октава (инструмент)
Октант , , также называемый отражающим квадрантом , представляет собой отражающий инструмент используемый в навигации .
Этимология
[ редактировать ]Название октант происходит от латинского Octans, означающего восьмую часть круга , поскольку дуга инструмента составляет одну восьмую круга.
Отражающий квадрант возникает из-за того, что прибор использует зеркала для отражения пути света к наблюдателю и при этом удваивает измеренный угол. Это позволяет прибору использовать одну восьмую оборота для измерения четверти оборота или квадранта .
Происхождение октанта
[ редактировать ]Отражающий квадрант Ньютона
[ редактировать ]
CD – указательный рычаг
Г – зеркало горизонта
H – указательное зеркало
PQ – градуированная дуга
Исаака Ньютона был изобретен около 1699 года. Отражающий квадрант [1] Подробное описание инструмента было дано Эдмонду Галлею , но описание было опубликовано только после смерти Галлея в 1742 году. Неизвестно, почему Галлей не опубликовал эту информацию при жизни, поскольку это помешало Ньютону получить признание за изобретение, которое обычно приписывают Джону Хэдли и Томасу Годфри .
Один экземпляр этого инструмента был сконструирован Томасом Хитом (изготовителем инструментов) и, возможно, выставлялся в витрине магазина Хита до того, как он был опубликован Королевским обществом в 1742 году. [2]
В инструменте Ньютона использовались два зеркала, но их расположение несколько отличалось от двух зеркал, встречающихся в современных октантах и секстантах . На схеме справа показана конфигурация прибора. [3]
Дуга инструмента (PQ) 45° была градуирована 90 делениями по полградуса каждое. Каждое такое подразделение было разделено на 60 частей, а каждая часть - на шестые. В результате дуга размечается в градусах, минутах и шестых долях минуты (10 секунд). Таким образом, показания прибора могли быть интерполированы до 5 угловых секунд. Такая точность градуировки возможна только благодаря большим размерам инструмента — один только прицельный телескоп имел длину три-четыре фута.
телескоп прицельный ( АБ Вдоль одной стороны прибора был установлен ) длиной три или четыре фута. Зеркало горизонта было закреплено под углом 45° перед объективом телескопа (G). Это зеркало было достаточно маленьким, чтобы позволить наблюдателю видеть изображение в зеркале с одной стороны и видеть прямо перед собой с другой. Указательный рычаг (CD) удерживал указательное зеркало (H), также расположенное под углом 45° к краю указательного рычага. Отражающие стороны двух зеркал номинально обращены друг к другу, так что изображение, видимое в первом зеркале, является отражением от второго.
Когда два зеркала параллельны, указатель равен 0°. Вид через телескоп видит прямо вперед с одной стороны, а вид из зеркала G видит то же изображение, отраженное от зеркала H (см. Детальный рисунок справа). Когда указательный рычаг перемещается от нуля до большого значения, указательное зеркало отражает изображение, находящееся в направлении от прямой видимости. По мере увеличения движения указательного рычага линия обзора указательного зеркала перемещается в направлении S (вправо на детальном изображении). Это указывает на небольшой недостаток такого расположения зеркал. Зеркало горизонта будет блокировать обзор указательного зеркала под углами, приближающимися к 90°.
Длина прицельного телескопа кажется примечательной, учитывая небольшие размеры телескопов современных приборов. Вероятно, это был выбор Ньютона для уменьшения хроматических аберраций . Телескопы с коротким фокусным расстоянием до разработки ахроматических линз вызывали нежелательную степень аберрации, настолько большую, что это могло повлиять на восприятие положения звезды. Решением были длинные фокусные расстояния, и этот телескоп, вероятно, имел как длиннофокусный объектив , так и длиннофокусный окуляр . Это уменьшит аберрации без чрезмерного увеличения.
Изобретатели октанта
[ редактировать ]Около 1730 года два человека независимо друг от друга 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 заслуг. Это отражает центральную роль, которую Лондон и Королевское общество сыграли в истории научных инструментов восемнадцатого века.
Двумя другими, кто создал октанты 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
[ редактировать ]
Хэдли создал две версии отражающего квадранта. Только второй хорошо известен и является привычным октантом.
