Войти
Отражающие приборы - это те, которые используют зеркала для повышения их способности выполнять измерения. В частности, использование зеркал позволяет одновременно наблюдать два объекта при измерении углового расстояния между объектами. Хотя отражающие инструменты используются во многих профессиях, они в первую очередь связаны с астрономической навигацией, поскольку необходимость решения навигационных проблем, в частности проблемы долготы, была основной мотивацией в их работе. развитие.
Назначение отражающих инструментов - позволить наблюдателю измерить высоту небесного объекта или измерить угловое расстояние между двумя объектами. Движущей силой обсуждаемых здесь разработок было решение проблемы определения долготы в море. Было замечено, что для решения этой проблемы требуются точные средства измерения углов, а точность зависит от способности наблюдателя измерять этот угол, одновременно наблюдая за двумя объектами одновременно.
Дефицит предшествующих инструментов был хорошо известен. Требование, чтобы наблюдатель наблюдал за двумя объектами с двумя расходящимися линиями взгляда, увеличивал вероятность ошибки. Те, кто рассматривал эту проблему, поняли, что использование specula (зеркала на современном языке) может позволить наблюдать два объекта в одном окне. За этим последовала серия изобретений и усовершенствований, которые довели прибор до такой степени, что его точность превысила ту, которая требовалась для определения долготы. Любые дальнейшие улучшения требовали совершенно новой технологии.
Некоторые из ранних отражающих инструментов были предложены такими учеными, как Роберт Гук и Исаак Ньютон. Они мало использовались или, возможно, не были построены или тщательно протестированы. Инструмент ван Брина был исключением, поскольку его использовали голландцы. Однако он имел небольшое влияние за пределами Нидерландов.
. Изобретенный в 1660 году голландцем Йостом ван Брином, spiegelboog (зеркальный лук) был отражающим крестовым посохом. Этот инструмент, по-видимому, использовался в течение примерно 100 лет, в основном в Зеландской палате VOC (Голландская Ост-Индская компания ).
Репрезентативный рисунок отражающего инструмента Гука. не точно отображают мелкие детали инструмента, а скорее базовые функции.. Индекс с установленным телескопом показан черным, радиусный рычаг с прикрепленным зеркалом (серым) - синим, а пояс - зеленым на белом. поля зрения представлены красной пунктирной линией. Инструмент Гука был прибором с однократным отражением. В нем использовалось одно зеркало для отражения изображения астрономического объекта для глаза наблюдателя. Этот прибор был первым описанный в 1666 году, а рабочая модель была представлена Гук на заседании Королевского общества некоторое время спустя.
Устройство состояло из трех основных компонентов, указательного плеча, радиального плеча и градуированного аккорд. Все трое были расположены в треугольник как на изображении справа. На указательном рычаге был установлен оптический прицел. В точке вращения радиального плеча монтировалось одиночное зеркало. Эта точка вращения позволяла изменять угол между индексным рычагом и радиальным рычагом. Градуированная хорда была соединена с противоположным концом радиального плеча, и хорда могла вращаться вокруг конца. Ремень держался за дальний конец указательного рычага и скользил по нему. Градуировка на поясе была равномерной, и, используя ее для измерения расстояния между концами указательного плеча и радиального плеча, можно было определить угол между этими плечами. Таблица хорд использовалась для преобразования измерения расстояния в измерение угла. Использование зеркала привело к тому, что измеренный угол вдвое больше угла, включаемого указателем и радиусным плечом.
Зеркало на лучевом плече было достаточно маленьким, чтобы наблюдатель мог видеть отражение объекта в половине поля зрения телескопа, а в другой половине - прямо перед собой. Это позволяло наблюдателю видеть оба объекта одновременно. Выравнивание двух объектов вместе в обзоре телескопов привело к отображению углового расстояния между ними на градуированной хорде.
Хотя инструмент Гука был новым и привлекал некоторое внимание в то время, нет никаких свидетельств того, что он подвергался каким-либо испытаниям в море. Инструмент мало использовался и не оказал существенного влияния на астрономию или навигацию.
Рисунок отражающего прибора Галлея. Телескоп представлен синими линиями (как будто разрезанный), а зеркала и линзы серые. Красные пунктирные линии обозначают линии взгляда. В 1692 году Эдмонд Галлей представил Королевскому обществу дизайн световозвращающего инструмента.
