было достаточно маленьким, чтобы телескоп мог видеть прямо перед собой, а также видеть отраженный вид. Отраженный вид представлял собой свет от индексного зеркала. Как и в предыдущем приборе, расположение зеркал позволяло наблюдателю одновременно видеть объект прямо перед собой и видеть один, отраженный в индексном зеркале до зеркала горизонта, а затем в телескоп. Перемещение указательного рычага позволяло навигатору видеть любой объект в пределах 90 ° от прямой видимости.
Существенным отличием этой конструкции было то, что зеркала позволяли держать инструмент вертикально, а не горизонтально, и давали больше места для настройки зеркал без взаимного вмешательства.
Второе зеркало горизонта было интересным нововведением. Телескоп был съемным. Его можно было переустановить так, чтобы телескоп смотрел на второе зеркало горизонта с противоположной стороны кадра. Установив два горизонтальных зеркала под прямым углом друг к другу и разрешив движение телескопа, навигатор мог измерять углы от 0 до 90 ° с одним зеркалом горизонта и от 90 ° до 180 ° с другим. Это сделало инструмент очень универсальным. По неизвестным причинам эта функция не была реализована на октантах общего пользования.
Сравнивая этот инструмент с фотографией типичного октанта в верхней части статьи, можно увидеть, что единственные существенные отличия в более современном дизайне:
- Расположение горизонтального зеркала и зрительной трубы или визирной оси ниже.
- Внутренняя распорка рамы более центральная и прочная.
- Положение шторок для указательного зеркала находится на пути между указательным и горизонтальным зеркалами, а не в верхней части прибора.
- Несколько оттенков используются для обеспечения разных уровней затенения.
- На горизонтальном зеркале предусмотрены отдельные тени для прицеливания при низком расположении солнца с очень ярким горизонтом.
- Второе зеркало горизонта и сопровождающая алидада не предусмотрены.
Астроскоп Смита [ править ]
Калеб Смит , английский страховой брокер, сильно интересовавшийся астрономией, создал октант в 1734 году. Он назвал его Астроскопом или Морским квадрантом . [6] Он использовал фиксированную призму в дополнение к индексному зеркалу для обеспечения отражающих элементов. Призмы имели преимущества перед зеркалами в эпоху, когда полированные металлические зеркала в зеркалах были хуже, а серебрение зеркал и производство стекла с плоскими параллельными поверхностями было затруднено.
На рисунке справа элемент горизонта (B) может быть зеркалом или призмой. На указательном рычаге указательное зеркало (А) вращалось вместе с рычагом. Прицельной телескоп был установлен на раме (C). Индекс не использовал нониус или другое устройство на шкале (D). Смит назвал указательный рычаг инструмента этикеткой в манере Элтона для своего моряка . [7]
Из-за различных элементов дизайна инструмента Смита он уступал октанту Хэдли и не использовался значительно. [5] Например, одной проблемой с Astroscope был угол прямой видимости наблюдателя. Глядя вниз, ему было труднее наблюдать, чем при нормальной ориентации головы.
Преимущества октанта [ править ]
Октант имел ряд преимуществ по сравнению с предыдущими инструментами.
Прицел было легко выровнять, потому что кажется, что горизонт и звезда движутся вместе, когда корабль наклоняется и катится. Это также создало ситуацию, когда ошибка наблюдения меньше зависела от наблюдателя, поскольку он мог непосредственно видеть оба объекта одновременно.
Благодаря использованию технологий производства, доступных в 18 веке, инструменты были способны очень точно читать. Размер инструментов был уменьшен без потери точности. Октант может составлять половину квадранта Дэвиса без увеличения ошибки.
Используя тени на световых путях, можно было наблюдать за солнцем напрямую, а перемещение шторы с светового пути позволяло навигатору наблюдать слабые звезды. Благодаря этому инструмент можно было использовать как днем, так и ночью.
