Посох — навигационный инструмент, который использовался для измерения высоты небесного тела , в частности Солнца или Луны . Наблюдая за Солнцем, пользователи держали Солнце спиной (отсюда и название) и наблюдали за тенью, отбрасываемой верхним флюгером на флюгере горизонта. Его изобрел английский мореплаватель Джон Дэвис , описавший его в своей книге «Тайны моряка» в 1594 году .[1]
Бакстафф — это название любого инструмента, измеряющего высоту Солнца по проекции тени. Похоже, что идея измерения высоты Солнца с помощью обратных наблюдений возникла у Томаса Хэрриота . [2] Многие типы инструментов произошли от перекрестного посоха , который можно классифицировать как посох. Только квадрант Дэвиса остается доминирующим в истории навигационных приборов. Действительно, квадрант Дэвиса по сути является синонимом бэкстаффа. Однако Дэвис не был ни первым, ни последним, кто разработал такой инструмент, и здесь рассматриваются и другие.
Капитан Джон Дэвис изобрел версию посоха в 1594 году. Дэвис был мореплавателем, который был хорошо знаком с инструментами того времени, такими как морская астролябия , квадрант и поперечный посох . Он осознал присущие каждому из них недостатки и попытался создать новый инструмент, который мог бы уменьшить эти проблемы и повысить простоту и точность определения высоты Солнца .
Одна из ранних версий квадрантного аппарата показана на рисунке 1 . [3] К посоху была прикреплена дуга, позволяющая скользить по посоху (форма не имеет решающего значения, хотя была выбрана изогнутая форма). Дуга (А) была расположена так, чтобы ее тень падала на флюгер горизонта (В). Штурман смотрел вдоль рейки и наблюдал за горизонтом через щель в горизонтальном флюгере. Сдвинув дугу так, чтобы тень совпадала с горизонтом, можно было прочитать угол наклона солнца на градуированном рейке. Это был простой квадрант, но он не был настолько точным, как хотелось бы. Точность инструмента зависит от длины рейки, но длинная рейка делала инструмент более громоздким. Максимальная высота, которую можно было измерить этим прибором, составляла 45°.
Следующий вариант его квадранта показан на рисунке 2 . [3] Дуга в верхней части инструмента в предыдущей версии была заменена теневой лопастью , расположенной на транце. Эту фрамугу можно было перемещать по градуированной шкале, чтобы указать угол тени над посохом. Под рейкой была добавлена дуга в 30°. Горизонт, видимый через флюгер слева, совпадает с тенью. Визирный аппарат по дуге перемещается до совмещения с видом на горизонт. Измеренный угол представляет собой сумму угла, указанного положением транца, и угла, измеренного по шкале на дуге.
Инструмент, который теперь идентифицируется как Дэвис, показан на рисунке 3 . [4] Эта форма сложилась к середине 17 века. [4] Дуга квадранта разделена на две части. Дуга меньшего радиуса с размахом 60° была установлена над рейкой. Дуга большего радиуса с размахом 30° была установлена внизу. Обе дуги имеют общий центр. В общем центре устанавливался щелевой горизонтальный флюгер (В). На верхней дуге был установлен подвижный теневой флюгер так, чтобы его тень отбрасывалась на горизонтальный флюгер. На нижней дуге (С) устанавливался подвижный смотровой флюгер .
Человеку легче разместить лопасть в определенном месте, чем читать дугу в произвольном месте. Это связано с остротой нониуса — способностью человека точно совмещать два отрезка линии. Таким образом, дугу небольшого радиуса с относительно небольшим количеством делений можно использовать для точного размещения теневой лопатки под определенным углом. С другой стороны, перемещение смотрового щитка в место, где линия горизонта встречается с тенью, требует большой дуги. Это связано с тем, что положение может составлять доли градуса, а большая дуга позволяет считывать меньшие деления с большей точностью. Большая дуга инструмента в последующие годы была отмечена поперечными линиями , чтобы можно было считывать дугу с большей точностью, чем позволяют основные градуировки. [5]
Таким образом, Дэвис смог оптимизировать конструкцию квадранта, чтобы он имел как маленькую, так и большую дугу, обеспечивая эффективную точность квадранта одной дуги большого радиуса, не делая при этом весь инструмент таким большим. Эта форма инструмента стала синонимом посоха. Это была одна из наиболее широко используемых форм посоха. Мореплаватели континентальной Европы назвали его Английским квадрантом .