Это интересный инструмент, сочетающий в себе функциональность. латиноамериканского радио с двойным телескопом . Телескоп (AB на соседнем изображении) имеет окуляр на одном конце и зеркало (D), частично по всей его длине, с одной линзой объектива на дальнем конце (B). Зеркало закрывает только половину поля зрения (слева или справа) и позволяет видеть объектив с другой стороны. В зеркале отражается изображение второй линзы объектива (С). Это позволяет наблюдателю видеть оба изображения, одно прямолинейное, а другое отраженное, одновременно друг с другом. Важно, чтобы фокусные расстояния двух линз объектива были одинаковыми и чтобы расстояние от зеркала до любой линзы было одинаковым. Если это условие не выполняется, два изображения не могут быть приведены к общему фокусу .
Зеркало устанавливается на рейке (пеленгатор) радиолатиноамериканской части инструмента и вращается вместе с ней. Угол, который эта сторона ромба радио-латиноамериканца образует к телескопу, можно установить, отрегулировав длину диагонали ромба. Для облегчения этого и обеспечения возможности точной регулировки угла устанавливается винт (EC), позволяющий наблюдателю изменять расстояние между двумя вершинами (E и C).
Наблюдатель видит горизонт прямой линзой и видит небесный объект в зеркале. Поворот винта для приведения двух изображений в непосредственное соседство устанавливает инструмент. Угол определяется путем преобразования длины винта между E и C в угол в таблице хорд..
Галлей указал, что труба телескопа имеет прямоугольное поперечное сечение. Это упрощает конструкцию, но не является обязательным требованием, поскольку можно использовать другие формы поперечного сечения. Четыре стороны радиолатиноамериканской части (CD, DE, EF, FC) должны быть равны по длине, чтобы угол между телескопом и стороной объектива (ADC) был точно в два раза больше угла между телескопом и зеркалом. (ADF) (или другими словами - для обеспечения того, чтобы угол падения был равен углу отражения ). В противном случае коллимация прибора будет нарушена, и результаты измерений будут ошибочными.
Угол возвышения небесного объекта можно было определить по шкале на рейке на слайдере, однако Галлей не так проектировал инструмент. Это может свидетельствовать о том, что общий дизайн инструмента был по совпадению похож на радиолатиноамериканец, и что Галлей, возможно, не был знаком с этим инструментом.
Неизвестно, испытывался ли этот прибор когда-либо в море.
Отражающий квадрант Ньютона во многих отношениях был похож на первый отражающий квадрант Хэдли, который последовал за ним. Это.
Ньютон сообщил об этом чертеже Эдмунду Галлея около 1699 года. Однако Галлей ничего не сделал с документом, и он остался в его документах только для того, чтобы быть обнаруженным после его смерти. Однако Галлей действительно обсуждал конструкцию Ньютона с членами Королевского общества, когда Хэдли представил свой отражающий квадрант в 1731 году. Галлей отметил, что конструкция Хэдли очень похожа на более ранний ньютоновский инструмент.
В результате этой непреднамеренной секретности, Изобретение Ньютона сыграло небольшую роль в развитии светоотражающих приборов.
Что примечательно в октанте, так это количество людей, которые самостоятельно изобрели устройство за короткий период времени. Джон Хэдли и Томас Годфри оба получили признание за изобретение октанта. Они независимо разработали один и тот же инструмент около 1731 года. Однако они были не единственными.
В случае Хэдли были сконструированы два инструмента. Первый был инструментом, очень похожим на отражающий квадрант Ньютона. Второй по сути имел ту же форму, что и современный секстант. Были построены немногие из первого проекта, в то время как второй стал стандартным инструментом, из которого был получен секстант и, вместе с секстантом, вытеснил все предыдущие навигационные инструменты, используемые для астрономической навигации.
, Английский страховой брокер, сильно интересовавшийся астрономией, создал октант в 1734 году. Он назвал его Астроскопом или Морским квадрантом. Он использовал фиксированную призму в дополнение к индексному зеркалу для обеспечения отражающих элементов. Призмы имели преимущества перед зеркалами в эпоху, когда полированные зеркала из зеркала были хуже, и серебрение зеркала, и производство стекла с плоскими параллельными поверхностями было затруднено. Однако из-за других элементов конструкции инструмента Смита он уступал октанту Хэдли, и он не использовался значительно.
