Oktant (instrument)
Oktanten , även kallad en reflekterande kvadrant , är ett reflekterande instrument som används vid navigering .
Etymologi
Namnet oktant kommer från latinets oktaner som betyder åttonde delen av en cirkel , eftersom instrumentets båge är en åttondel av en cirkel.
Reflekterande kvadrant härrör från instrumentet som använder speglar för att reflektera ljusets väg till betraktaren och fördubblar på så sätt den uppmätta vinkeln. Detta gör att instrumentet kan använda ett åttondels varv för att mäta ett kvartsvarv eller kvadrant .
Oktantens ursprung
Newtons reflekterande kvadrant
Ritning av Newtons reflekterande kvadrant. Från Brewster (1855 , s. 243). AB – sikt teleskop CD – indexarm G – horisontspegel H – indexspegel PQ – graderad båge
Isaac Newtons reflekterande kvadrant uppfanns omkring 1699. En detaljerad beskrivning av instrumentet gavs till Edmond Halley , men beskrivningen publicerades inte förrän efter Halleys död 1742. Det är inte känt varför Halley inte publicerade informationen under sitt liv. , eftersom detta hindrade Newton från att få äran för uppfinningen som vanligtvis ges till John Hadley och Thomas Godfrey .
En kopia av detta instrument konstruerades av Thomas Heath (instrumentmakare) och kan ha visats i Heaths skyltfönster innan det publicerades av Royal Society 1742.
Newtons instrument använde två speglar, men de användes i ett arrangemang som skilde sig något från de två speglar som finns i moderna oktanter och sextanter . Diagrammet till höger visar instrumentets konfiguration.
Instrumentets 45° båge (PQ) graderades med 90 delningar om en halv grad vardera. Varje sådan division delades upp i 60 delar och varje del indelades ytterligare i sjättedelar. Detta resulterar i att bågen markeras i grader, minuter och sjättedelar av en minut (10 sekunder). Instrumentet kan alltså ha avläsningar interpolerade till 5 bågsekunder. Denna finhet av gradering är endast möjlig på grund av instrumentets stora storlek - enbart siktteleskopet var tre till fyra fot långt.
Ett kikarteleskop . (AB), tre eller fyra fot långt, var monterat längs ena sidan av instrumentet En horisontspegel fixerades i 45° vinkel framför teleskopets objektivlins (G). Denna spegel var tillräckligt liten för att tillåta betraktaren att se bilden i spegeln på ena sidan och se rakt fram på den andra. Indexarmen (CD) höll en indexspegel (H), även den i 45° mot kanten av indexarmen. De reflekterande sidorna av de två speglarna är nominellt vända mot varandra, så att bilden som ses i den första spegeln är den som reflekteras från den andra.
Med de två speglarna parallella visar indexet 0°. Vyn genom teleskopet ser rakt fram på ena sidan och vyn från spegeln G ser samma bild reflekterad från spegel H (se detaljritning till höger). När indexarmen flyttas från noll till ett stort värde indexspegeln en bild som är i en riktning bort från den direkta siktlinjen. När pekarmens rörelse ökar, flyttas siktlinjen för indexspegeln mot S (till höger i detaljbilden). Detta visar på en liten brist med detta spegelarrangemang. Horisontspegeln blockerar siktspegeln i vinklar som närmar sig 90°.
Längden på kikarteleskopet verkar anmärkningsvärt, med tanke på den ringa storleken på teleskopen på moderna instrument. Detta var sannolikt Newtons val av ett sätt att minska kromatiska aberrationer . Teleskop med kort brännvidd , före utvecklingen av akromatiska linser , producerade en obehaglig grad av aberration, så mycket att det kunde påverka uppfattningen av en stjärnas position. Långa brännvidder var lösningen, och detta teleskop skulle sannolikt ha haft både ett objektiv med lång brännvidd och ett okular med lång brännvidd . Detta skulle minska aberrationerna utan överdriven förstoring.
