Квадрант (инструмент)

Квадрант прибор – это , используемый для измерения углов до 90° . Различные версии этого прибора можно использовать для расчета различных показаний, таких как долгота , широта и время суток . Самое раннее зарегистрированное его использование было в древней Индии во Ригведы времена Риши Атри для наблюдения солнечного затмения. ^[1]^[2] Затем она была предложена Птолемеем как лучший вид астролябии . ^[3] создали несколько различных вариаций этого инструмента Позднее средневековые мусульманские астрономы . Квадранты фрески были важными астрономическими инструментами в европейских обсерваториях 18-го века , что позволило использовать позиционную астрономию .

Этимология

Термин «квадрант» , означающий одну четверть, относится к тому факту, что ранние версии инструмента были созданы на основе астролябий. Квадрант объединил работу астролябии в область, составляющую одну четверть размера грани астролябии; по сути, это была четверть астролябии.

История

Во времена Ригведы в древней Индии квадранты, называемые «Туреям», использовались для измерения степени великого солнечного затмения . Использование Турияма для наблюдения солнечного затмения Риши Атри описано в пятой мандале Ригведы : ^[1]^[2] скорее всего, между c. 1500 и 1000 гг. до н.э. ^[4]

Ранние описания квадранта также взяты из « около » Птолемея Альмагеста 150 года нашей эры. Он описал «постамент», который мог измерять высоту полуденного солнца, проецируя тень от колышка на градуированную дугу в 90 градусов. ^[5] Этот квадрант отличался от более поздних версий инструмента; он был крупнее и состоял из нескольких движущихся частей. Версия Птолемея была производной от астролябии, и целью этого элементарного устройства было измерение угла меридиана Солнца.

Исламские астрономы в средние века усовершенствовали эти идеи и построили квадранты по всему Ближнему Востоку в таких обсерваториях, как Мараге , Рей и Самарканд . Сначала эти квадранты обычно были очень большими и неподвижными, и их можно было поворачивать в любом направлении, чтобы определить высоту и азимут любого небесного тела. ^[5] Поскольку исламские астрономы добились успехов в астрономической теории и точности наблюдений, им приписывают разработку четырех различных типов квадрантов в средние века и позднее. Первый из них, квадрант синуса , был изобретен Мухаммадом ибн Мусой аль-Хорезми в 9 веке в Доме мудрости в Багдаде. ^[6]^: 128 Другими типами были универсальный квадрант, хорарный квадрант и квадрант астролябии.

В средние века знания об этих инструментах распространились в Европу. В XIII веке еврейский астроном Якоб бен Махир ибн Тиббон сыграл решающую роль в дальнейшем развитии квадранта. ^[7] Он был опытным астрономом и написал несколько томов по этой теме, в том числе влиятельную книгу, в которой подробно описывается, как построить и использовать улучшенную версию квадранта. Квадрант, который он изобрел, стал известен как новус квадрант , или новый квадрант. ^[8] Это устройство было революционным, поскольку это был первый квадрант, который не включал в себя несколько движущихся частей и, следовательно, мог быть намного меньше и портативнее.

Рукописи Тиббона на иврите были переведены на латынь и усовершенствованы датским ученым Питером Найтингейлом несколько лет спустя. ^[9]^[10] Благодаря переводу Тиббон, или Профаций Иудей, как его называли на латыни, стал влиятельным именем в астрономии. Его новый квадрант был основан на идее о том, что стереографическая проекция, определяющая планисферическую астролябию, все еще может работать, если части астролябии сложены в один квадрант. ^[11] В результате получилось устройство, которое оказалось намного дешевле, проще в использовании и портативнее, чем стандартная астролябия. Работы Тиббона имели далеко идущие последствия и оказали влияние на Коперника , Кристофера Клавиуса и Эразма Рейнхольда ; и его рукопись упоминается в Данте «Божественной комедии» . ^[7]

Поскольку квадрант стал меньше и, следовательно, более портативным, его ценность для навигации вскоре стала осознаваться. Первое документально подтвержденное использование квадранта для навигации в море относится к 1461 году Диого Гомешу . ^[12] Моряки начали с измерения высоты Полярной звезды, чтобы определить свою широту. Такое применение квадрантов обычно приписывают арабским морякам, которые торговали вдоль восточного побережья Африки и часто путешествовали вне поля зрения суши. Вскоре стало более обычным определять высоту Солнца в данный момент времени из-за того, что Полярная звезда не видна к югу от экватора.