, профессор математики и астроном из Франции изобрел октант в 1732 году. по сути то же самое, что и у Хэдли. Фуши не знал о развитии событий в Англии в то время, поскольку связи между производителями инструментов в двух странах были ограничены, а публикации Королевского общества, в частности «Философские труды», не распространялись во Франции. Октант Фучи был омрачен октантом Хэдли.
Секстант, который использовался более полувека. На этой раме изображена одна стандартная конструкция - с тремя кольцами. Это одна из конструкций, которая использовалась для предотвращения проблем с тепловым расширением при сохранении соответствующей жесткости. Происхождение секстанта очевидно и не оспаривается. Адмирал Джон Кэмпбелл, применив октант Хэдли в ходовых испытаниях метода лунных расстояний, обнаружил, что этого недостаточно. Угол 90 ° , ограниченный дугой прибора, был недостаточен для измерения некоторых угловых расстояний, необходимых для данного метода. Он предложил увеличить угол до 120 °, получив секстант. Джон Бёрд сделал первый такой секстант в 1757 году.
С развитием секстанта октант стал чем-то вроде инструмента второго класса. Октант, хотя иногда и полностью изготовленный из латуни, оставался в основном инструментом с деревянной рамой. Большинство разработок в области передовых материалов и строительных технологий было зарезервировано для секстанта.
Есть примеры секстантов, сделанных из дерева, однако большинство из них сделано из латуни. Чтобы рама была жесткой, производители инструментов использовали более толстые рамы. Это имело недостаток в том, что инструмент становился тяжелее, что могло повлиять на точность из-за дрожания рук, когда штурман работал против своего веса. Чтобы избежать этой проблемы, рамы были модифицированы. Эдвард Тротон запатентовал секстант с двойной рамкой в 1788 году. В ней использовались две рамки, удерживаемые параллельно с распорками. Две рамки находились на расстоянии примерно сантиметра друг от друга. Это значительно увеличило жесткость рамы. В более ранней версии имелась вторая рама, которая закрывала только верхнюю часть инструмента, фиксируя зеркала и телескоп. Более поздние версии использовали два полных кадра. Поскольку распорки выглядели как столбики, их еще называли секстантами столбов.
Тротон также экспериментировал с альтернативными материалами. Весы были покрыты серебром ,, золотом или платиной. И золото, и платина минимизировали коррозию. Инструменты с платиновым покрытием были дорогими из-за дефицита металла, хотя и дешевле золота. Тротон знал Уильяма Хайда Волластона через Королевское общество, и это дало ему доступ к драгоценному металлу. Инструменты компании Troughton, в которых использовалась платина, можно легко идентифицировать по надписи Platina, выгравированной на рамке. Эти инструменты по-прежнему высоко ценятся как предметы коллекционирования и сегодня так же точны, как и тогда, когда они были сконструированы.
По мере развития разделительных машин секстант становился более точным и его можно было сделать меньше. Для облегчения чтения верньера была добавлена небольшая увеличительная линза. Кроме того, чтобы уменьшить блики на кадре, у некоторых был рассеиватель, окружающий лупу, чтобы смягчить свет. По мере повышения точности нониус дуги окружности был заменен нониусом барабанного типа.
Со временем конструкция рамы изменялась, чтобы создать раму, на которую не повлияют изменения температуры. Эти образцы оправы стали стандартизированными, и можно увидеть одну и ту же общую форму во многих инструментах от разных производителей.
Чтобы контролировать расходы, современные секстанты теперь доступны из высокоточного пластика. Они легкие, доступные по цене и качественные.
Хотя большинство людей думают о навигации, когда слышат термин секстант, инструмент использовался в других профессиях.
В дополнение к этим типам существуют термины, используемые для различных секстантов.
Секстантом столба может быть:
Первое - наиболее распространенное использование этого термина.
Некоторые производители предлагали инструменты с размерами, отличными от одной восьмой или одной шестой круга. Одной из наиболее распространенных была квинтантная или пятая часть круга (считывание дуги от 72 ° до 144 °). Были доступны и другие размеры, но необычные размеры так и не стали обычным явлением. Многие инструменты имеют шкалу, показывающую, например, 135 °, но их просто называют секстантами. Точно так же есть 100-градусные октанты, но они не выделяются как уникальные типы инструментов.
Был интерес к гораздо более крупным инструментам специального назначения. В частности, был изготовлен ряд инструментов с полным кругом, классифицированных как отражающие круги и повторяющиеся круги.