Отражающий квадрант Хэдли
[ редактировать ]Первый отражающий квадрант Хэдли представлял собой 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 замысла. На раме вдоль одной стороны крепился небольшой прицельный телескоп. Одно большое указательное зеркало было установлено в точке вращения указательного рычага. Второе зеркало горизонта меньшего размера было установлено на раме в пределах 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 бленда, позволяющая наблюдать яркий объект. Тент поворачивается, позволяя ему отойти в сторону для наблюдения за звездами.
Наблюдая в телескоп, штурман видел один объект прямо перед собой. Второй объект можно было бы увидеть, отразившись в зеркале горизонта. Свет в зеркале горизонта отражается от указательного зеркала. Перемещая указательный рычаг, указательное зеркало можно настроить так, чтобы он мог видеть любой объект под углом до 90° от прямой видимости. Когда оба объекта находятся в одном и том же виде, их выравнивание позволяет навигатору измерить угловое расстояние между ними.
Было создано очень мало оригинальных конструкций отражающих квадрантов. Один из них, построенный Бараделем, находится в коллекции Морского музея в Париже. [5]
Октант Хэдли
[ редактировать ]
Вторая конструкция Хэдли имела форму, знакомую современным мореплавателям. Изображение справа, также взятое из его публикации Королевского общества: [4] показывает детали.
Он поместил указательное зеркало на указательный рычаг. два зеркала горизонта Предусмотрено . Верхнее зеркало на линии прицельного телескопа было достаточно маленьким, чтобы телескоп мог видеть как прямо перед собой, так и 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 объект, отраженный в указательном зеркале, в зеркало горизонта, а затем в телескоп. Перемещение указательного рычага позволяло штурману видеть любой объект в пределах 90° от прямого обзора.
Существенное отличие этой конструкции заключалось в том, что зеркала позволяли держать прибор вертикально, а не горизонтально, и давали больше места для настройки зеркал без взаимного влияния.
Второе зеркало горизонта было интересной инновацией. Телескоп был съемным. Его можно было переустановить так, чтобы телескоп видел второе зеркало горизонта с противоположной стороны рамки. Установив два зеркала горизонта под прямым углом друг к другу и разрешив движение телескопа, штурман 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 для общеупотребительных октантов.
Сравнивая этот инструмент с фотографией типичного октанта вверху статьи, можно увидеть, что единственными существенными отличиями более современной конструкции являются:
- Расположение зеркала горизонта и зрительной трубы или визирной точки ниже.
- Внутренние распорки рамы более центральные и прочные.
- Положение шторок указательного зеркала находится на пути между указательным зеркалом и зеркалом горизонта, а не вверху инструмента.
- Несколько оттенков используются для обеспечения разных уровней затенения.
- На зеркале горизонта предусмотрены отдельные шторки для наблюдения за низким положением солнца и очень ярким горизонтом.
- Второе зеркало горизонта и сопутствующая ему алидада не предусмотрены.
Астроскоп Смита
[ редактировать ]
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 указательному зеркалу для создания отражающих элементов. Призмы дают преимущества перед зеркалами в эпоху, когда полированные металлические зеркальные зеркала были хуже, а серебрение зеркал и производство стекла с плоскими параллельными поверхностями были затруднены.
На рисунке справа элемент горизонта (B) может быть зеркалом или призмой. На указательном рычаге указательное зеркало (А) вращалось вместе с рычагом. прицельный телескоп На рамке (С) устанавливался . В индексе не использовался нониус или другое устройство на шкале (D). Смит назвал указательный рычаг инструмента меткой , на манер Элтона для своего морского квадранта . [7]
Различные элементы конструкции инструмента Смита уступали ему октант Хэдли, и он практически не использовался. [5] Например, одной из проблем астроскопа был угол обзора наблюдателя. Когда он смотрел вниз, ему было труднее наблюдать, чем при нормальной ориентации головы.
Преимущества октанта
[ редактировать ]
Октант дал ряд преимуществ перед предыдущими инструментами.
Прицел было легко выровнять, потому что кажется, что горизонт и звезда движутся вместе, когда корабль кренится и катится. Это также создало ситуацию, когда ошибка наблюдения меньше зависела от наблюдателя, поскольку он мог напрямую видеть оба объекта одновременно.
Благодаря использованию технологий производства, доступных в 18 веке, инструменты были способны считывать показания очень точно. Размеры инструментов были уменьшены без потери точности. Октант может быть вдвое меньше квадранта Дэвиса без увеличения ошибки.
Используя шторы над световыми путями, можно было наблюдать непосредственно за солнцем, а перемещение штор в сторону от светового пути позволяло навигатору наблюдать слабые звезды. Это позволило использовать инструмент как днем, так и ночью.
К 1780 году октант и секстант почти полностью вытеснили все прежние навигационные инструменты. [5]
Производство октанта
[ редактировать ]Ранние октанты изготавливались в основном из дерева, а более поздние версии включали компоненты из слоновой кости и латуни. Самые ранние 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 появляться 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 зеркал означало, что оптические прицелы были непрактичны. По этой причине в большинстве ранних октантов вместо этого использовалась простая пиннула , видимая невооруженным глазом .
Ранние октанты сохранили некоторые черты, общие для бэк-нотоходов , такие как трансверсали в гамме. Однако, как было выгравировано, они показали, что инструмент имеет кажущуюся точность всего в две угловые минуты, в то время как задняя рейка имеет точность до одной минуты. Использование нониусной шкалы позволило считывать шкалу с точностью до одной минуты, что повысило конкурентоспособность инструмента. Это, а также простота изготовления нониусов по сравнению с трансверсалями, привели к принятию нониусов октантов, созданных позже, в 18 веке. [8]
Октанты производились в больших количествах. Их относительно низкая цена по сравнению с цельнолатунным секстантом, изготовленная из дерева и слоновой кости, сделала их популярным инструментом. Конструкция была стандартизирована: многие производители использовали одинаковый стиль рамы и компоненты. Разные мастерские могли производить разные компоненты: столяры специализировались на рамах, а другие - на латунных компонентах. Например, компания Spencer, Browning and Rust, производитель научных инструментов в Англии с 1787 по 1840 год (после 1840 года работавшая под названием Spencer, Browning and Co. ), использовала Рамсдена делительный двигатель 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. Однако они принадлежат двум разным производителям инструментов: верхняя часть имеет маркировку Crichton - London, Sold by J Berry Aberdeen, а подробные изображения относятся к инструменту от Spencer, Browning & Co., Лондон . Единственным очевидным отличием является наличие оттенков горизонта на октанте Крайтона, которых нет на другом.
Эти октанты были доступны во многих вариантах. Базовый октант с градуировкой прямо на деревянной рамке стоил дешевле всего. В них не использовался оптический прицел, вместо него использовалась прицельная шпилька с одним или двумя отверстиями. Весы из слоновой кости увеличили бы цену, как и использование латунного указательного рычага или нониуса.
Гибель октанта
[ редактировать ]В 1767 году в первом издании «Морского альманаха» были представлены таблицы лунных расстояний , что позволило мореплавателям определять текущее время по углу между Солнцем и Луной. Этот угол иногда превышает 90 °, и поэтому его невозможно измерить октантом. По этой причине адмирал Джон Кэмпбелл , проводивший на корабле эксперименты по методу лунного расстояния, предложил инструмент большего размера, и был разработан секстант . [10]
С этого времени секстант стал инструментом, претерпевшим значительное развитие и усовершенствование, и стал любимым инструментом морских штурманов. Октан продолжали производить и в XIX веке, хотя в целом это был менее точный и менее дорогой инструмент. Более низкая цена октанта, включая варианты без зрительной трубы, сделала его практичным инструментом для кораблей торгового и рыболовного флота.
Вплоть до конца девятнадцатого века среди мореплавателей распространенной практикой было использование как секстанта, так и октанта. Секстант использовался с большой осторожностью и только для лун , тогда как октант использовался для рутинных ежедневных измерений меридиональной высоты Солнца. [7] Это защитило очень точный и дорогой секстант, одновременно используя более доступный октант там, где он работает хорошо.
Пузырьковый октант
[ редактировать ]С начала 1930-х до конца 1950-х годов было произведено несколько типов гражданских и военных пузырьковых октантов для использования на борту самолетов. [11] Все они были оснащены искусственным горизонтом в форме пузыря, который располагался по центру, чтобы выровнять горизонт для штурмана, летящего на высоте тысяч футов над Землей; некоторые имели функции записи. [12]
Использование и настройка
[ редактировать ]Использование и настройка октанта по сути идентична секстанту штурмана .
Другие отражающие инструменты
[ редактировать ]Хэдли был не первым отражающим квадрантом. Роберт Гук изобрел отражающий квадрант в 1684 году. [13] и написал об этой концепции еще в 1666 году. [14] Гук был прибором с одним отражателем. [14] Другие октанты были разработаны Жаном-Полем Фуши и Калебом Смитом в начале 1730-х годов, однако они не сыграли значительной роли в истории навигационных инструментов.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ньютон, Исаак (октябрь – ноябрь 1742 г.). «Настоящая копия статьи, написанная рукой сэра Исаака Ньютона, найденная среди бумаг покойного доктора Галлея и содержащая описание прибора для наблюдения расстояния Луны от неподвижных звезд в море» . Философские труды Королевского общества . 42 (465): 155–156 и пластина. Бибкод : 1742RSPT...42..155N . дои : 10.1098/rstl.1742.0039 .
Таким образом, с помощью этого прибора наблюдают расстояние Луны от любой неподвижной звезды; Взгляните на звезду через перспицил в прямом свете, а на луну в отраженном свете (или наоборот;) и поворачивайте указатель до тех пор, пока звезда не коснется края луны, и указатель не появится на медном краю луны. прибор для определения расстояния звезды от лимба Луны; и хотя инструмент будет дрожать от движения корабля в море, тем не менее, луна и звезда будут двигаться вместе, как если бы они действительно касались друг друга на небесах; так что наблюдение можно производить как на море, так и на суше. И с помощью того же прибора можно точно наблюдать высоты Луны и звезд, поднеся их к горизонту; и благодаря этому широта и время наблюдения могут быть определены более точно, чем способами, применяемыми в настоящее время.
Том. 42 на archive.org - ^ Тейлор, EGR (1971). Искусство поиска убежища: история мореплавания от Одиссея до капитана Кука . Лондон: Холлис и Картер. ISBN 0-370-01347-6 .
- ^ Брюстер, Дэвид (1855). Мемуары о жизни, сочинениях и открытиях сэра Исаака Ньютона . Том. 1. Эдинбург: Thomas Constable & Co., стр. 239–242 . отрывок
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хэдли, Джон (август – сентябрь 1731 г.). «Описание нового прибора для снятия углов» . Философские труды Королевского общества . 37 (420): 147–157 и листы. дои : 10.1098/rstl.1731.0025 . S2CID 186212825 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Даума, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Portman Books, Лондон, 1989. ISBN 978-0-7134-0727-3
- ^ Бедини, Сильвио (сентябрь 1997 г.). «Уголок истории: Бенджамин Кинг Ньюпорта, RI-Часть II» . Журнал «Профессиональный геодезист» . 17 (6). Архивировано из оригинала 21 ноября 2006 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мэй, Уильям Эдвард , История морского судоходства , GT Foulis & Co. Ltd., Хенли-он-Темз, Оксфордшир, 1973 г., ISBN 0-85429-143-1
- ^ Беннетт, Джим, «Катадиоптрика и торговля в Лондоне восемнадцатого века», в History of Science, том xliv, 2006, страницы 247-277.
- ^ Гарриет Винтер и Энтони Тернер, Научные инструменты , Studio Vista, 1975, ISBN 0-289-70403-0
- ^ Жерар Л'Э. 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 , с. 32
- ^ Кардоса, Род (nd). «Эволюция секстанта» . Архивировано из оригинала 26 июля 2008 г.
- ^ «Хронология жизни Роберта Гука» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2012 г. Проверено 13 сентября 2007 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: 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.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с октантами, на Викискладе?
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