В 1618 году английский математик Эдмунд Гюнтер адаптировал квадрант, придумав изобретение, которое стало известно как квадрант Гюнтера. ^[13] Этот карманный квадрант был революционным, поскольку на нем были нанесены проекции тропиков, экватора, горизонта и эклиптики. Имея правильные таблицы, можно было бы использовать квадрант для определения времени, даты, продолжительности дня и ночи, времени восхода и захода солнца и меридиана. Квадрант Гюнтера был чрезвычайно полезен, но имел свои недостатки; шкалы применялись только к определенной широте, поэтому использование инструмента в море было ограничено.

Типы

Гравюра Тихо Браге в квадранта фрески Ураниборге в 1598 году с изображением двух часов.

Существует несколько типов квадрантов:

Квадранты фрески , используемые для определения времени путем измерения высоты астрономических объектов. Тихо Браге создал один из самых больших квадрантов фрески. Чтобы определить время, он ставил рядом с квадрантом двое часов, чтобы можно было определить минуты и секунды в соответствии с измерениями на боковой стороне прибора. ^[14]
Большие инструменты на основе кадров, используемые для измерения угловых расстояний между астрономическими объектами.
Геометрический квадрант, используемый геодезистами и мореплавателями .
Квадрант Дэвиса — компактный прибор в рамке, используемый мореплавателями для измерения высоты астрономического объекта.

Их также можно классифицировать как: ^[15]

Хорарный квадрант для широты около 51,5°, как показано в учебном тексте 1744 года: Чтобы найти час дня: положите нить прямо на день месяца, затем держите ее, пока не выскользнете маленькая бусина или булавочная головка. [вдоль нити] остановиться на одной из линий 12 часов; затем пусть Солнце светит от точки G до другой точки D, отвес висит свободно, и Бусина остановится в Часе Дня.

Высота – плоский квадрант с отвесной линией, используемый для измерения высоты объекта.
Наводчик - тип клинометра , используемый артиллеристом для измерения угла возвышения или склонения ствола пушки или миномета, как для проверки правильной высоты стрельбы, так и для проверки правильного выравнивания установленных на оружии устройств управления огнем.
Гюнтера - квадрант, используемый для определения времени, а также продолжительности дня, времени восхода и захода солнца, даты и меридиана с использованием шкал и кривых квадранта вместе с соответствующими таблицами. Он был изобретен Эдмундом Гюнтером в 1623 году. Квадрант Гюнтера был довольно простым, что позволило его широко и долго использовать в 17 и 18 веках. Гюнтер расширил базовые возможности других секторов, чтобы создать удобный и комплексный инструмент. ^[16] Его отличительной особенностью были проекции тропиков, экватора, эклиптики и горизонта. ^[13]
Исламский – Кинг выделил четыре типа квадрантов, созданных мусульманскими астрономами. ^[6]