Oktantens uppfinnare
Två män utvecklade oberoende av varandra oktanten omkring 1730: John Hadley (1682–1744), en engelsk matematiker, och Thomas Godfrey (1704–1749), en glasmästare i Philadelphia . Även om båda har ett legitimt och lika anspråk på uppfinningen, får Hadley i allmänhet den största delen av krediten. Detta återspeglar den centrala roll som London och Royal Society spelade i historien om vetenskapliga instrument under sjuttonhundratalet.
Två andra som skapade oktanter under denna period var Caleb Smith, en engelsk försäkringsmäklare med ett starkt intresse för astronomi (1734), och Jean-Paul Fouchy, en matematikprofessor och astronom i Frankrike (1732 ) .
Hadleys versioner
Hadley producerade två versioner av den reflekterande kvadranten. Endast den andra är välkänd och är den välbekanta oktanten.
Hadleys reflekterande kvadrant
Hadleys första reflekterande kvadrant var en enkel enhet med en ram som spänner över en 45° båge. På bilden till höger, från Hadleys artikel i Philosophical Transactions of the Royal Society, kan du se arten av hans design. Ett litet kikarteleskop var monterat på ramen längs ena sidan. En stor indexspegel var monterad vid indexarmens rotationspunkt. En andra, mindre horisontspegel var monterad på ramen i teleskopets siktlinje. Horisontspegeln låter betraktaren se bilden av indexspegeln i ena halvan av vyn och se ett avlägset objekt i den andra halvan. En skärm monterades i spetsen av instrumentet så att man kunde observera ett ljust föremål. Skuggan svänger för att låta den röra sig ur vägen för stjärnobservationer.
När han observerade genom teleskopet skulle navigatören se ett föremål direkt framför sig. Det andra föremålet skulle ses genom reflektion i horisontspegeln. Ljuset i horisontspegeln reflekteras från indexspegeln. Genom att flytta indexarmen kan indexspegeln få alla föremål upp till 90° från den direkta siktlinjen. När båda objekten är i samma vy kan navigatorn mäta vinkelavståndet mellan dem genom att justera dem tillsammans.
Mycket få av de ursprungliga reflekterande kvadrantdesignerna producerades någonsin. En, konstruerad av Baradelle, finns i samlingen av Musée de la Marine , Paris.
Hadleys oktant
Hadleys andra design hade den form som är bekant för moderna navigatörer. Bilden till höger, också tagen från hans Royal Society-publikation, visar detaljerna.
Han placerade en indexspegel på indexarmen. Två horisontspeglar tillhandahålls. Den övre spegeln, i siktteleskopets linje, var tillräckligt liten för att låta teleskopet se rakt fram såväl som den reflekterade vyn. Den reflekterade vyn var ljuset från indexspegeln. Liksom i det föregående instrumentet gjorde speglarnas arrangemang det möjligt för observatören att samtidigt se ett föremål rakt fram och se ett reflekterat i indexspegeln till horisontspegeln och sedan in i teleskopet. Genom att flytta indexarmen kunde navigatorn se alla föremål inom 90° från den direkta vyn.
Den betydande skillnaden med denna design var att speglarna gjorde att instrumentet kunde hållas vertikalt snarare än horisontellt och det gav mer utrymme för att konfigurera speglarna utan att drabbas av ömsesidig störning.
Den andra horisontspegeln var en intressant innovation. Teleskopet var avtagbart. Den kunde återmonteras så att teleskopet såg den andra horisontspegeln från motsatt sida av ramen. Genom att montera de två horisontspeglarna i rät vinkel mot varandra och tillåta teleskopets rörelse kunde navigatorn mäta vinklar från 0 till 90° med en horisontspegel och från 90° till 180° med den andra. Detta gjorde instrumentet mycket mångsidigt. Av okända skäl implementerades inte denna funktion på oktanter i allmänt bruk.
Om man jämför detta instrument med fotot av en typisk oktant överst i artikeln kan man se att de enda signifikanta skillnaderna i den mer moderna designen är:
- Placeringen av horisontspegeln och teleskopet eller siktpinnulan är lägre.
- Ramens inre stag är mer centralt och robust.
- Placeringen av nyanserna för indexspegeln är i banan mellan index- och horisontspeglarna snarare än överst på instrumentet.
- Flera nyanser används för att möjliggöra olika nivåer av skuggning.
- Separata nyanser finns på horisontspegeln för att se en låg solposition med en mycket ljus horisont.
- Den andra horisontspegeln och tillhörande alidad tillhandahålls inte.
Smiths astroskop
.png)
Caleb Smith, en engelsk försäkringsmäklare med ett starkt intresse för astronomi, hade skapat en oktant 1734. Han kallade den ett astroskop eller havskvadrant . Hans använde ett fast prisma förutom en indexspegel för att ge reflekterande element. Prismor ger fördelar jämfört med speglar i en tid då polerade i spekulummetall var sämre och både försilvran av en spegel och tillverkningen av glas med plana, parallella ytor var svårt.
På ritningen till höger kan horisontelementet (B) vara en spegel eller ett prisma. På pekarmen roterade pekspegeln (A) med armen. Ett kikarteleskop monterades på ramen (C). Indexet använde inte en vernier eller annan anordning på skalan (D). Smith kallade instrumentets indexarm för en etikett , på samma sätt som Elton för sin sjömans kvadrant .
Olika designelement i Smiths instrument gjorde det sämre än Hadleys oktant och det användes inte nämnvärt. Till exempel var ett problem med astroskopet att vinkeln på observatörens synlinje. Genom att titta ner hade han större svårigheter att observera än en orientering med huvudet i normal orientering.
Oktantens fördelar
Oktanten gav ett antal fördelar jämfört med tidigare instrument.
Siktet var lätt att anpassa eftersom horisonten och stjärnan tycks röra sig tillsammans när skeppet lutade och rullade. Detta skapade också en situation där observationsfelet var mindre beroende av observatören, eftersom de direkt kunde se båda objekten samtidigt.
Med användning av de tillverkningstekniker som fanns tillgängliga på 1700-talet kunde instrumenten läsa mycket exakt. Storleken på instrumenten reducerades utan förlust av noggrannhet. En oktant kan vara hälften så stor som en Davis-kvadrant utan att felet ökar.
Genom att använda skuggor över ljusvägarna kunde man observera solen direkt, medan att flytta skuggorna ut ur ljusbanan gjorde det möjligt för navigatören att observera svaga stjärnor. Detta gjorde instrumentet användbart både natt och dag.
År 1780 hade oktanten och sextanten nästan helt förskjutit alla tidigare navigationsinstrument.
Produktion av oktanten
Tidiga oktanter konstruerades främst i trä, med senare versioner som innehåller elfenben och mässingskomponenter. De tidigaste speglarna var polerad metall, eftersom tekniken för att tillverka försilvrade glasspeglar med plana, parallella ytor var begränsad. När glaspoleringsteknikerna förbättrades började glasspeglar tillhandahållas. Dessa använde beläggningar av kvicksilverinnehållande tennamalgam; beläggningar av silver eller aluminium fanns inte tillgängliga förrän på 1800-talet. Den dåliga optiska kvaliteten på de tidiga polerade spekulummetallspeglarna innebar att teleskopsikten inte var praktiska. Av den anledningen använde de flesta tidiga oktanter en enkel synstift med blotta ögat istället.
Tidiga oktanter behöll några av särdragen som är gemensamma för backstavar , såsom transversaler på skalan. Men som graverat visade de att instrumentet hade en skenbar noggrannhet på endast två bågminuter medan ryggstaven verkade vara exakt till en minut. Användningen av vernierskalan gjorde att skalan kunde läsas till en minut, vilket förbättrade instrumentets säljbarhet. Detta och det enkla att göra vernier jämfört med transversaler, leder till adoption av vernier på oktanter producerade senare på 1700-talet.
Oktanter producerades i stort antal. I trä och elfenben gjorde deras relativt låga pris jämfört med en sextant helt i mässing dem till ett populärt instrument. Designen standardiserades med många tillverkare som använde identisk ramstil och komponenter. Olika butiker kan tillverka olika komponenter, med träarbetare som är specialiserade på ramar och andra på mässingskomponenter. Till exempel, Spencer, Browning och Rust, en tillverkare av vetenskapliga instrument i England från 1787 till 1840 (fungerande som Spencer, Browning och Co. efter 1840) använde en Ramsden- delmotor för att producera graderade vågar i elfenben. Dessa användes flitigt av andra och SBR- initialerna kunde hittas på oktanter från många andra tillverkare.
Exempel på dessa mycket lika oktanter finns på bilderna i den här artikeln. Bilden överst är i stort sett samma instrument som den på detaljbilderna. De är dock från två olika instrumenttillverkare - ovandelen är märkt Crichton - London, säljs av J Berry Aberdeen medan detaljbilderna är av ett instrument från Spencer, Browning & Co. London . Den enda uppenbara skillnaden är närvaron av horisontnyanser på Crichton-oktanten som inte finns på den andra.
Dessa oktanter fanns tillgängliga med många alternativ. En basoktant med graderingar direkt på träramen var billigast. Dessa avstod från ett kikarsikte och använde istället en siktstift med enkel eller dubbel hål. Elfenbensvåg skulle öka priset, liksom användningen av en indexarm i mässing eller en vernier.
Oktantens bortgång
tabellerade den första upplagan av The Nautical Almanac månavstånd , vilket gjorde det möjligt för navigatörer att hitta den aktuella tiden från vinkeln mellan solen och månen. Denna vinkel är ibland större än 90°, och därför inte möjlig att mäta med en oktant. Av den anledningen amiral John Campbell , som genomförde experiment ombord med månavståndsmetoden, ett större instrument och sextanten utvecklades .
Från den tiden och framåt var sextanten det instrument som upplevde betydande utveckling och förbättringar och var det valbara instrumentet för sjönavigatörer. Oktanten fortsatte att produceras långt in på 1800-talet, även om det i allmänhet var ett mindre exakt och billigare instrument. Det lägre priset på oktanten, inklusive versioner utan teleskop, gjorde den till ett praktiskt instrument för fartyg i handels- och fiskeflottan.
En vanlig praxis bland navigatörer fram till slutet av artonhundratalet var att använda både en sextant och en oktant. Sextanten användes med stor försiktighet och endast för månar , medan oktanten användes för rutinmässiga meridionalhöjdsmätningar av solen varje dag. Detta skyddade den mycket exakta och dyrare sextanten, samtidigt som den mer prisvärda oktanten användes där den presterar bra.
Bubbeloktant
Från början av 1930-talet till slutet av 1950-talet producerades flera typer av civila och militära bubbeloktantinstrument för användning ombord på flygplan. Alla var utrustade med en konstgjord horisont i form av en bubbla, som var centrerad för att rikta in horisonten för en navigator som flög tusentals fot över jorden; några hade inspelningsfunktioner.
Användning och justering
Användning och justering av oktanten är i huvudsak identisk med navigatörens sextant .
Andra reflekterande instrument
Hadleys var inte den första reflekterande kvadranten. Robert Hooke uppfann en reflekterande kvadrant 1684 och hade skrivit om konceptet så tidigt som 1666. Hookes var ett enkelreflekterande instrument. Andra oktanter utvecklades av Jean-Paul Fouchy och Caleb Smith i början av 1730-talet, men dessa blev inte betydande i navigationsinstrumentens historia.
Se även
externa länkar
Media relaterade till oktanter på Wikimedia Commons
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