Более поздняя модификация квадранта Дэвиса заключалась в использовании стекла Флемстида вместо теневого флюгера; это было предложено Джоном Флемстидом . [4] На флюгере была размещена линза, которая проецировала изображение солнца на флюгере горизонта вместо тени. Это было полезно в условиях, когда небо было туманным или слегка пасмурным; тусклый образ солнца ярче проявлялся на флюгере горизонта, где не было видно тени. [5]
Чтобы использовать инструмент, штурман должен был разместить теневой флюгер в месте, соответствующем высоте Солнца. Держа инструмент перед собой, солнцем за спиной, он держит инструмент так, чтобы тень, отбрасываемая теневым флюгером, падала на флюгер горизонта сбоку от щели. Затем он перемещает смотровой флюгер так, чтобы наблюдать за горизонтом по линии от смотрового флюгера через его щель, одновременно сохраняя положение тени. Это позволяет ему измерить угол между горизонтом и солнцем как сумму углов, снятых по двум дугам.
Поскольку край тени представляет собой лимб Солнца, он должен скорректировать значение полудиаметра Солнца .
Квадрант Элтона произошел от квадранта Дэвиса. Он добавил указательный рычаг с уровнями для создания искусственного горизонта.
Полукрест был инструментом , который был современником квадранта Дэвиса. Он был популярен за пределами Англии. [4]
Вертикальный транец представлял собой полутранец на поперечном древке , отсюда и название полукрест . Он поддерживал теневую лопасть (А на рис. 4 ), которую можно было установить на одну из нескольких высот (три по Мэю, [4] четыре по де Хильстеру [6] ). Установив высоту теневой лопатки, можно было установить диапазон измеряемых углов. Транец можно было перемещать по рейке, а угол считывать по одной из градуированных шкал на рейке.
Смотровой флюгер (С) и горизонтальный флюгер (В) были визуально совмещены с горизонтом. Угол был определен с помощью тени теневого флюгера, отброшенной на флюгер горизонта и выровненной по горизонту. На практике этот инструмент оказался точным, но более громоздким, чем квадрант Дэвиса. [6]
Плугом называли необычный инструмент, просуществовавший недолгое время . [4] Это был частично поперечный посох , частично задний посох. На рисунке 5 A — это транец, отбрасывающий тень на горизонтальный флюгер в точке B. Он функционирует так же, как и рейка на рисунке 1 . С — смотровой флюгер. Навигатор использует визирную лопасть и горизонтальную лопасть для выравнивания прибора по горизонтали. Смотровой флюгер можно перемещать слева направо вдоль рейки. D — это транец, такой же, как на поперечине. На этом транце есть две лопатки, которые можно перемещать ближе или дальше от рейки, чтобы имитировать транцы разной длины. Транец можно перемещать по рейке и использовать для измерения углов.
Посох Альмукантара — это устройство, специально используемое для измерения высоты Солнца на малых высотах.
Поперечная рейка обычно представляла собой инструмент прямого наблюдения. Однако в последующие годы он был модифицирован для использования при наблюдениях за спиной.
Существовала разновидность квадранта — квадрант заднего наблюдения — которая использовалась для измерения высоты Солнца путем наблюдения за тенью, отбрасываемой на горизонтальный флюгер.
Томас Худ изобрел этот посох в 1590 году. [4] Его можно было использовать для геодезии, астрономии или других геометрических задач.
