Бэкстафф — навигационный инструмент , который использовался для измерения высоты небесного тела , в частности Солнца или Луны . При наблюдении за Солнцем пользователи держали Солнце за спиной (отсюда и название) и наблюдали за тенью, отбрасываемой верхним флюгером на горизонтальный флюгер. Он был изобретен английским мореплавателем Джоном Дэвисом , который описал его в своей книге «Секреты моряка» в 1594 году. [1]
Backstaff — это название любого инструмента, который измеряет высоту солнца по проекции тени. Похоже, что идея измерения высоты солнца с помощью обратных наблюдений возникла у Томаса Харриота . [2] Многие типы инструментов произошли от поперечного посоха , который можно классифицировать как backstaff. Только квадрант Дэвиса остается доминирующим в истории навигационных инструментов. Действительно, квадрант Дэвиса по сути является синонимом backstaff. Однако Дэвис не был ни первым, ни последним, кто разработал такой инструмент, и здесь рассматриваются и другие.
Капитан Джон Дэвис изобрел версию рейки в 1594 году. Дэвис был навигатором, который был хорошо знаком с инструментами того времени, такими как морская астролябия , квадрант и рейка . Он осознавал присущие каждому из них недостатки и стремился создать новый инструмент, который мог бы уменьшить эти проблемы и повысить простоту и точность получения солнечных высот .
Одна из ранних версий квадрантного посоха показана на рисунке 1. [ 3] Он имел дугу, прикрепленную к посоху, так что он мог скользить вдоль посоха (форма не имеет значения, хотя была выбрана изогнутая форма). Дуга (A) была размещена так, чтобы она отбрасывала тень на горизонтальный флюгер (B). Штурман смотрел вдоль посоха и наблюдал за горизонтом через щель в горизонтальном флюгере. Сдвинув дугу так, чтобы тень совпадала с горизонтом, можно было прочитать угол солнца на градуированной посохе. Это был простой квадрант, но он был не таким точным, как хотелось бы. Точность прибора зависит от длины посоха, но длинный посох делал инструмент более громоздким. Максимальная высота, которую можно было измерить с помощью этого инструмента, составляла 45°.
Следующая версия его квадранта показана на рисунке 2. [ 3] Дуга на верхней части инструмента в предыдущей версии была заменена теневым флюгером , размещенным на транце. Этот флюгер можно было перемещать по градуированной шкале, чтобы указать угол тени над рейкой. Под рейкой была добавлена дуга в 30°. Горизонт, видимый через горизонтальный флюгер слева, совмещен с тенью. Визирный флюгер на дуге перемещается до тех пор, пока он не совпадет с видом на горизонт. Измеренный угол представляет собой сумму угла, указанного положением транца, и угла, измеренного по шкале на дуге.
Инструмент, который теперь идентифицируется с Дэвисом, показан на рисунке 3. [4] Эта форма развилась к середине 17-го века. [ 4] Дуга квадранта была разделена на две части. Дуга меньшего радиуса, с размахом 60°, была установлена над рейкой. Дуга большего радиуса, с размахом 30°, была установлена ниже. Обе дуги имеют общий центр. В общем центре был установлен щелевой горизонтальный флюгер (B). Подвижный теневой флюгер был размещен на верхней дуге так, чтобы его тень отбрасывалась на горизонтальный флюгер. Подвижный визирный флюгер был установлен на нижней дуге (C).
Человеку легче поместить флюгер в определенное место, чем считывать дугу в произвольном положении. Это связано с остротой зрения Вернье , способностью человека точно выровнять два линейных сегмента. Таким образом, дуга с небольшим радиусом, отмеченная относительно небольшим количеством делений, может быть использована для точного размещения теневого флюгера под определенным углом. С другой стороны, перемещение визирного флюгера в место, где линия горизонта встречается с тенью, требует большой дуги. Это связано с тем, что положение может быть на уровне долей градуса, а большая дуга позволяет считывать меньшие деления с большей точностью. Большая дуга инструмента в более поздние годы была отмечена трансверсалью, чтобы можно было считывать дугу с большей точностью, чем позволяют основные деления. [5]
Таким образом, Дэвису удалось оптимизировать конструкцию квадранта, чтобы иметь как малую, так и большую дугу, что позволило добиться эффективной точности одного дугового квадранта большого радиуса, не делая весь инструмент слишком большим. Эта форма инструмента стала синонимом рейки. Это была одна из наиболее широко используемых форм рейки. Навигаторы континентальной Европы называли ее английским квадрантом .