К 1780 году октант и секстант почти полностью вытеснили все предыдущие навигационные инструменты. [5]
Производство октанта [ править ]
Ранние октанты изготавливались в основном из дерева, а в более поздних версиях использовались элементы из слоновой кости и латуни. Первые зеркала были из полированного металла, поскольку технология производства зеркал из посеребренного стекла с плоскими параллельными поверхностями была ограничена. По мере совершенствования методов полировки стекла стали поставляться стеклянные зеркала. В них использовались покрытия из ртутьсодержащей амальгамы олова; покрытия из серебра или алюминия не были доступны до 19 века. Плохое оптическое качество первых полированных металлических зеркал привело к тому, что телескопические прицелы были непрактичными. По этой причине в большинстве ранних октантов вместо этого использовалась простая визирная игла невооруженным глазом .
Ранние октанты сохранили некоторые общие черты backstaves , такие как трансверсали на шкале. Однако, как показано на гравюре , они показали, что инструмент имеет кажущуюся точность всего две угловые минуты, в то время как задний посох оказался точным до одной минуты. Использование нониусной шкалы позволило считывать шкалу с точностью до одной минуты, что повысило товарность инструмента. Это, а также легкость изготовления нониуса по сравнению с поперечными, привели к применению нониуса для октантов, произведенных позже в 18 веке. [8]
Октанты производились в большом количестве. Относительно низкая цена из дерева и слоновой кости по сравнению с секстантом из латуни сделала их популярным инструментом. Дизайн был стандартизован многими производителями с использованием идентичного стиля рамы и компонентов. В разных цехах можно было изготавливать разные компоненты: мастера по дереву специализировались на рамах, а другие - на латунных компонентах. Например, Spencer, Browning and Rust, производитель научных инструментов в Англии с 1787 по 1840 год ( после 1840 года действовавший как Spencer, Browning and Co. ), использовали делительный двигатель Рамсдена для изготовления градуированных шкал из слоновой кости. Они широко использовались другими, и инициалы SBR можно было найти на октантах многих других производителей.[9]
Примеры этих очень похожих октантов есть на фотографиях в этой статье. Изображение вверху - это, по сути, тот же инструмент, что и на детальных фотографиях. Тем не менее, они от двух разных производителей инструментов - верхняя помечена Крайтона - Лондон, Продавец J Berry Абердин в то время как детали изображение имеет инструмент от Спенсера, Browning & Co. Лондона . Единственное очевидное отличие - это наличие оттенков горизонта на октанте Крайтона, которых нет на другом.
Эти октанты были доступны во многих вариантах. Самый дешевый октант с градуировкой прямо на деревянной раме. Они обходились без оптического прицела, вместо этого использовались прицельные приспособления с одним или двумя отверстиями. Весы из слоновой кости увеличили бы цену, как и использование латунного рычага индекса или нониуса.
Гибель октанта [ править ]
В 1767 году первое издание Морского альманаха составляло таблицы лунных расстояний , что позволяло мореплавателям определять текущее время по углу между Солнцем и Луной. Иногда этот угол превышает 90 °, поэтому его невозможно измерить октантом. По этой причине адмирал Джон Кэмпбелл , проводивший корабельные эксперименты с методом лунного расстояния, предложил инструмент большего размера, и был разработан секстант . [10]
С тех пор секстант стал инструментом, который претерпел значительные изменения и усовершенствования, и стал предпочтительным инструментом для морских штурманов. Октант продолжали производиться и в XIX веке, хотя в целом это был менее точный и менее дорогой инструмент. Более низкая цена октанта, в том числе и без оптического прицела, делала его практичным инструментом для кораблей торгового и рыболовного флотов.
До конца девятнадцатого века одной из распространенных практик среди мореплавателей было использование и секстанта, и октанта. Секстант использовался с большой осторожностью и только для лун , в то время как октант использовался для повседневных измерений меридиональной высоты Солнца. [7] Это защищает очень точный и более дорогой секстант, в то время как используется более доступный октант, где он работает хорошо.
Октант пузыря[ редактировать ]
С начала 1930-х до конца 1950-х годов было произведено несколько типов пузырьковых октантных приборов гражданского и военного назначения для использования на борту самолетов. [11] Все они были оснащены искусственным горизонтом в виде пузыря, центрированного так, чтобы выровнять горизонт для навигатора, летящего на тысячи футов над землей; у некоторых были функции записи. [12]
Использование и регулировка [ править ]
Использование и настройка октанта по сути идентичны секстанту навигатора .