Он состоит из двух компонентов: транца и двора. Транец представляет собой вертикальную составляющую и имеет градуировку от 0° вверху до 45° внизу. В верхней части транца установлен флюгер, отбрасывающий тень. Двор горизонтальный и имеет уклон от 45° до 90°. Транец и рей соединены специальной арматурой ( двойное гнездо на рис. 6 ), позволяющей независимо регулировать фрамугу по вертикали и рею по горизонтали.
Можно было построить инструмент с реем вверху транца, а не внизу. [7]
Первоначально транец и ярд устанавливаются так, что они соединяются под соответствующим углом 45°. Прибор держат так, чтобы двор был горизонтален (штурман может видеть горизонт вдоль двора, чтобы помочь в этом). Патрубок ослабляется так, что транец перемещается вертикально до тех пор, пока тень от флюгера не будет отбрасываться на угол верфи 90°. Если движение только транца может обеспечить это, высота определяется градуировкой транца. Если солнце находится слишком высоко для этого, горизонтальное отверстие в розетке ослабляют и двор перемещают, чтобы тень могла попасть на отметку 90°. Затем двор дает высоту.
Это был довольно точный инструмент, поскольку деления были расположены на хорошем расстоянии по сравнению с обычным перекрестным рейком . Однако он был немного громоздким, и с ним было трудно справиться на ветру.
Это устройство, позднее пополнившее коллекцию посохов в мире навигации, было изобретено Бенджамином Коулом в 1748 году. [4]
Инструмент состоит из рейки с поворотным квадрантом на одном конце. Квадрант имеет теневую лопасть , к которой при необходимости можно прикрепить линзу, подобную стеклу Флемстида квадранта Дэвиса, в верхнем конце градуированной шкалы (А на рисунке 7 ). Это отбрасывает тень или проецирует изображение солнца на флюгер горизонта (B). Наблюдатель наблюдает за горизонтом через отверстие в смотровом флюгере (D) и щель в горизонтальном флюгере, чтобы убедиться, что инструмент стоит ровно. Компонент квадранта поворачивается до тех пор, пока горизонт и изображение или тень солнца не совпадут. Затем высоту можно прочитать по шкале квадранта. Для уточнения показаний на рейке (С) установлен круглый нониус .
Тот факт, что такой инструмент был введен в середине XVIII века, показывает, что квадрант все еще оставался жизнеспособным инструментом даже при наличии октанта .
Английский ученый Джордж Адамс в то же время создал очень похожий посох. Версия Адама гарантировала, что расстояние между стеклом Флемстида и горизонтальным флюгером было таким же, как расстояние от флюгера до смотрового флюгера. [8]
Эдмунд Гюнтер изобрел квадрант арбалета , также называемый морским луком , 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 в градусе на дуге немного больше одного градуса. Примеры инструментов можно найти с градуировкой от 0° до 90° или с двумя зеркальными сегментами от 0° до 45°, центрированными в средней точке дуги. [4]
Прибор имеет три флюгера: горизонтальный флюгер (А на рисунке 8 ), в котором имеется отверстие для наблюдения за горизонтом, теневой флюгер (В) для отбрасывания тени на горизонтальный флюгер и визирный флюгер (С), который штурман используется для просмотра горизонта и тени на флюгере горизонта. Это служит для обеспечения горизонтального положения прибора и одновременного измерения высоты Солнца. Высота — это разница угловых положений тени и визирных лопаток.
В некоторых версиях этого инструмента на дуге отмечалось склонение Солнца для каждого дня года. Это позволило штурману установить дату на теневом флюгере, и прибор напрямую считывал высоту.
В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чемберс, Эфраим , изд. (1728). Циклопедия, или Универсальный словарь искусств и наук (1-е изд.). Джеймс и Джон Кнаптон и др. {{cite encyclopedia}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )