Секстант

sextant 0СЕКСТАНТ, секстан, морской отражательный угломерный инструмент, употребляющийся в морском деле для измерения высот небесных светил в море, для измерения углов между видимыми с корабля земными предметами и реже для измерения углов между земными предметами и небесными светилами. Изобретен Гадлеем в 1731 г. и явился большим усовершенствованием по сравнению с бывшими до него морскими угломерными инструментами - градштоком и английским квадрантом. Корпус секстанта представляет собой медный сектор, дуга которого немного более 1/6 окружности, а радиус дуги у самых больших секстантов около 20 см. Корпус секстанта выделывается из бронзы или меди, и для увеличения прочности радиусы и дуга делаются в сечении угловой формы и скрепляются между собой различной формы внутренними связями, образуя так. обр. прочную жесткую систему – раму секстанта. Рама секстанта имеет (фиг. 1) с задней стороны три ножки, на которых секстант можно положить на стол или в ящик, и деревянную ручку R, за которую секстант держат в руке во время наблюдений. На передней стороне рамы укреплены главные части секстанта. В центре дуги сектора помещается большое зеркало А, скрепленное наглухо с медной линейкой - алидадой секстанта.

Секстант

Посредством алидады большое зеркало можно поворачивать на различные углы. На переднем радиусе укреплено малое зеркало В. На заднем радиусе укреплена специальная стойка S, в которую ввинчивается астрономическая (с увеличением в 8—12 раз) или земная труба Т, посредством которой и производятся наблюдения. В окуляре зрительной трубы натянуты четыре тонкие проволоки, образующие сеть в виде небольшого квадрата. В дуге сектора секстанта врезана узкая серебряная пластинка - лимб KL с нанесенными на ней делениями на градусы и десятки минут. Для увеличения точности отсчетов измеряемых секстантом углов на конце алидады имеется небольшая линейка, верньер, при передвижении алидады скользящая вдоль лимба; с помощью верньера измеренные углы м. б. отсчитаны с точностью до 10". Начальный штрих верньера называется индексом. Т.к. деления верньера очень мелки, то для рассматривания их имеется специальная лупа О, укрепленная на алидаде. Алидаду можно передвигать или грубо рукой и закреплять в любом положении посредством стопорного винта G или, зажав последний, медленно передвигать алидаду микрометрическим винтом Н. При наблюдениях солнца перед зеркалами секстанта накидывают различной густоты цветные стекла Е и F, помещающиеся в откидных рамках перед зеркалами.

Устройство секстанта основано на законах отражения света от плоских зеркал

Описанное устройство секстанта основано на законах отражения света от плоских зеркал. Желая измерить угол QOP (фиг. 2) между предметами Р и Q, поставим на пути луча, идущего от предмета Q к глазу наблюдателя О, большое зеркало А. Луч QA отразится от него и пойдет по линии АВ к малому зеркалу В. Отразившись от последнего, луч может пойти по линии ВО в глаз наблюдателя, если большое зеркало будет установлено под соответствующим углом. Тогда глазу наблюдателя О оба предмета Р и Q будут видны по одному направлению, т. е. предметы будут казаться совмещенными. По углу между зеркалами ВМА в этом их положении рассчитывают и угол QOP между предметами. Обозначая углы падения и отражения луча на А через α, а те же углы по отношению к зеркалу В через β, из треугольника ОАВ имеем 180° - 2α = 180° - 2β + <O, или <O = 2(β - α). Из треугольника же MBA: β = <M + α, или <M= β - α. Следовательно, <О = 2<M, т. е. угол между предметами равен удвоенному углу между зеркалами при таком положении последних, когда прямо видимое изображение одного предмета Р совпадает с дважды отраженным изображением другого предмета Q. Чтобы зеркало В не закрывало собой прямо видимого предмета, одна половина этого зеркала оставляется прозрачной, и только ближайшая к корпусу секстанта половина делается зеркальной. Отсчеты углов между зеркалами производятся по лимбу и верньеру, и, чтобы каждый раз не удваивать сделанных отсчетов, все полуградусные деления лимба раз навсегда обозначены как целые градусы. Чтобы сделать отсчет, нужно заметить на лимбе секстанта те штрихи, между которыми приходится индекс верньера; и записать градусы и десятки минут. Затем перевести глаз на верньер и отыскать в нем совпадающие штрихи лимба и верньера. Тогда отсчет по верньеру даст минуты дуги и десятки секунд. Присоединив их к записанному отсчету на лимбе, получим измеренный угол в градусах, минутах и десятках секунд. Желая измерить или, как говорят, «взять» высоту солнца в море, вынимают секстант из ящика, в котором он постоянно хранится, и, установив предварительно трубу по своему глазу, ввинчивают ее на место. Держа затем секстант в правой руке за ручку, накидывают перед большим зеркалом, смотря по яркости солнца, одно или два цветных стекла, располагают плоскость секстанта в вертикале солнца и, смотря в трубу, наводят ее на видимый морской горизонт. Т. к. труба астрономическая, то в поле зрения трубы будет вверху море, а внизу небо. Кроме того, в поле зрения трубы будет виден крест или квадрат из нитей, помещенных в фокальной плоскости объектива трубы, для того чтобы совмещения предметов делать именно вблизи оптической оси трубы. Не теряя затем горизонта из поля зрения трубы, двигают алидаду от себя вперед, пока в поле зрения трубы не покажется дважды отраженное изображение солнца. Закрепив тогда алидаду стопорным винтом, действуют винтом микрометрическим и подводят нижний край солнца к черте видимого горизонта. При этом, чтобы быть уверенным, что высота солнца берется именно в вертикале его, а не в какой-нибудь наклонной плоскости, необходимо слегка покачивать секстант около горизонтальной оси, добиваясь, чтобы при покачивании секстанта изображение солнца в поле зрения трубы описывало дугу, касательную к черте видимого горизонта. В момент измерения высоты необходимо заметить момент по часам, что делается помощником наблюдателя, измеряющего высоту по его команде. Высоты звезд ночью брать труднее, так как сами они представляют собой слабо светящиеся точки и морской горизонт представляется ночью неотчетливой, расплывчатой, довольно широкой полосой. Поэтому звездные наблюдения вообще труднее солнечных и их предпочитают производить в сумерках, когда морской горизонт виден еще достаточно отчетливо, а яркие звезды уже появились. При измерении секстантом углов между земными предметами инструмент держат в правой руке, но плоскость лимба располагают в плоскости, проходящей через глаз наблюдателя и оба предмета. Принимая левый предмет за прямо видимый и наведя на него трубу секстанта, движением алидады приводят правый предмет в поле зрения трубы и стопорят алидаду стопорным винтом. Затем действием микрометрического винта приводят оба предмета в точное соприкосновение и производят отсчет. Взятые секстантом высоты светил будут верны только в том случае, если инструментальные ошибки секстанта сведены до минимума и оставшиеся ошибки определены.