Другие отражающие инструменты [ править ]
Хэдли не был первым отражающим сектором. Роберт Гук изобрел отражающий квадрант в 1684 году [13] и написал об этой концепции еще в 1666 году. [14] Инструмент Гука был инструментом однократного отражения. [14] Другие октанты были разработаны Жан-Полем Фуши и Калебом Смитом в начале 1730-х годов, однако они не стали значимыми в истории навигационных инструментов.
Ссылки [ править ]
- ↑ Ньютон, Исаак (октябрь – ноябрь 1742 г.). «Настоящая копия бумаги, найденная в рукописи сэра Исаака Ньютона среди бумаг покойного доктора Галлея, содержащая описание прибора для наблюдения за расстоянием Луны до неподвижных звезд в море» . Философские труды Королевского общества . 42 (465): 155–156 и пластина. DOI : 10,1098 / rstl.1742.0039 .
Таким образом, с помощью этого инструмента наблюдается расстояние от Луны до любой неподвижной звезды; посмотрите на звезду через перспективу при прямом свете и на Луну при отраженном свете (или наоборот;) и поворачивайте указатель до тех пор, пока звезда не коснется края луны, и указатель не должен появиться на латунном крае луны. измерить расстояние от звезды до края Луны; и хотя инструмент трясется от движения корабля в море, все же луна и звезда будут двигаться вместе, как если бы они действительно касались друг друга на небесах; так что наблюдение может производиться как на море, так и на суше. И с помощью того же прибора можно точно наблюдать высоту Луны и звезд, подведя их к горизонту; и, таким образом, широта и время наблюдения могут быть определены более точно, чем с помощью ныне используемых способов.
Vol. 42 на archive.org - ^ Тейлор, EGR (1971). Искусство поиска убежища: история навигации от Одиссея до капитана Кука . Лондон: Холлис и Картер. ISBN 0-370-01347-6.
- ^ Брюстер, Дэвид (1855). Воспоминания о жизни, писаниях и открытиях сэра Исаака Ньютона . Vol. 1. Эдинбург: Томас Констебль & Co. стр. 239 -242.CS1 maint: ref=harv (link) выдержка
- ^ a b Хэдли, Джон (август – сентябрь 1731 г.). «Описание нового прибора для снятия ракурсов» . Философские труды Королевского общества . 37 (420): 147–157 и пластинки. DOI : 10,1098 / rstl.1731.0025 . S2CID 186212825 .
- ^ a b c Домас, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Portman Books, Лондон 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- ^ Bedini, Сильвио (сентябрь 1997). "Исторический уголок: Бенджамин Кинг из Ньюпорта, RI-Часть II" . Журнал "Профессиональный геодезист" . 17 (6). Архивировано из оригинала на 2006-11-21.
- ^ а б Май, Уильям Эдвард, История морской навигации , GT Foulis & Co. Ltd., Хенли-он-Темз, Оксфордшир, 1973, ISBN 0-85429-143-1
- ^ Беннетт, Джим, "Катадиоптрика и коммерция в Лондоне восемнадцатого века", в Истории науки, том xliv, 2006, страницы 247-277.
- ^ Харриет Винтер и Энтони Тернер, Scientific Instruments , Studio Vista, 1975, ISBN 0-289-70403-0
- ^ Жерар L'E. Тернер, Научные инструменты девятнадцатого века , Sotheby Publications, 1983, ISBN 0-85667-170-3
- ^ Бринк, Рэндалл, Потерянная звезда: В поисках Амелии Эрхарт , WW Norton & Company, (1994), ISBN 0-393-02683-3 , ISBN 978-0-393-02683-2 , стр. 32
- ^ Кардоза, Род (nd). «Эволюция секстанта» . Архивировано из оригинала на 2008-07-26.
- ^ «Хронология жизни Роберта Гука» . Архивировано из оригинала на 2012-04-14 . Проверено 13 сентября 2007 .
- ^ a b Чарльз Х. Коттер Секстант моряка и Королевское общество; Примечания и отчеты Лондонского королевского общества , Vol. 33, № 1 (август 1978 г.), стр. 23–36.
См. Также [ править ]
СМИ, связанные с октантами, на Викискладе?
- Октант (плоская геометрия)