Синус -квадрант (араб. Рубул Муджайяб), также известный как Синекальный квадрант , использовался для решения тригонометрических задач и проведения астрономических наблюдений. Он был разработан аль-Хорезми в Багдаде 9 века и распространен до девятнадцатого века. Его определяющей особенностью является сетка, похожая на миллиметровку, с одной стороны, которая разделена на шестьдесят равных интервалов по каждой оси и также ограничена градуированной дугой в 90 градусов. К вершине квадранта с бусинкой, для расчета, и отвесом крепился шнур. Их также иногда рисовали на обратной стороне астролябий.
Универсальный квадрант (шакказия) - используется для решения астрономических задач на любой широте: эти квадранты имели один или два набора сеток шакказия и были разработаны в четырнадцатом веке в Сирии. На оборотной стороне некоторых астролябий также напечатан универсальный сектор, как на астролябии, созданной Ибн аль-Сарраджем.
Хорарный квадрант - используется для определения времени по солнцу: Хорарный квадрант можно использовать для определения времени как в равных, так и в неравных (длина дня, разделенная на двенадцать) часах. Для равных или неравных часов были созданы разные наборы маркировок. Для измерения времени в равных часах хорарный квадрант можно было использовать только для одной конкретной широты, тогда как квадрант для неравных часов можно было использовать где угодно на основе приблизительной формулы. Один край квадранта должен был быть выровнен по солнцу, и после выравнивания бусинка на отвесе, прикрепленном к центру квадранта, показывала время суток. Британская версия, датированная 1311 годом, была внесена в список Christie's в декабре 2023 года с заявлением о том, что она является «самым ранним датированным английским научным инструментом», без указания какого-либо происхождения. ^[17] Существует еще один пример, датированный 1396 годом, из европейских источников ( Ричард II Английский). ^[18] Самый старый хорарный квадрант был найден при раскопках 2013 года в ганзейском городе Зутфен (Нидерланды), датируется ок. 1300 г. и находится в местном Стеделик-музее в Зютфене. ^[19]^[20]
астролябии / альмукантара Квадрант - квадрант, развившийся из астролябии: этот квадрант был отмечен половиной типичной пластины астролябии, поскольку пластины астролябии симметричны. Шнур, прикрепленный из центра квадранта с бусиной на другом конце, перемещался, чтобы обозначить положение небесного тела (солнца или звезды). Положения эклиптики и звезд были отмечены в квадранте выше. Неизвестно, где и когда был изобретен квадрант астролябии, существующие квадранты астролябии имеют либо османское, либо мамлюкское происхождение, тогда как были обнаружены египетские трактаты двенадцатого века и сирийские трактаты четырнадцатого века о квадранте астролябии. Эти квадранты оказались очень популярной альтернативой астролябиям.

Геометрический квадрант

Геометрический квадрант представляет собой панель в четверть круга, обычно из дерева или латуни. Маркировки на поверхности могут быть напечатаны на бумаге и наклеены на дерево или нарисованы непосредственно на поверхности. Маркировка духовых инструментов была нанесена прямо на медь.

Самые ранние образцы морской навигации были найдены около 1460 года. Они не были градуированы в градусах, а скорее имели широту наиболее распространенных направлений, прямо написанную на лимбе . При использовании навигатор будет плыть на север или юг до тех пор, пока квадрант не укажет, что он находится на широте пункта назначения, поворачивать в направлении пункта назначения и плыть к пункту назначения, сохраняя курс на постоянной широте. После 1480 года все больше инструментов изготавливалось с конечностями, градуированными в градусах. ^[21]

Вдоль одного края располагались две достопримечательности, образующие алидаду . Отвес подвешивался за линию , идущую от центра дуги вверху.

Чтобы измерить высоту звезды, наблюдатель должен был рассматривать звезду через прицел и удерживать квадрант так, чтобы плоскость инструмента была вертикальной. Отвесу разрешалось висеть вертикально, а линия указывала показания градуировки дуги . Нередко второй человек снимал показания, в то время как первый концентрировался на наблюдении и удерживании прибора в правильном положении.

Точность инструмента была ограничена его размером и влиянием ветра или движения наблюдателя на отвес. Штурманам на палубе движущегося корабля эти ограничения может быть трудно преодолеть.

Солнечные наблюдения

Рисунок квадранта заднего обзора. Этот инструмент использовался как посох для измерения высоты солнца путем наблюдения за положением тени на инструменте.