Более поздняя модификация квадранта Дэвиса заключалась в использовании стекла Флемстида вместо теневого флюгера; это было предложено Джоном Флемстидом . [4] Это помещало линзу на флюгер, которая проецировала изображение солнца на горизонтальный флюгер вместо тени. Это было полезно в условиях, когда небо было туманным или слегка пасмурным; тусклое изображение солнца показывалось более ярко на горизонтальном флюгере, где тень не могла быть видна. [5]
Чтобы использовать инструмент, навигатор должен был поместить теневой флюгер в положение, предвосхищающее высоту солнца. Держа инструмент перед собой, с солнцем за спиной, он держит инструмент так, чтобы тень, отбрасываемая теневым флюгером, падала на горизонтальный флюгер сбоку от щели. Затем он перемещает визирный флюгер так, чтобы он наблюдал горизонт по линии от визирного флюгера через щель горизонтального флюгера, одновременно сохраняя положение тени. Это позволяет ему измерить угол между горизонтом и солнцем как сумму угла, считываемого с двух дуг.
Поскольку край тени представляет собой край солнца, он должен скорректировать значение на полудиаметр солнца.
Квадрант Элтона произошел от квадранта Дэвиса. Он добавил указательный рычаг с уровнями для создания искусственного горизонта.
Деми -кросс был инструментом, который был современником квадранта Дэвиса. Он был популярен за пределами Англии. [4]
Вертикальный фрамуга была похожа на полуфрамугу на поперечном древке , отсюда и название полукрест . Она поддерживала теневой флюгер (A на рисунке 4 ), который можно было установить на одну из нескольких высот (три по Мэю [4] , четыре по де Хильстеру [6] ). Устанавливая высоту теневого флюгера, можно было задать диапазон измеряемых углов. Фрамуга могла скользить вдоль древка, а угол считывался с одной из градуированных шкал на древке.
Визирный флюгер (C) и горизонтальный флюгер (B) визуально выровняли по горизонту. Угол определялся по тени теневого флюгера, отбрасываемой на горизонтальный флюгер и выровненной по горизонту. На практике инструмент был точным, но более громоздким, чем квадрант Дэвиса. [6]
Плуг — название необычного инструмента, который существовал недолгое время. [4] Он представлял собой частично поперечную рейку , частично обратную рейку. На рисунке 5 A — это фланг, который отбрасывает тень на горизонтальный флюгер в точке B. Он функционирует так же, как рейка на рисунке 1. C — это визирный флюгер . Навигатор использует визирный флюгер и горизонтальный флюгер для выравнивания инструмента по горизонтали. Визирный флюгер можно перемещать слева направо вдоль рейки. D — это фланг, как на поперечной рейке. На этой рейке есть два флюгера, которые можно перемещать ближе или дальше от рейки, чтобы имитировать рейки разной длины. Фрагмент можно перемещать по рейке и использовать для измерения углов.
Посох Альмукантара — это устройство, специально используемое для измерения высоты солнца на малых высотах.
Поперечный рейт обычно был инструментом прямого наблюдения. Однако в последующие годы он был модифицирован для использования с обратными наблюдениями.
Существовала разновидность квадранта — квадрант заднего наблюдения , который использовался для измерения высоты солнца путем наблюдения за тенью, отбрасываемой на горизонтальный флюгер.
Томас Гуд изобрел эту поперечную рейку в 1590 году. [4] Ее можно было использовать для геодезии, астрономии или решения других геометрических задач.
