Kvadrant (instrument)
En kvadrant är ett instrument som används för att mäta vinklar upp till 90° . Olika versioner av detta instrument kan användas för att beräkna olika avläsningar, såsom longitud , latitud och tid på dygnet . Dess tidigaste registrerade användning var i det forntida Indien under Rigvedisk tid av Rishi Atri för att observera en solförmörkelse. Det föreslogs sedan av Ptolemaios som en bättre typ av astrolabium . Flera olika varianter av instrumentet producerades senare av medeltida muslimska astronomer . Väggmålningskvadranter var viktiga astronomiska instrument i europeiska observatorier på 1700-talet, vilket etablerade en användning för positionsastronomi .
Etymologi
Termen kvadrant , som betyder en fjärdedel, hänvisar till det faktum att tidiga versioner av instrumentet härrörde från astrolaber. Kvadranten kondenserade astrolabiets funktion till ett område som var en fjärdedel av astrolabiets yta; det var i huvudsak en fjärdedel av en astrolabium.
Historia
Under Rigvedisk tid i det forntida Indien användes kvadranter som kallas 'Tureeyam's för att mäta omfattningen av en stor solförmörkelse . Användningen av en Tureeyam för att observera en solförmörkelse av Rishi Atri beskrivs i Rigvedas femte mandala, troligen mellan ca. 1500 och 1000 f.Kr.
Tidiga berättelser om en kvadrant kommer också från Ptolemaios 's Almagest omkring år 150 e.Kr. Han beskrev en "sockel" som kunde mäta höjden på middagssolen genom att projicera skuggan av en pinne på en graderad båge på 90 grader. Denna kvadrant var till skillnad från senare versioner av instrumentet; den var större och bestod av flera rörliga delar. Ptolemaios version var ett derivat av astrolabiet och syftet med denna rudimentära anordning var att mäta solens meridianvinkel.
Islamiska astronomer under medeltiden förbättrade dessa idéer och konstruerade kvadranter i hela Mellanöstern, i observatorier som Marageh , Rey och Samarkand . Till en början var dessa kvadranter vanligtvis mycket stora och stationära och kunde roteras till vilken bäring som helst för att ge både höjd och azimut för vilken himlakropp som helst. Eftersom islamiska astronomer gjort framsteg inom astronomisk teori och observationsnoggrannhet, tillskrivs de att de utvecklat fyra olika typer av kvadranter under medeltiden och därefter. Den första av dessa, sinuskvadranten , uppfanns av Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi på 800-talet i Visdomens hus i Bagdad. De andra typerna var den universella kvadranten, den horary kvadranten och den astrolabiska kvadranten.
Under medeltiden spreds kunskapen om dessa instrument till Europa. På 1200-talet var den judiska astronomen Jacob ben Machir ibn Tibbon avgörande för att vidareutveckla kvadranten. Han var en skicklig astronom och skrev flera volymer om ämnet, inklusive en inflytelserik bok som beskriver hur man bygger och använder en förbättrad version av kvadranten. Kvadranten som han uppfann kom att kallas novus quadrans , eller ny kvadrant. Denna enhet var revolutionerande eftersom det var den första kvadranten som byggdes som inte involverade flera rörliga delar och därmed kunde vara mycket mindre och mer bärbar.
Tibbons hebreiska manuskript översattes till latin och förbättrades av den franske forskaren Peter Nightingale flera år senare. På grund av översättningen blev Tibbon, eller Prophatius Judaeus som han var känd på latin, ett inflytelserik namn inom astronomi. Hans nya kvadrant baserades på idén att den stereografiska projektionen som definierar en planisfärisk astrolabium fortfarande kan fungera om de astrolabiska delarna viks till en enda kvadrant. Resultatet var en enhet som var mycket billigare, lättare att använda och mer bärbar än en vanlig astrolabium. Tibbons arbete hade en lång räckvidd och påverkade Copernicus , Christopher Clavius och Erasmus Reinhold ; och hans manuskript refererades till i Dantes gudomliga komedi .
När kvadranten blev mindre och därmed mer portabel insåg man snart dess värde för navigering. Den första dokumenterade användningen av kvadranten för att navigera till havs är 1461, av Diogo Gomes . Sjömän började med att mäta höjden på Polaris för att fastställa deras breddgrad. Denna tillämpning av kvadranter tillskrivs i allmänhet arabiska sjömän som handlade längs Afrikas östkust och ofta reste utom synhåll från land. Det blev snart vanligare att ta höjden på solen vid en given tidpunkt på grund av att Polaris inte syns söder om ekvatorn.
År 1618 anpassade den engelske matematikern Edmund Gunter kvadranten ytterligare med en uppfinning som kom att kallas Gunter-kvadranten. Denna kvadrant i fickstorlek var revolutionerande eftersom den var inskriven med projektioner av tropikerna, ekvatorn, horisonten och ekliptikan. Med rätt tabeller kan man använda kvadranten för att hitta tid, datum, längden på dagen eller natten, tidpunkten för soluppgång och solnedgång och meridianen. Gunter-kvadranten var extremt användbar men den hade sina nackdelar; vågen gällde bara en viss breddgrad så instrumentets användning var begränsad till sjöss.
Typer
Det finns flera typer av kvadranter:
- Väggmålningskvadranter , används för att bestämma tiden genom att mäta höjderna av astronomiska objekt. Tycho Brahe skapade en av de största väggmålningskvadranterna. För att kunna säga tiden skulle han placera två klockor bredvid kvadranten så att han kunde identifiera minuter och sekunder i förhållande till mätningarna på sidan av instrumentet.
- Stora rambaserade instrument som används för att mäta vinkelavstånd mellan astronomiska objekt.
- Geometrisk kvadrant som används av lantmätare och navigatörer .
- Davis-kvadranten är ett kompakt, inramat instrument som används av navigatörer för att mäta höjden på ett astronomiskt objekt.
De kan också klassificeras som:
- Höjd – Den vanliga kvadranten med lod, används för att ta ett objekts höjd .
- Gunner's – En typ av klinometer som används av en artillerist för att mäta höjd- eller depressionsvinkeln för en pistolpipa av en kanon eller mortel, både för att verifiera korrekt skjuthöjd och för att verifiera korrekt inriktning av de vapenmonterade eldledningsanordningarna.
- Gunters – En kvadrant som används för tidsbestämning såväl som längden på dagen, när solen hade gått upp och gått ner, datumet och meridianen med hjälp av skalor och kurvor för kvadranten tillsammans med relaterade tabeller. Den uppfanns av Edmund Gunter 1623. Gunters kvadrant var ganska enkel vilket möjliggjorde dess utbredda och långvariga användning på 1600- och 1700-talen. Gunter utökade de grundläggande funktionerna i andra kvadranter för att skapa ett bekvämt och heltäckande instrument. Dess särskiljande särdrag inkluderade projektioner av tropikerna, ekvatorn, ekliptikan och horisonten.
- Islamic – King identifierade fyra typer av kvadranter som producerades av muslimska astronomer.
- Sinekvadranten . (arabiska: Rubul Mujayyab) – även känd som sinekalkvadranten – användes för att lösa trigonometriska problem och göra astronomiska observationer Det utvecklades av al-Khwarizmi i 900-talets Bagdad och rådde fram till artonhundratalet. Dess definierande särdrag är ett diagrampappersliknande rutnät på ena sidan som är uppdelat i sextio lika intervall på varje axel och som också begränsas av en 90 graders graderad båge. En sladd fästes vid kvadrantens spets med en pärla, för beräkning, och ett lod. De ritades också ibland på baksidan av astrolaber.
- Den universella (shakkāzīya) kvadranten – används för att lösa astronomiska problem för alla breddgrader: Dessa kvadranter hade antingen en eller två uppsättningar shakkāzīya-rutnät och utvecklades på 1300-talet i Syrien. Vissa astrolabier är också tryckta på baksidan med den universella kvadranten som en astrolabium skapad av Ibn al-Sarrāj.
- Horary-kvadranten – används för att hitta tiden med solen: Horary-kvadranten kan användas för att hitta tiden antingen i lika eller ojämn (dagens längd dividerat med tolv) timmar. Olika uppsättningar av markeringar skapades för antingen lika eller olika timmar. För att mäta tiden i lika många timmar kunde horary-kvadranten endast användas för en specifik latitud medan en kvadrant för ojämna timmar kunde användas var som helst baserat på en ungefärlig formel. En kant av kvadranten måste riktas in mot solen, och när den väl var inriktad visade en pärla på lodlinjen fäst vid mitten av kvadranten tiden på dygnet. Ett exempel finns daterat 1396, från europeiska källor ( Richard II av England). Den äldsta horary-kvadranten hittades vid en utgrävning 2013 i hansestaden Zutphen (Nederländerna), är daterad till ca. 1300, och är i det lokala Stedelijk Museum i Zutphen.
- Astrolabium/ almucantar -kvadranten – en kvadrant som utvecklats från astrolabium: Denna kvadrant var märkt med ena halvan av en typisk astrolabiumplatta eftersom astrolabiumplattor är symmetriska. En lina fäst från mitten av kvadranten med en pärla i andra änden flyttades för att representera positionen för en himlakropp (sol eller en stjärna). Ekliptikan och stjärnpositionerna markerades på kvadranten för ovanstående. Det är inte känt var och när astrolabiumkvadranten uppfanns, existerande astrolabiumkvadranter är antingen av ottomanskt eller mamlukiskt ursprung, medan det har upptäckts egyptiska och syriska avhandlingar från 1200-talet och 1300-talet om astrolabiumkvadranten. Dessa kvadranter visade sig vara mycket populära alternativ till astrolaber.
Geometrisk kvadrant
Den geometriska kvadranten är en kvartscirkelpanel vanligtvis av trä eller mässing. Markeringar på ytan kan tryckas på papper och klistras på träet eller målas direkt på ytan. Mässingsinstrument hade sina markeringar inskrivna direkt i mässingen.
För marin navigering hittades de tidigaste exemplen runt 1460. De graderades inte i grader utan hade snarare breddgraderna för de vanligaste destinationerna direkt inskrivna på lemmen . När den var i bruk, seglade navigatören norrut eller söderut tills kvadranten visade att han var på destinationens latitud, svängde i destinationens riktning och seglade till destinationen med en konstant latitud. Efter 1480 tillverkades fler av instrumenten med lemmar graderade i grader.
Längs ena kanten fanns två sevärdheter som bildade en alidade . Ett lod hängde upp i en linje från mitten av bågen i toppen.
För att mäta höjden på en stjärna skulle observatören se stjärnan genom siktet och hålla kvar kvadranten så att instrumentets plan var vertikalt. Pumpen fick hänga vertikalt och linjen visade avläsningen på bågens gradering . Det var inte ovanligt att en andra person tog avläsningen medan den första koncentrerade sig på att observera och hålla instrumentet i rätt position.
Instrumentets noggrannhet begränsades av dess storlek och av effekten vinden eller observatörens rörelse skulle ha på lodet. För navigatörer på däck på ett fartyg i rörelse kan dessa begränsningar vara svåra att övervinna.
Solobservationer
För att undvika att stirra in i solen för att mäta dess höjd kunde navigatörer hålla instrumentet framför sig med solen vid sin sida. Genom att låta siktvingen kasta sin skugga på den nedre siktvingen var det möjligt att rikta in instrumentet mot solen. Försiktighet skulle behöva vidtas för att säkerställa att höjden för solens centrum bestämdes. Detta skulle kunna göras genom att medelvärdet av höjderna av den övre och nedre umbraen i skuggan.
Ryggobservationskvadrant
För att utföra mätningar av solens höjd utvecklades en bakre observationskvadrant.
Med en sådan kvadrant såg observatören horisonten från en siktvinge (C i figuren till höger) genom en slits i horisontvingen ( B ). Detta säkerställde att instrumentet var plant. Observatören flyttade skuggvingen (A) till en position på den graderade skalan för att få dess skugga att verka sammanfallande med horisontens nivå på horisontflöjeln. Denna vinkel var solens höjd.
Inramad kvadrant
Stora ramkvadranter användes för astronomiska mätningar, särskilt för att bestämma höjden på himmelska objekt . De kan vara permanenta installationer, till exempel väggmålningskvadranter . Mindre kvadranter kunde flyttas. Liksom de liknande astronomiska sextanterna kunde de användas i ett vertikalt plan eller göras justerbara för vilket plan som helst.
När de är placerade på en piedestal eller annat fäste kan de användas för att mäta vinkelavståndet mellan två himmelska objekt.
Detaljerna om deras konstruktion och användning är i huvudsak desamma som de astronomiska sextanternas ; se den artikeln för detaljer.
Navy: Används för att mäta höjd på fartygskanoner, kvadranten var tvungen att placeras på varje pistols tapp för att bedöma räckvidd, efter lastningen. Avläsningen togs på toppen av fartygets rulle, pistolen justerades och kontrollerades, igen på toppen av rullen, och han gick till nästa pistol, tills allt som skulle avfyras var klart. Fartygets Gunner informerades, som i sin tur informerade kaptenen...Du får skjuta när du är redo...vid nästa höga kast skulle kanonen avfyras.
I mer moderna applikationer är kvadranten fäst vid tappringen eller på en stor marinpistol för att anpassa den till riktmärken svetsade på fartygets däck. Detta görs för att säkerställa att avfyrningen av pistolen inte har "förvrängt däcket". En plan yta på pistolhuset eller tornet kontrolleras också mot riktmärken, också för att säkerställa att stora lager och/eller lagerbanor inte har ändrats... för att "kalibrera" pistolen.
Anpassning
Under medeltiden lade tillverkarna ofta till anpassningar för att imponera på den person som kvadranten var avsedd för. I stora, oanvända utrymmen på instrumentet läggs ofta en sigil eller märke till för att beteckna ägandet av en viktig person eller ägarens lojalitet.
Se även
- Maurice Daumas, Scientific Instruments of the Seventeenth and Artonde århundraden och deras skapare, Portman Books, London 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
externa länkar
- Gunter's Quadrant Artikel om Gunter's Quadrant (PDF)
- Gunters kvadrant Simulering av Gunters kvadrant (kräver Java)
- En fungerande kvadrant i myntform
- Richard II (1396) era lika timme horary kvadrant (bilder):
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
