Октант (инструмент) - Octant (instrument)
В октант, также называемый отражающий квадрант, это измерительный инструмент используется в основном в навигация. Это тип отражающий инструмент.
Этимология
Название октант происходит от латинского октаны смысл восьмая часть круга, потому что дуга инструмента составляет одну восьмую окружности.
Отражающий квадрант происходит от прибора, использующего зеркала для отражения пути света к наблюдателю и, таким образом, удваивает измеренный угол. Это позволяет прибору использовать одну восьмую повернуть отмерить четвертьповернуть или же квадрант.
Происхождение октанта
Отражающий квадрант Ньютона
AB - прицельный телескоп
CD - указательный рычаг
G - зеркало горизонта
H - индексное зеркало
PQ - градуированная дуга
Исаак Ньютон Отражающий квадрант был изобретен около 1699 года.[1] Подробное описание инструмента было предоставлено Эдмонд Галлей, но описание было опубликовано только после смерти Галлея в 1742 году. Неизвестно, почему Галлей не опубликовал эту информацию при своей жизни, поскольку это помешало Ньютону получить признание за изобретение, которое обычно приписывают Джон Хэдли и Томас 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 двух зеркал в современных октантах и октантах. секстанты. На схеме справа показана конфигурация прибора.[3]
Дуга инструмента 45 ° (PQ) была закончил 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.
А прицельный телескоп (AB), длиной три или четыре фута, был установлен вдоль одной стороны инструмента. А горизонт зеркало был закреплен под углом 45 ° перед телескопом. объектив (ГРАММ). 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 перед собой с одной стороны, а вид из зеркала G видит то же изображение, отраженное от зеркала H (см. Детальный рисунок справа). Когда индексное плечо перемещается от нуля к большому 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 хроматические аберрации. Короткий-фокусное расстояние телескопы, до разработки ахроматические линзы, произвел нежелательную степень аберрации, настолько сильную, что она могла повлиять на восприятие положения звезды. Решением были большие фокусные расстояния, и этот телескоп, вероятно, имел бы и длиннофокусные расстояния. объектив и длиннофокусное расстояние окуляр. Это уменьшит аберрации без чрезмерного увеличения.
Изобретатели октанта
Около 1730 года два человека независимо разработали октант: Джон Хэдли (1682–1744), английский математик, и Томас Годфри (1704–1749), стекольщик в г. Филадельфия. 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 в США. Франция (в 1732 г.).
Версии Хэдли
Хэдли произвел две версии отражающего квадранта. Хорошо известен только второй октант.
Отражающий квадрант Хэдли
Первым отражающим квадрантом Хэдли было простое устройство с рамкой, охватывающей дугу 45 °. На изображении справа из статьи Хэдли в Философские труды Королевского общества,[4] вы можете увидеть природу его дизайна. На рамке с одной стороны крепился небольшой прицельный прицел. Один большой индексное зеркало был установлен в точке вращения указательного рычага. Второй, меньший горизонт зеркало был 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 Musée de la Marine, Париж.[5]
Октант Хэдли
Второй проект Хэдли имел форму, знакомую современным мореплавателям. Изображение справа, также взятое из его публикации Королевского общества,[4] показывает детали.
Он разместил индексное зеркало на указательной руке. Два горизонтальные зеркала были предоставлены. 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 сопутствующие алидада не предусмотрено.
Астроскоп Смита
Калеб Смит, английский страховой брокер, сильно интересовавшийся астрономией, создал октант в 1734 году. Он назвал его Астроскоп или же Море-квадрант.[6] Его использовали фиксированный призма в дополнение к индексному зеркалу для обеспечения отражающих элементов. Призмы обеспечивают преимущества перед зеркалами в эпоху полировки зеркало металлическое зеркала были хуже, и оба серебрение зеркала и производства стекла с плоскими параллельными поверхностями было трудно.
На рисунке справа элемент горизонта (B) может быть зеркалом или призмой. На указательном рычаге указательное зеркало (A) вращалось вместе с рычагом. Прицельная телескоп был установлен на раме (C). Индекс не использовал нониус или другое устройство на шкале (D). Смит назвал указательную руку инструмента метка, в манере Элтона для его квадрант 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
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 размера Квадрант 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
Ранние октанты изготавливались в основном из дерева, а в более поздних версиях использовались элементы из слоновой кости и латуни. Самые ранние зеркала были из полированного металла, так как технология производства посеребренный стеклянные зеркала с плоскими параллельными поверхностями были ограничены. 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 ранней полировки зеркало металлическое зеркала означали, что оптические прицелы были непрактичны. По этой причине в большинстве ранних октантов использовалось простое наблюдение невооруженным глазом. острие вместо.
Ранние октанты сохранили некоторые черты, общие для посохи, Такие как трансверсали по шкале. Однако, как было показано на гравюре, инструмент имел кажущуюся точность всего два. угловые минуты в то время как backstaff, казалось, был с точностью 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 (действующий как Спенсер, Браунинг и Ко. после 1840 г.) использовал Рамсден разделительный двигатель производить закончил весы цвета слоновой кости. Они широко использовались другими и SBR Инициалы можно 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. Однако они от двух разных производителей инструментов - верхняя часть имеет маркировку. Крайтон - Лондон, продавец Дж. Берри Абердин в то время как подробные изображения инструмента из Спенсер, Браунинг и Ко. Лондон. 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
В 1767 г. вышло первое издание Морской альманах табулированный лунные расстояния, позволяя навигаторам находить текущее время по углу между солнцем и луной. Иногда этот угол превышает 90 °, поэтому его невозможно измерить октантом. По этой причине, Адмирал Джон Кэмпбелл, который проводил корабельные эксперименты с методом лунных расстояний, предложил инструмент большего размера и секстант был развит.[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 телескопа, 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 лунары, в то время как октант использовался для ежедневных рутинных измерений меридиональной высоты Солнца.[7] Это защитило очень точный и более дорогой секстант, в то же время использовав более доступный октант там, где он хорошо работает.
Октант пузыря
С начала 1930-х до конца 1950-х годов несколько типов гражданских и военных октант пузыря приборы были изготовлены для использования на борту самолетов.[11] Все они были оснащены искусственным горизонтом в виде пузыря, центрированного так, чтобы выровнять горизонт для штурмана, летящего на тысячи футов над землей; у некоторых были функции записи.[12]
Использование и регулировка
Использование и настройка октанта по существу идентичны секстант штурмана.
Другие светоотражающие инструменты
Квадрант Хэдли был не первым отражающим сектором. Роберт Гук изобрел отражающий квадрант в 1684 г.[13] и писал 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 имели большого значения в истории навигационных инструментов.
Рекомендации
- ^ 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 до Луны и неподвижных звезд в море». Философские труды Королевского общества. 42 (465): 155–156 и пластина. Дои:10.1098 / рстл.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, Э. Г. Р. (1971). Искусство поиска убежища: история плавания 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: Thomas Constable & Co., стр.239 –242.CS1 maint: ref = harv (связь) выдержка
- ^ а б Хэдли, Джон (август – сентябрь 1731 г.). «Описание нового инструмента для снятия ракурсов». Философские труды Королевского общества. 37 (420): 147–157 и пластинки. Дои:10.1098 / рстл.1731.0025. S2CID 186212825.
- ^ а б c Даума, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели, Портман Букс, Лондон 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- ^ Бедини, Сильвио (сентябрь 1997 г.). "Исторический уголок: Бенджамин Кинг из Ньюпорта, Род-Айленд - Часть II". Журнал профессионального геодезиста. 17 (6). Архивировано из оригинал 21 ноября 2006 г.
- ^ а б Мэй, Уильям Эдвард, История морской навигации, G. T. Foulis & Co. Ltd., Хенли-он-Темз, Оксфордшир, 1973 г., ISBN 0-85429-143-1
- ^ Беннетт, Джим, «Катадиоптрика и торговля в Лондоне восемнадцатого века», в Истории науки, том xliv, 2006, страницы 247-277.
- ^ Харриет Винтер и Энтони Тернер, Научные инструменты, Студия Vista, 1975, ISBN 0-289-70403-0
- ^ Жерар Л'Э. Тернер, Научные инструменты девятнадцатого века, Публикации Сотби, 1983, ISBN 0-85667-170-3
- ^ Бринк, Рэндалл, Потерянная звезда: В поисках Амелии Эрхарт, W. W. Norton & Company, (1994), ISBN 0-393-02683-3, ISBN 978-0-393-02683-2, п. 32
- ^ Кардоза, Род (нет данных). «Эволюция секстанта». Архивировано из оригинал на 2008-07-26.
- ^ «Хронология жизни Роберта Гука». Архивировано из оригинал на 2012-04-14. Получено 2007-09-13.
- ^ а б Чарльз Х. Коттер Секстант моряка и Королевское общество; Примечания и отчеты Лондонского королевского общества, Vol. 33, № 1 (август 1978 г.), стр. 23–36.
Смотрите также
СМИ, связанные с Октанты в Wikimedia Commons