Перед отпуском на корабль каждый секстант тщательно исследуется на Морской обсерватории. Исправный секстант должен удовлетворять следующим условиям: 1) зеркала секстанта должны быть ограничены плоскими поверхностями, параллельными между собой и перпендикулярными к плоскости лимба; 2) оптическая ось трубы д. б. параллельна плоскости лимба; 3) деления лимба и верньера д. б. нанесены правильно; 4) цветные стекла д. б. ограничены плоскими и параллельными между собой поверхностями; 5) центр вращения алидады должен совпадать с центром дуги лимба; 6) при параллельности зеркал индекс верньера должен находиться вблизи нуля делений лимба. Часть этих проверок выполняется на обсерватории, а часть приходится производить самому наблюдателю на корабле. Так, исследование зеркал и цветных стекол производится обсерваторией, и на суда отпускаются секстанты только с вполне исправными зеркалами и стеклами. Правильность нанесения штрихов на лимбе и верньере проверяется на обсерватории, так же как параллельность оптической оси трубы и эксцентрическая ошибка секстанта (несовпадение оси вращения и алидады с центром деления лимба). Исследование секстанта на обсерватории заканчивается составлением таблички поправок измеренных секстантом углов при различной величине последних. На судне проверяют гл. обр. следующие ошибки секстанта. Перпендикулярность большого зеркала плоскости лимба; закрепив алидаду у середины лимба и держа секстант горизонтально, большим зеркалом у глаза смотрят под острым углом на отражение лимба в большом зеркале. Если отраженное изображение лимба составляет продолжение прямо видимого его изображения без излома, то большое зеркало перпендикулярно к плоскости лимба. Если заметен излом, то винтом, имеющимся в оправе большого зеркала, добиваются устранения излома и восстановления перпендикулярности. Когда большое зеркало установлено перпендикулярно к плоскости лимба, проверяют малое зеркало. Смотря в трубу на солнце или какой-нибудь отдаленный предмет, движением алидады проводят его отраженное изображение через прямо видимое изображение предмета. При параллельности зеркал одно изображение должно точно покрывать другое. Если же изображения проходят в стороне друг от друга, то зеркала не параллельны, и винтом, имеющимся в оправе малого зеркала, добиваются этой параллельности. Другой винт в оправе малого зеркала служит для уменьшения погрешности индекса. Эта ошибка секстанта происходит от несовпадения индекса верньера с нулем лимба при параллельных зеркалах, а также от приведения вершины измеренного угла к оси вращения большого зеркала. Эта важнейшая ошибка секстанта всегда определяется при всяких наблюдениях до или после них. Совместив прямо видимое и отраженное изображение одного и того же предмета, делают отсчет. Если он больше 0°, то величина его дает погрешность индекса со знаком минус. Если отсчет меньше 360°, то дополнение сделанного отсчета до 360° дает погрешность индекса со знаком плюс. Т. к. при наблюдениях солнца трудно заметить точное покрытие прямо видимого диска солнца отраженным, то приводят в соприкосновение сперва верхние края солнца, затем нижние и каждый раз делают отсчет. Средний из сделанных двух отсчетов и дает искомый отсчет для определения погрешности индекса. В последнее время с развитием аэронавигации появилось несколько образцов секстантов с искусственными горизонтами. Наиболее совершенные из них имеют небольшие уровни, и отраженное изображение солнца совмещается с пузырьком уровня, рассматриваемым в трубу, как прямо видимый предмет.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 20 - 1933 г.

Секстант