Чтобы не смотреть на солнце при измерении его высоты, штурманы могли держать прибор перед собой, расположив солнце сбоку. Благодаря тому, что смотровая лопасть, обращенная к солнцу, отбрасывала тень на нижнюю визирную лопасть, можно было направить инструмент по солнцу. Необходимо позаботиться о том, чтобы была определена высота центра Солнца. Это можно сделать, усреднив высоты верхней и нижней тени в тени.

Задний квадрант наблюдения

Для проведения измерений высоты Солнца был разработан задний квадрант наблюдения. ^[21]

При таком квадранте наблюдатель наблюдал за горизонтом через смотровой флюгер (С на рисунке справа) через щель в горизонтальном флюгере (Б). Это гарантировало, что инструмент стоит ровно. Наблюдатель переместил теневой флюгер (А) в такое положение на градуированной шкале, чтобы его тень совпадала с уровнем горизонта на горизонтальном флюгере. Этот угол и был высотой Солнца.

Квадрант в рамке

Большие квадранты кадра использовались для астрономических измерений, в частности для определения небесных объектов высоты . Это могут быть постоянные инсталляции, например, квадранты фресок . Меньшие квадранты можно перемещать. Как и аналогичные астрономические секстанты , их можно было использовать в вертикальной плоскости или делать регулируемыми для любой плоскости.

Если их установить на постамент или другое крепление, их можно будет использовать для измерения углового расстояния между любыми двумя небесными объектами.

Детали их конструкции и использования по существу такие же, как и у астрономических секстантов ; подробности см. в этой статье.

Военно-морской флот: используемый для измерения высоты корабельной пушки, квадрант нужно было разместить на цапфе каждого орудия, чтобы оценить дальность после заряжания. Показания снимались в верхней части крена корабля, орудие настраивалось и проверялось снова в верхней части крена, и он переходил к следующему орудию, пока все, из которых нужно было стрелять, не были готовы. Был проинформирован наводчик корабля, который, в свою очередь, проинформировал капитана... Вы можете стрелять, когда будете готовы... при следующем высоком выстреле будет произведен выстрел из пушки.

В более современных приложениях квадрант прикрепляется к цапфе или большому военно-морскому орудию, чтобы выровнять его по ориентирам, приваренным к палубе корабля. Это сделано для того, чтобы выстрел из орудия не «деформировал палубу». Плоская поверхность на артиллерийской рубке или башне также проверяется по эталонам, чтобы убедиться, что большие подшипники и/или кольца подшипников не изменились... для «калибровки» орудия.

