Квадрант – это прибор , используемый для измерения углов до 90° . Различные версии этого прибора можно использовать для расчета различных показаний, таких как долгота , широта и время суток . Самое раннее зарегистрированное его использование было в древней Индии во времена Ригведы Риши Атри для наблюдения солнечного затмения. [1] [2] Затем Птолемей предложил ее как лучший вид астролябии . [3] Позже средневековые мусульманские астрономы создали несколько различных вариантов этого инструмента . Квадранты фрески были важными астрономическими инструментами в европейских обсерваториях 18-го века , что позволило использовать позиционную астрономию .
Термин «квадрант» , означающий одну четверть, относится к тому факту, что ранние версии инструмента были созданы на основе астролябий. Квадрант объединил работу астролябии в область, составляющую одну четверть размера грани астролябии; по сути, это была четверть астролябии.
Во времена Ригведы в древней Индии квадранты, называемые «Туреям», использовались для измерения степени великого солнечного затмения . Использование Турияма для наблюдения солнечного затмения Риши Атри описано в пятой мандале Ригведы , [ 1] [2] , скорее всего, между ок. 1500 и 1000 гг. до н.э. [4]
Ранние описания квадранта также взяты из « Альмагеста » Птолемея около 150 года нашей эры. Он описал «постамент», который мог измерять высоту полуденного солнца, проецируя тень от колышка на градуированную дугу в 90 градусов. [5] Этот квадрант отличался от более поздних версий инструмента; он был крупнее и состоял из нескольких движущихся частей. Версия Птолемея была производной от астролябии, и целью этого элементарного устройства было измерение угла меридиана Солнца.
Исламские астрономы в средние века усовершенствовали эти идеи и построили квадранты по всему Ближнему Востоку в таких обсерваториях, как Мараге , Рей и Самарканд . Сначала эти квадранты обычно были очень большими и неподвижными, и их можно было поворачивать в любом направлении, чтобы определить высоту и азимут любого небесного тела. [5] Поскольку исламские астрономы добились успехов в астрономической теории и точности наблюдений, им приписывают разработку четырех различных типов квадрантов в средние века и позднее. Первый из них, квадрант синуса , был изобретен Мухаммадом ибн Мусой аль-Хорезми в 9 веке в Доме мудрости в Багдаде. [6] : 128 Другими типами были универсальный квадрант, хорарный квадрант и квадрант астролябии.
В средние века знания об этих инструментах распространились в Европу. В XIII веке еврейский астроном Якоб бен Махир ибн Тиббон сыграл решающую роль в дальнейшем развитии квадранта. [7] Он был опытным астрономом и написал несколько томов по этой теме, в том числе влиятельную книгу, в которой подробно описывается, как построить и использовать улучшенную версию квадранта. Квадрат, который он изобрел, стал известен как Novus Quadrans , или новый квадрант. [8] Это устройство было революционным, потому что это был первый квадрант, который не включал в себя несколько движущихся частей и, следовательно, мог быть намного меньше и портативнее.
Рукописи Тиббона на иврите были переведены на латынь и улучшены французским ученым Питером Найтингейлом несколько лет спустя. [9] [10] Благодаря переводу Тиббон, или Профатий Иудей, как его называли на латыни, стал влиятельным именем в астрономии. Его новый квадрант был основан на идее о том, что стереографическая проекция, определяющая планисферическую астролябию, все еще может работать, если части астролябии сложены в один квадрант. [11] В результате получилось устройство, которое оказалось намного дешевле, проще в использовании и портативнее, чем стандартная астролябия. Работы Тиббона имели далеко идущие последствия и оказали влияние на Коперника , Кристофера Клавиуса и Эразма Рейнхольда ; и его рукопись упоминается в «Божественной комедии» Данте . [7]
Поскольку квадрант стал меньше и, следовательно, более портативным, его ценность для навигации вскоре стала осознаваться. Первое документально подтвержденное использование квадранта для навигации в море относится к 1461 году Диого Гомешу . [12] Моряки начали с измерения высоты Полярной звезды, чтобы определить ее широту. Такое применение квадрантов обычно приписывают арабским морякам, которые торговали вдоль восточного побережья Африки и часто путешествовали вне поля зрения суши. Вскоре стало более распространенным определять высоту Солнца в данный момент времени из-за того, что Полярная звезда не видна к югу от экватора.
В 1618 году английский математик Эдмунд Гюнтер адаптировал квадрант, придумав изобретение, которое стало известно как квадрант Гюнтера. [13] Этот карманный квадрант был революционным, поскольку на нем были нанесены проекции тропиков, экватора, горизонта и эклиптики. Имея правильные таблицы, можно было бы использовать квадрант для определения времени, даты, продолжительности дня и ночи, времени восхода и захода солнца и меридиана. Квадрант Гюнтера был чрезвычайно полезен, но имел свои недостатки; шкалы применялись только к определенной широте, поэтому использование инструмента в море было ограничено.
