Термин «посох Якоба» используется для обозначения нескольких вещей, также известных как поперечный посох , балластелла , фор-посох , баллестилла или балестилья . В своей самой простой форме посох Якоба представляет собой палку или шест с отметками длины; большинство посохов гораздо сложнее и обычно содержат ряд измерительных и стабилизирующих функций. Два наиболее частых использования:
Простейшим применением посоха Иакова является качественная оценка высоты и угла наклона объекта относительно пользователя посоха.
В навигации этот инструмент также называется рейкой и используется для определения углов, например, угла между горизонтом и Полярной звездой или солнцем для определения широты судна , или угла между верхней и нижней частью объекта для определения расстояния до указанного объекта, если известна его высота, или высоты объекта, если известно расстояние до него, или горизонтального угла между двумя видимыми точками для определения точки на карте.
Посох Иакова, используемый для астрономических наблюдений, также назывался radius astronomicus . С упадком крестообразного посоха в современную эпоху название «посох Иакова» применяется в основном к устройству, используемому для поддержки геодезических инструментов.
Происхождение названия инструмента не определено. Некоторые ссылаются на библейского патриарха Иакова , [1] в частности, в Книге Бытия (Быт. 32:11). [1] Он также может получить свое название из-за своего сходства с Орионом , упоминаемым под именем Иаков на некоторых средневековых звездных картах . [2] [3] Другим возможным источником является посох пилигрима, символ Святого Иакова (Jacobus на латыни). Название крестовый посох просто происходит от его крестообразной формы.
Оригинальный посох Иакова был разработан как однополюсное устройство в 14 веке, которое использовалось для проведения астрономических измерений. Впервые он был описан французско-еврейским математиком Леви бен Жерсоном [4] [5] из Прованса в его «Книге войн Господних» (переведенной как на латынь, так и на иврит). [6] Он использовал еврейское название для посоха, которое переводится как «Открывающий глубины», в то время как термин «посох Иакова» использовался его христианскими современниками. [7] Его изобретение, вероятно, было связано с французско-еврейским астрономом Якобом бен Макиром , который также жил в Провансе в тот же период. [8] Приписывание его австрийскому астроному XV века Георгу Пурбаху [9] менее вероятно, поскольку Пурбах родился только в 1423 году. (Такие приписывания могут относиться к другому инструменту с тем же названием.) Его происхождение может [10] быть прослежено до халдеев около 400 г. до н. э.
Хотя стало вполне общепринятым, что Бен Герсон первым описал посох Иакова, британский синолог Джозеф Нидхэм предполагает, что китайский ученый династии Сун Шэнь Ко (1031–1095) в своих «Очерках о бассейне снов» 1088 года описал посох Иакова. [11] Шэнь был антикваром , интересующимся древними предметами; после того, как он откопал древнее устройство, похожее на арбалет, в саду дома в Цзянсу , он понял, что у него был прицел с градуированной шкалой, который можно было использовать для измерения высоты далеких гор, сравнивая это с тем, как математики измеряют высоты с помощью прямоугольных треугольников. [11] Он писал, что, когда человек осматривает с его помощью всю ширину горы, расстояние на инструменте становится большим; при осмотре небольшой части склона горы расстояние становится коротким; это, как он писал, было связано с тем, что перекладину приходилось отодвигать дальше от глаза, в то время как градуировка начиналась с дальнего конца. Нидхэм не упоминает о каком-либо практическом применении этого наблюдения. [11]
В эпоху средневекового европейского Возрождения голландский математик и геодезист Адриан Метиус разработал свой собственный посох Якоба; голландский математик Джемма Фризиус усовершенствовал этот инструмент. В 15 веке немецкий математик Иоганнес Мюллер (называемый Региомонтанусом ) сделал инструмент популярным в геодезических и астрономических измерениях. [12]
В первоначальной форме поперечного стержня, шест или главный стержень был отмечен градуировкой длины. Поперечина ( BC на рисунке справа), также называемая транцем или поперечником , скользит вверх и вниз по главному стержню. На старых инструментах концы транца были обрезаны прямо поперек. Более новые инструменты имели латунные фитинги на концах с отверстиями в латуни для наблюдения. (В морской археологии эти фитинги часто являются единственными компонентами поперечного стержня, которые сохранились.) [13]
Было принято предоставлять несколько транцев, каждый с различным диапазоном углов, которые он мог бы измерить; три транца были обычным явлением. В более поздних приборах отдельные транцы были заменены на один с колышками для обозначения концов. Эти колышки устанавливались в одну из нескольких пар отверстий, симметрично расположенных по обе стороны транца. Это обеспечивало ту же возможность с меньшим количеством деталей. [10] Транец в версии Фризиуса имел скользящую лопасть на транце в качестве конечной точки. [10]
Пользователь прикладывает один конец основной рейки к щеке, чуть ниже глаза. Наведя горизонт на конец нижней части транца (или через отверстие в латунном фитинге) [ B ], затем отрегулировав поперечный рычаг на основной рейке до тех пор, пока солнце не окажется на другом конце транца [ C ], можно определить высоту, прочитав положение поперечного рычага на шкале на основной рейке. Это значение было преобразовано в угловое измерение путем поиска значения в таблице.