Кастомизация

В средние века производители часто добавляли индивидуальную настройку, чтобы произвести впечатление на человека, для которого предназначался сектор. На больших неиспользуемых местах инструмента часто добавлялся знак или значок, обозначающий право собственности важного человека или преданность владельца. ^[22]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Г. В. Рагхава Рау (1949). Писание Небес . Ананда Пресс. п. 8.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Калькуттский университет (1924 г.). Журнал Департамента науки, том 6 . Университет Калькутты. Департамент науки. п. 57.
^ Кинг, Генри К. (2003) [1955]. История телескопа . Дуврские публикации . ISBN 978-0-486-43265-6 .
^ Витцель, Майкл (2019). «За полетом сокола». В Тапаре, Ромила (ред.). Кто из нас арийцы?: Переосмысление концепции нашего происхождения . Алеф. п. 11. ISBN 978-93-88292-38-2 . Между прочим, индоарийские заимствования в Митанни подтверждают дату Ригведы ок . 1200–1000 гг. до н.э. Ригведа — это текст позднего бронзового века, то есть датируемый ранее 1000 г. до н.э. Однако митаннийские слова имеют форму индоарийского языка, которая немного старше этой... Очевидно, что Ригведа не может быть старше ок. 1400 г., и, принимая во внимание период, необходимый для языковых изменений, он может быть не намного старше ок. 1200 г. до н.э.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Акерманн, Силке; Ван Гент, Роберт. «Квадрант» . Эпакт: Научные инструменты Европы Средневековья и Возрождения . Музей истории науки.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Кинг, Дэвид А. (1987). Исламские астрономические инструменты . Лондон: Перепечатки Variorum. ISBN 0860782018 .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б О'Коннор, Дж. Дж. «Якоб бен Махир ибн Тиббон» . Биография Тиббона . Университет Сент-Эндрюс.
^ «Квадрант Астролябии» . Астролябии . Архивировано из оригинала 21 июля 2018 г.
^ «Петр Филомена Дакийский, также известный как Петрус Дакус, Петрус Данус, Питер Найтингейл» . Энциклопедия.com . Полный словарь научной биографии.
^ Линдберг, Дэвид С., изд. (1988). Наука в средние века . Чикаго, Иллинойс [ua]: Univ. из Чикаго Пресс. ISBN 0226482332 .
^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521408997 .
^ «Квадрант» . Кафедра математики . Университет Сингапура. Архивировано из оригинала 6 октября 2018 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Квадрант Гюнтера» . Национальный музей американской истории . Смитсоновский институт . Проверено 25 апреля 2018 г.
^ Дрейер, Джон (2014). Тихо Браге . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-06871-0 .
^ Тернер, Джерард Л'Э. (1980). Антикварные научные инструменты . Блэндфорд Пресс Лтд. ISBN 0-7137-1068-3 .
^ Дэвис, Джон (сентябрь 2011 г.). "Средневековый квадрант Гюнтера?" (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 23 (iii) . Проверено 25 апреля 2018 г.
^ «Мастер квадранта Четводе. Английский хорарный квадрант, около 1311 года» . ООО "Кристис" . Декабрь 2023 года . Проверено 9 декабря 2023 г.
^ Клейтон Блум (9 ноября 2011 г.). «Часы XIV века, обнаруженные в сарае на ферме Квинд» . Новости ABC онлайн . Проверено 10 ноября 2011 г.
^ Дэвис, Джон (март 2014 г.). «Квадрант Зутфена — очень ранний равночасовой инструмент, раскопанный в Нидерландах» (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 26 (и): 36–42 . Проверено 31 мая 2018 г.
^ Фермин, Б.; Кастелен, Д. (2013). Зутфен-квадрант. Археологические исследования во рву Рингвальбурга на Хаутмаркте в Зютфене [ Квадрант Зютфена. Археологические исследования во рву Рингвальбурга на Хаутмаркте в Зутфене ] (на голландском языке). Зутфен: Археологические публикации Зутфенсе 80. doi : 10.17026/dans-xyp-9pzw .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Мэй, Уильям Эдвард (1973). История морского судоходства . Хенли-он-Темз, Оксфордшир: GT Foulis & Co. Ltd. ISBN 0-85429-143-1 .
^ Силке Акерманн и Джон Черри (1999). «Ричард II, Джон Холланд и три средневековых квадранта». Анналы науки . 56 (1): 3–23. дои : 10.1080/000337999296508 .

Морис Даума, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Portman Books, Лондон, 1989. ISBN 978-0-7134-0727-3

Внешние ссылки

Квадрант Гюнтера Статья о квадранте Гюнтера (PDF)
Квадрант Гюнтера Моделирование квадранта Гюнтера (требуется Java)
Рабочий квадрант в форме монеты
Ричард II (1396 г.) эпохи равночасового хорарного квадранта (изображения):
- сзади, со столиками
- спереди, с углами обзора

[Rau-1] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Г. В. Рагхава Рау (1949). Писание Небес . Ананда Пресс. п. 8.

[UoC-2] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Калькуттский университет (1924 г.). Журнал Департамента науки, том 6 . Университет Калькутты. Департамент науки. п. 57.

[3] Кинг, Генри К. (2003) [1955]. История телескопа . Дуврские публикации . ISBN 978-0-486-43265-6 .