Он состоит из двух компонентов: транца и рея. Транец является вертикальным компонентом и градуирован от 0° вверху до 45° внизу. В верхней части транца установлен флюгер, отбрасывающий тень. Рей горизонтальный и градуирован от 45° до 90°. Транец и рей соединены специальным креплением (двойное гнездо на рисунке 6 ), которое позволяет независимо регулировать транец по вертикали и рей по горизонтали.
Было возможно построить инструмент с реей в верхней части транца, а не в нижней. [7]
Первоначально транец и рей устанавливаются так, чтобы они были соединены в соответствующих им настройках 45°. Инструмент удерживается так, чтобы рей был горизонтальным (штурман может видеть горизонт вдоль рея, чтобы помочь в этом). Гнездо ослабляется так, чтобы транец перемещался вертикально, пока тень флюгера не будет отбрасываться на отметку 90° рея. Если движение только транца может достичь этого, высота определяется градуировкой транца. Если солнце слишком высоко для этого, горизонтальное отверстие рея в гнезде ослабляется, и рей перемещается, чтобы позволить тени приземлиться на отметке 90°. Затем рей дает высоту.
Это был довольно точный инструмент, поскольку деления были хорошо разнесены по сравнению с обычным крестовым нотоносцем . Однако он был немного громоздким и с ним было трудно обращаться при ветре.
Это устройство, позднее вошедшее в коллекцию навигационных шестов, было изобретено Бенджамином Коулом в 1748 году. [4]
Инструмент состоит из рейки с поворотным квадрантом на одном конце. Квадрант имеет теневой флюгер , который может опционально принимать линзу, такую как стекло Флемстида квадранта Дэвиса, на верхнем конце градуированной шкалы (A на рисунке 7 ). Это отбрасывает тень или проецирует изображение солнца на горизонтальный флюгер (B). Наблюдатель смотрит на горизонт через отверстие в визирном флюгере (D) и щель в горизонтальном флюгере, чтобы убедиться, что инструмент выровнен. Компонент квадранта вращается до тех пор, пока горизонт и изображение или тень солнца не выровняются. Затем высоту можно считать по шкале квадранта. Для уточнения показаний на рейке (C) установлен круговой нониус .
Тот факт, что такой инструмент был представлен в середине XVIII века, показывает, что квадрант оставался жизнеспособным инструментом даже при наличии октанта .
Английский ученый Джордж Адамс создал очень похожую заднюю рейку в то же время. Версия Адама гарантировала, что расстояние между стеклом Флемстида и горизонтальным флюгером было таким же, как расстояние от флюгера до визирного флюгера. [8]
Эдмунд Гюнтер изобрел арбалет-квадрант , также называемый луком моряка , около 1623 года. [4] Он получил свое название из-за сходства с арбалетом лучника .
Этот инструмент интересен тем, что дуга составляет 120°, но градуирована только как дуга 90°. [4] Таким образом, угловое расстояние градуса на дуге немного больше одного градуса. Примеры инструмента можно найти с градуировкой от 0° до 90° или с двумя зеркальными сегментами от 0° до 45°, центрированными на средней точке дуги. [4]
Инструмент имеет три лопасти, горизонтальный флюгер (A на рисунке 8 ), в котором есть отверстие для наблюдения за горизонтом, теневой флюгер (B), чтобы отбрасывать тень на горизонтальный флюгер, и визирный флюгер (C), который навигатор использует для наблюдения за горизонтом и тенью на горизонтальном флюгере. Это служит для обеспечения горизонтального положения инструмента при одновременном измерении высоты солнца. Высота представляет собой разницу в угловых положениях теневого и визирного лопастей.
В некоторых версиях этого инструмента склонение солнца для каждого дня года отмечалось на дуге. Это позволяло навигатору устанавливать теневой флюгер на дату, а инструмент напрямую считывал высоту.
В этой статье использован текст из публикации, которая сейчас находится в общественном достоянии : Chambers, Ephraim , ed. (1728). Cyclopædia, или универсальный словарь искусств и наук (1-е изд.). James and John Knapton, et al. {{cite encyclopedia}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )