Oktant (Instrument) - Octant (instrument)
Der Oktant , auch reflektierender Quadrant genannt , ist ein Messinstrument, das hauptsächlich in der Navigation verwendet wird . Es ist eine Art reflektierendes Instrument .
Etymologie
Der Name Oktant leitet sich vom lateinischen Oktan ab und bedeutet Achtel eines Kreises , da der Bogen des Instruments ein Achtel eines Kreises ist.
Reflektierender Quadrant wird vom Instrument abgeleitet, indem Spiegel verwendet werden, um den Lichtweg zum Beobachter zu reflektieren und dabei den gemessenen Winkel zu verdoppeln. Dies ermöglicht das Instrument ein ein Achtel eines verwenden wiederum eine Viertel- zu messen wiederum oder Quadranten .
Herkunft des Oktanten
Newtons reflektierender Quadrant
CD – Indexarm
G – Horizontspiegel
H – Indexspiegel
PQ – Teilbogen
Isaac Newtons reflektierender Quadrant wurde um 1699 erfunden. Eine detaillierte Beschreibung des Instruments wurde Edmond Halley gegeben , aber die Beschreibung wurde erst nach Halleys Tod im Jahr 1742 veröffentlicht. Es ist nicht bekannt, warum Halley die Informationen nicht zu seinen Lebzeiten veröffentlichte , da dies verhinderte , dass Newton die Anerkennung für die Erfindung erhielt , die im Allgemeinen John Hadley und Thomas Godfrey zugeschrieben wird .
Eine Kopie dieses Instruments wurde von Thomas Heath (Instrumentenbauer) gebaut und wurde möglicherweise in Heaths Schaufenster gezeigt, bevor es 1742 von der Royal Society veröffentlicht wurde.
Newtons Instrument verwendete zwei Spiegel, aber sie wurden in einer etwas anderen Anordnung als die beiden Spiegel verwendet, die in modernen Oktanten und Sextanten zu finden sind . Das Diagramm rechts zeigt die Konfiguration des Gerätes.
Die 45 ° -Bogen des Instruments (PQ), wurden abgestuft mit je 90 Unterteilungen eines halben Grad. Jede dieser Unterteilungen wurde in 60 Teile unterteilt und jeder Teil weiter in Sechstel unterteilt. Dadurch wird der Bogen in Grad, Minuten und Sechstelminuten (10 Sekunden) markiert. Somit könnte das Instrument auf 5 Bogensekunden interpolierte Messwerte aufweisen. Diese Feinheit der Teilung ist nur durch die Größe des Instruments möglich - allein das Zielfernrohr war drei bis vier Fuß lang.
Ein Visierfernrohr (AB), drei oder vier Meter lang, wurde entlang einer Seite des Instruments angebracht. Ein Horizontspiegel wurde in einem Winkel von 45° vor dem Objektiv des Teleskops (G) befestigt . Dieser Spiegel war klein genug, um es dem Betrachter zu ermöglichen, das Bild im Spiegel auf einer Seite zu sehen und auf der anderen Seite direkt nach vorne zu sehen. Der Indexarm (CD) hielt einen Indexspiegel (H) ebenfalls unter 45° zur Kante des Indexarms. Die reflektierenden Seiten der beiden Spiegel standen einander nominell gegenüber, so dass das im ersten Spiegel gesehene Bild das vom zweiten reflektierte ist.
Bei parallelen Spiegeln lautet der Index 0°. Der Blick durch das Teleskop sieht auf einer Seite direkt nach vorn und der Blick aus dem Spiegel G sieht das gleiche Bild von Spiegel H reflektiert (siehe Detailzeichnung rechts). Wenn der Indexarm von Null auf einen großen Wert bewegt wird, reflektiert der Indexspiegel ein Bild, das sich in einer Richtung weg von der direkten Sichtlinie befindet. Mit zunehmender Indexarmbewegung verschiebt sich die Blickrichtung des Indexspiegels in Richtung S (im Detailbild nach rechts). Dies zeigt bei dieser Spiegelanordnung einen leichten Mangel. Der Horizontspiegel blockiert die Sicht des Indexspiegels bei Winkeln von annähernd 90°.