Существует несколько типов квадрантов:
Их также можно классифицировать как: [15]
Геометрический квадрант представляет собой панель в четверть круга, обычно из дерева или латуни. Маркировки на поверхности могут быть напечатаны на бумаге и наклеены на дерево или нарисованы непосредственно на поверхности. Маркировка духовых инструментов была нанесена прямо на медь.
Самые ранние образцы морской навигации были найдены около 1460 года. Они не были градуированы в градусах, а скорее имели широту наиболее распространенных направлений, прямо написанную на их конечностях. При использовании навигатор будет плыть на север или юг до тех пор, пока квадрант не укажет, что он находится на широте пункта назначения, поворачивать в направлении пункта назначения и плыть к пункту назначения, сохраняя курс на постоянной широте. После 1480 года все больше инструментов изготавливалось с конечностями, градуированными в градусах. [21]
Вдоль одного края располагались две достопримечательности, образующие алидаду . Отвес подвешивался за линию , идущую от центра дуги вверху.
Чтобы измерить высоту звезды, наблюдатель должен был рассматривать звезду через прицел и удерживать квадрант так, чтобы плоскость инструмента была вертикальной. Отвесу разрешалось висеть вертикально, а линия указывала показания градуировки дуги . Нередко второй человек снимал показания, в то время как первый сосредоточился на наблюдении и удержании прибора в правильном положении.
Точность инструмента была ограничена его размером и влиянием ветра или движения наблюдателя на отвес. Штурманам на палубе движущегося корабля преодолеть эти ограничения может быть сложно.
Чтобы не смотреть на солнце при измерении его высоты, мореплаватели могли держать прибор перед собой так, чтобы солнце было сбоку от него. Благодаря тому, что смотровая лопасть, обращенная к солнцу, отбрасывала тень на нижнюю визирную лопасть, можно было направить инструмент по солнцу. Необходимо будет позаботиться о том, чтобы была определена высота центра Солнца. Это можно сделать, усреднив высоты верхней и нижней тени в тени.
Для проведения измерений высоты Солнца был разработан задний квадрант наблюдения. [21]
При таком квадранте наблюдатель наблюдал за горизонтом через смотровой флюгер (С на рисунке справа) через щель в горизонтальном флюгере (Б). Это гарантировало, что инструмент стоит ровно. Наблюдатель переместил теневой флюгер (А) в такое положение на градуированной шкале, чтобы его тень казалась совпадающей с уровнем горизонта на горизонтальном флюгере. Этот угол и был высотой Солнца.
Большие квадранты кадра использовались для астрономических измерений, в частности для определения высоты небесных объектов . Это могут быть постоянные инсталляции, например, квадранты фресок . Меньшие квадранты можно перемещать. Как и аналогичные астрономические секстанты , их можно было использовать в вертикальной плоскости или делать регулируемыми для любой плоскости.
Если их установить на постамент или другое крепление, их можно будет использовать для измерения углового расстояния между любыми двумя небесными объектами.
Детали их конструкции и использования по существу такие же, как и у астрономических секстантов ; подробности см. в этой статье.
Военно-морской флот: используемый для измерения высоты корабельной пушки, квадрант нужно было разместить на цапфе каждого орудия, чтобы оценить дальность после заряжания. Показания снимались в верхней части крена корабля, пушка настраивалась и проверялась снова в верхней части крена, и он переходил к следующему орудию, пока все, из которых нужно было стрелять, не были готовы. Был проинформирован наводчик корабля, который, в свою очередь, проинформировал капитана... Вы можете стрелять, когда будете готовы... при следующем высоком выстреле будет произведен выстрел из пушки.
В более современных приложениях квадрант прикрепляется к цапфе или большому военно-морскому орудию, чтобы выровнять его по ориентирам, приваренным к палубе корабля. Это сделано для того, чтобы выстрел из орудия не «деформировал палубу». Плоская поверхность на артиллерийской рубке или башне также проверяется по эталонам, чтобы убедиться, что большие подшипники и/или кольца подшипников не изменились... для «калибровки» орудия.
В средние века производители часто добавляли индивидуальную настройку, чтобы произвести впечатление на человека, для которого предназначался сектор. На больших неиспользуемых местах инструмента часто добавлялся знак или значок, обозначающий принадлежность важному человеку или преданность владельца. [22]
Между прочим, индоарийские заимствования в Митанни подтверждают дату Ригведы ок . 1200–1000 гг. до н.э. Ригведа — это текст позднего бронзового века, то есть датируемый ранее 1000 г. до н.э. Однако митаннийские слова имеют форму индоарийского языка, которая немного старше этой... Очевидно, что Ригведа не может быть старше ок. 1400 г., а учитывая период, необходимый для языковых изменений, он может быть не намного старше ок. 1200 г. до н.э.