[4] Витцель, Майкл (2019). «За полетом сокола». В Тапаре, Ромила (ред.). Кто из нас арийцы?: Переосмысление концепции нашего происхождения . Алеф. п. 11. ISBN 978-93-88292-38-2 . Между прочим, индоарийские заимствования в Митанни подтверждают дату Ригведы ок . 1200–1000 гг. до н.э. Ригведа — это текст позднего бронзового века, то есть датируемый ранее 1000 г. до н.э. Однако митаннийские слова имеют форму индоарийского языка, которая немного старше этой... Очевидно, что Ригведа не может быть старше ок. 1400 г., и, принимая во внимание период, необходимый для языковых изменений, он может быть не намного старше ок. 1200 г. до н.э.

[Quadrant-5] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Акерманн, Силке; Ван Гент, Роберт. «Квадрант» . Эпакт: Научные инструменты Европы Средневековья и Возрождения . Музей истории науки.

[king1987-6] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Кинг, Дэвид А. (1987). Исламские астрономические инструменты . Лондон: Перепечатки Variorum. ISBN 0860782018 .

[Jacob_ben_Machir_ibn_Tibbon-7] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б О'Коннор, Дж. Дж. «Якоб бен Махир ибн Тиббон» . Биография Тиббона . Университет Сент-Эндрюс.

[8] «Квадрант Астролябии» . Астролябии . Архивировано из оригинала 21 июля 2018 г.

[9] «Петр Филомена Дакийский, также известный как Петрус Дакус, Петрус Данус, Питер Найтингейл» . Энциклопедия.com . Полный словарь научной биографии.

[10] Линдберг, Дэвид С., изд. (1988). Наука в средние века . Чикаго, Иллинойс [ua]: Univ. из Чикаго Пресс. ISBN 0226482332 .

[11] Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521408997 .

[12] «Квадрант» . Кафедра математики . Университет Сингапура. Архивировано из оригинала 6 октября 2018 г.

[NMAH-13] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Квадрант Гюнтера» . Национальный музей американской истории . Смитсоновский институт . Проверено 25 апреля 2018 г.

[14] Дрейер, Джон (2014). Тихо Браге . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-06871-0 .

[15] Тернер, Джерард Л'Э. (1980). Антикварные научные инструменты . Блэндфорд Пресс Лтд. ISBN 0-7137-1068-3 .

[16] Дэвис, Джон (сентябрь 2011 г.). "Средневековый квадрант Гюнтера?" (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 23 (iii) . Проверено 25 апреля 2018 г.

[17] «Мастер квадранта Четводе. Английский хорарный квадрант, около 1311 года» . ООО "Кристис" . Декабрь 2023 года . Проверено 9 декабря 2023 г.

[18] Клейтон Блум (9 ноября 2011 г.). «Часы XIV века, обнаруженные в сарае на ферме Квинд» . Новости ABC онлайн . Проверено 10 ноября 2011 г.

[19] Дэвис, Джон (март 2014 г.). «Квадрант Зутфена — очень ранний равночасовой инструмент, раскопанный в Нидерландах» (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 26 (и): 36–42 . Проверено 31 мая 2018 г.

[20] Фермин, Б.; Кастелен, Д. (2013). Зутфен-квадрант. Археологические исследования во рву Рингвальбурга на Хаутмаркте в Зютфене [ Квадрант Зютфена. Археологические исследования во рву Рингвальбурга на Хаутмаркте в Зутфене ] (на голландском языке). Зутфен: Археологические публикации Зутфенсе 80. doi : 10.17026/dans-xyp-9pzw .

[may-21] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Мэй, Уильям Эдвард (1973). История морского судоходства . Хенли-он-Темз, Оксфордшир: GT Foulis & Co. Ltd. ISBN 0-85429-143-1 .

[22] Силке Акерманн и Джон Черри (1999). «Ричард II, Джон Холланд и три средневековых квадранта». Анналы науки . 56 (1): 3–23. дои : 10.1080/000337999296508 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]