Оригинальная версия не использовалась в море до эпохи Великих географических открытий . О ее использовании сообщил Жуан де Лисбоа в своем «Трактате о морской игле» 1514 года . [14] Иоганнес Вернер предложил использовать поперечный посох в море в 1514 году [10] , и были введены усовершенствованные инструменты для использования в навигации. Джон Ди представил его в Англии в 1550-х годах. [1] В усовершенствованных версиях стержень был градуирован непосредственно в градусах. Этот вариант инструмента неправильно называется посохом Иакова , но является поперечным посохом. [8]
Поперечный посох был сложен в использовании. Чтобы получить последовательные результаты, наблюдателю приходилось располагать конец шеста точно напротив своей щеки. Он должен был наблюдать горизонт и звезду в двух разных направлениях, не перемещая инструмент, когда он переводил взгляд с одного на другое. Кроме того, наблюдения за солнцем требовали, чтобы навигатор смотрел прямо на солнце. Это могло быть неудобным упражнением и затрудняло получение точной высоты солнца. Мореплаватели стали устанавливать дымчатое стекло на концах транцев, чтобы уменьшить блики солнца. [10] [15]
.svg/1280px-Seal_of_New_York_City_(BW).svg.png)
В качестве навигационного инструмента этот инструмент в конечном итоге был заменен сначала посохом или квадрантом , ни один из которых не требовал от пользователя смотреть прямо на солнце, а позднее октантом и секстантом . Возможно, под влиянием посоха некоторые мореплаватели модифицировали поперечный посох, чтобы он работал больше как первый. К концам самой длинной поперечины были добавлены лопасти, а к концу основного посоха — еще одна. Инструмент был перевернут так, что тень верхнего лопасти на поперечине падала на лопасть на конце посоха. Навигатор держал инструмент так, чтобы видеть горизонт, выровненный с нижним лопастью и лопастью на конце посоха. Совмещая горизонт с тенью солнца на лопасти на конце посоха, можно было определить высоту солнца. [16] Это фактически увеличило точность инструмента, так как мореплавателю больше не нужно было располагать конец посоха точно на своей щеке.
Другим вариантом поперечного шеста был шпигельбог , изобретенный в 1660 году голландцем Йостом ван Брином.
В конечном итоге, поперечный рейт не смог конкурировать с задним рейт во многих странах. С точки зрения обращения задним рейт оказался более простым в использовании. [17] Однако, было доказано несколькими авторами, что с точки зрения точности поперечный рейт превосходил задний рейт. [18] Задние рейт больше не разрешались на борту судов Голландской Ост-Индской компании с 1731 года, а октанты не разрешались до 1748 года. [18]
В геодезии термин «штанга Якоба» относится к моноподу , одинарному прямому стержню или рейке, изготовленному из цветного металла, заострённому и покрытому металлом в нижней части для проникновения в землю. [19] Он также имеет винтовое основание и иногда шаровой шарнир на креплении и используется для поддержки компаса , транзита или другого инструмента. [20]
Термин «поперечный посох» может также иметь другое значение в истории геодезии. В то время как астрономический поперечный посох использовался в геодезии для измерения углов, также использовались два других устройства, называемых поперечным посохом. [21]
В прошлом на посохе Якоба использовались многие геодезические инструменты. К ним относятся:
Некоторые устройства, такие как современные оптические мишени для лазерной съемки, по-прежнему широко используются на посохе Якоба.
В геологии посох Якоба в основном используется для измерения стратиграфической толщины в полевых условиях, особенно когда слоистость не видна или неясна (например, покрытый выход) и когда из-за конфигурации выхода кажущаяся и реальная толщина слоев расходятся, что затрудняет использование рулетки. При использовании этого инструмента следует ожидать определенного уровня погрешности из-за отсутствия точного эталонного значения для измерения стратиграфической толщины. Высокоточные конструкции включают лазер, способный скользить вертикально вдоль посоха и вращаться в плоскости, параллельной напластованию. [23]