отражающий круг Борды, выставленные в военно-морском музее Тулона 
Отражающий круг Мендосы, выставленный в Национальный морской музей.Отражающий круг был изобретен немцем геометром и астрономом Тобиасом Майером в 1752 году, подробности опубликованы в 1767 году. Его разработка предшествовала секстанту и была мотивирована необходимостью создать превосходный геодезический инструмент.
Отражающий круг представляет собой законченный круговой инструмент с градуировкой 720 ° (для измерения расстояний между небесными телами угол больше 180 ° читать не нужно, так как минимальное расстояние всегда будет меньше 180 °.). Майер представил подробное описание этого прибора Совету по долготе , и Джон Берд использовал эту информацию, чтобы построить один шестнадцать дюймов в диаметре для оценки Королевским флотом. Этот инструмент был одним из тех, которые использовал адмирал Джон Кэмпбелл во время его оценки метода лунного расстояния. Он отличался тем, что имел градуировку на 360 ° и был настолько тяжелым, что имел опору, прикрепленную к ремню. Он не считался лучше октанта Хэдли и был менее удобен в использовании. В результате Кэмпбелл рекомендовал создание секстанта.
Жан-Шарль де Борда развил круг отражений. Он изменил положение оптического прицела таким образом, чтобы зеркало можно было использовать для получения изображения с любой стороны относительно телескопа. Это устранило необходимость проверять, что зеркала точно параллельны при считывании нуля. Это упростило использование инструмента. Дальнейшие уточнения были выполнены с помощью Этьена Ленуара. Они вдвоем довели инструмент до его окончательной формы в 1777 году. Этот инструмент был настолько отличительным, что получил название круга Борда.
Йозеф де Мендоса и Риос переделал отражающий круг Борды (Лондон, 1801 г.). Целью было использовать его вместе с его Лунными таблицами, опубликованными Королевским обществом (Лондон, 1805 г.). Он разработал схему с двумя концентрическими кругами и нониусной шкалой и рекомендовал усреднить три последовательных отсчета, чтобы уменьшить ошибку. Система Борды была основана не на окружности 360 °, а на 400 градусах (Борда провел годы, рассчитывая свои таблицы с кругом, разделенным на 400 °). Лунные таблицы Мендосы использовались на протяжении почти всего девятнадцатого века (см. Лунное расстояние (навигация) ).
Эдвард Тротон также изменил отражающий круг. Он создал конструкцию с тремя индексными плечами и верньерами. Это позволило получить три одновременных чтения, чтобы усреднить ошибку.
Как навигационный инструмент, отражающий круг был более популярен во французском флоте, чем в Великобритании.
Одним из инструментов, производным от отражающего круга, является повторяющийся круг. Изобретенный Ленуаром в 1784 году Борда и Ленуар разработали инструмент для геодезической съемки. Поскольку он не использовался для астрономических измерений, он не использовал двойное отражение и заменял два телескопических прицела. Таким образом, он не был отражающим инструментом. Он был примечателен тем, что был равен великому теодолиту, созданному известным мастером инструментов Джесси Рамсденом.
Секстант Бриса не является настоящим секстантом, но это настоящий отражающий инструмент, основанный на принципе двойного отражения и подчиняющийся тем же правилам и ошибкам, что и обычные октанты и секстанты. В отличие от обычных октантов и секстантов, секстант Бриса - это инструмент с фиксированным углом, способный точно измерять несколько определенных углов, в отличие от других отражающих инструментов, которые могут измерять любой угол в пределах диапазона инструмента. Он особенно подходит для определения высоты Солнца или Луны.
Фрэнсис Рональдс изобрел в 1829 году прибор для записи углов путем изменения октанта. Недостатком отражающих инструментов в приложениях геодезии является то, что оптика требует, чтобы зеркало и указательный рычаг вращались на половину углового расстояния между двумя объектами. Таким образом, угол необходимо считать, отметить и использовать транспортир для нанесения угла на плане. Идея Рональдса состояла в том, чтобы настроить указательный рычаг так, чтобы он поворачивался на угол, в два раза превышающий угол зеркала, чтобы затем рычаг можно было использовать для рисования линии под правильным углом непосредственно на чертеже. Он использовал сектор сектор в качестве основы своего инструмента и поместил горизонтальное стекло на одном конце, а указательное зеркало - рядом с шарниром, соединяющим две линейки. Два вращающихся элемента были связаны механически, а цилиндр, поддерживающий зеркало, был вдвое больше диаметра петли, чтобы обеспечить требуемое угловое соотношение.