Die Länge des Zielfernrohrs erscheint angesichts der geringen Größe der Teleskope moderner Instrumente bemerkenswert. Dies war wahrscheinlich Newtons Wahl einer Möglichkeit, chromatische Aberrationen zu reduzieren . Teleskope mit kurzer Brennweite erzeugten vor der Entwicklung achromatischer Linsen einen unangenehmen Grad an Aberration, so dass er die Wahrnehmung der Position eines Sterns beeinträchtigen konnte. Lange Brennweiten waren die Lösung, und dieses Teleskop hätte wahrscheinlich sowohl ein Objektiv mit langer Brennweite als auch ein Okular mit langer Brennweite gehabt . Dies würde Aberrationen ohne übermäßige Vergrößerung verringern.
Die Erfinder des Oktanten
Um 1730 entwickelten zwei Männer unabhängig voneinander den Oktanten: John Hadley (1682–1744), ein englischer Mathematiker, und Thomas Godfrey (1704–1749), ein Glaser in Philadelphia . Während beide einen legitimen und gleichen Anspruch auf die Erfindung haben, erhält Hadley im Allgemeinen den größeren Anteil. Dies spiegelt die zentrale Rolle wider, die London und die Royal Society in der Geschichte der wissenschaftlichen Instrumente im 18. Jahrhundert spielten.
Zwei weitere, die in dieser Zeit Oktanten schufen, waren Caleb Smith, ein englischer Versicherungsmakler mit starkem Interesse an der Astronomie (1734), und Jean-Paul Fouchy, Mathematikprofessor und Astronom in Frankreich (1732).
Hadleys Versionen
Hadley produzierte zwei Versionen des reflektierenden Quadranten. Nur der zweite ist bekannt und ist der bekannte Oktant.
Hadleys reflektierender Quadrant
Hadleys erster reflektierender Quadrant war ein einfaches Gerät mit einem Rahmen, der einen 45°-Bogen überspannte. Im Bild rechts aus Hadleys Artikel in den Philosophical Transactions of the Royal Society können Sie die Natur seines Entwurfs sehen. An einer Seite war am Rahmen ein kleines Zielfernrohr montiert. Am Drehpunkt des Indexarms wurde ein großer Indexspiegel montiert. Ein zweiter, kleinerer Horizontspiegel wurde am Rahmen in der Sichtlinie des Teleskops montiert. Der Horizontspiegel ermöglicht es dem Betrachter, das Bild des Indexspiegels in einer Hälfte der Ansicht zu sehen und ein entferntes Objekt in der anderen Hälfte zu sehen. Am Scheitel des Instruments wurde eine Blende angebracht, um ein helles Objekt beobachten zu können. Der Schirm ist schwenkbar, damit er sich für Sternbeobachtungen aus dem Weg bewegen kann.
Bei der Beobachtung durch das Teleskop würde der Navigator ein Objekt direkt vor sich anvisieren. Das zweite Objekt würde durch Reflexion im Horizontspiegel gesehen. Das Licht im Horizontspiegel wird vom Indexspiegel reflektiert. Durch Verschieben des Indexarms kann der Indexspiegel dazu gebracht werden, jedes Objekt bis zu 90° von der direkten Sichtlinie zu erkennen. Wenn sich beide Objekte in derselben Ansicht befinden, kann der Navigator durch das Ausrichten aneinander den Winkelabstand zwischen ihnen messen.
Nur sehr wenige der ursprünglichen reflektierenden Quadrantendesigns wurden jemals hergestellt. Eines, von Baradelle gebaut, befindet sich in der Sammlung des Musée de la Marine , Paris.
Hadleys Oktant
Hadleys zweiter Entwurf hatte die Form, die modernen Navigatoren vertraut ist. Das Bild rechts, ebenfalls aus seiner Veröffentlichung der Royal Society, zeigt die Details.
Er platzierte einen Indexspiegel auf dem Indexarm. Zwei Horizontspiegel wurden bereitgestellt. Der obere Spiegel in der Linie des Zielfernrohrs war klein genug, um es dem Teleskop zu ermöglichen, sowohl direkt nach vorne zu sehen als auch die reflektierte Sicht zu sehen. Die reflektierte Ansicht war die des Lichts vom Indexspiegel. Wie beim vorherigen Instrument ermöglichte die Anordnung der Spiegel dem Beobachter, gleichzeitig ein Objekt geradeaus zu sehen und eines im Indexspiegel zum Horizontspiegel und dann in das Teleskop reflektiert zu sehen. Das Verschieben des Indexarms ermöglichte es dem Navigator, jedes Objekt innerhalb von 90° der direkten Sicht zu sehen.
Der wesentliche Unterschied zu diesem Design bestand darin, dass die Spiegel es ermöglichten, das Instrument vertikal statt horizontal zu halten und mehr Raum für die Konfiguration der Spiegel ohne gegenseitige Beeinflussung zur Verfügung zu stellen.
Der zweite Horizontspiegel war eine interessante Neuerung. Das Teleskop war abnehmbar. Es könnte so ummontiert werden, dass das Teleskop den zweiten Horizontspiegel von der gegenüberliegenden Seite des Rahmens aus betrachtet. Indem die beiden Horizontspiegel rechtwinklig zueinander montiert wurden und die Bewegung des Teleskops ermöglicht wurde, konnte der Navigator mit einem Horizontspiegel Winkel von 0 bis 90° und mit dem anderen von 90° bis 180° messen. Dies machte das Instrument sehr vielseitig. Aus unbekannten Gründen wurde diese Funktion bei allgemein verwendeten Oktanten nicht implementiert.
Vergleicht man dieses Instrument mit dem Foto eines typischen Oktanten oben im Artikel, sieht man, dass die einzigen wesentlichen Unterschiede im moderneren Design sind:
- Die Position des Horizontspiegels und des Teleskops oder der Visiernadel ist niedriger.
- Die innere Verstrebung des Rahmens ist zentraler und robuster.
- Die Position der Blenden für den Indexspiegel befindet sich im Weg zwischen dem Index- und dem Horizontspiegel und nicht an der Oberseite des Instruments.
- Mehrere Schattierungen werden verwendet, um unterschiedliche Schattierungen zu ermöglichen.
- Für das Anvisieren eines niedrigen Sonnenstandes mit einem sehr hellen Horizont sind am Horizontspiegel separate Blenden vorgesehen.
- Der zweite Horizontspiegel und die dazugehörige Alidade sind nicht vorgesehen.
Smiths Astroskop
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Caleb Smith , ein englischer Versicherungsmakler mit starkem Interesse an der Astronomie, hatte 1734 einen Oktanten geschaffen. Er nannte ihn Astroscope oder Sea-Quadrant . Er verwendete ein festes Prisma zusätzlich zu einem Indexspiegel, um reflektierende Elemente bereitzustellen. Prismen bieten Vorteile gegenüber Spiegeln in einer Zeit, in der polierte Spekulum-Metallspiegel minderwertig waren und sowohl das Versilbern eines Spiegels als auch die Herstellung von Glas mit ebenen, parallelen Oberflächen schwierig war.
In der Zeichnung rechts könnte das Horizontelement (B) ein Spiegel oder ein Prisma sein. Am Indexarm drehte sich der Indexspiegel (A) mit dem Arm. Am Rahmen (C) war ein Zielfernrohr montiert. Der Index verwendete bei der Skala (D) keinen Nonius oder ein anderes Gerät. Smith nannte den Zeigearm des Instruments ein Etikett , in der Art von Elton für den Quadranten seines Seemanns .
Verschiedene Designelemente von Smiths Instrument machten es Hadleys Oktanten unterlegen und es wurde nicht wesentlich verwendet. Ein Problem mit dem Astroskop war beispielsweise dieser Winkel der Blickrichtung des Beobachters. Durch den Blick nach unten hatte er größere Schwierigkeiten beim Beobachten als bei einer Orientierung mit normalem Kopf.
Vorteile des Oktanten
Der Oktant bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber früheren Instrumenten.
Das Visier war leicht auszurichten, denn Horizont und Stern scheinen sich zusammen zu bewegen, während das Schiff kippte und rollte. Dadurch wurde auch eine Situation geschaffen, in der der Beobachtungsfehler weniger vom Beobachter abhängig war, da er beide Objekte gleichzeitig direkt sehen konnte.
Mit den im 18. Jahrhundert verfügbaren Herstellungstechniken waren die Instrumente in der Lage, sehr genau abzulesen. Die Größe der Instrumente wurde ohne Genauigkeitsverlust reduziert. Ein Oktant könnte die Hälfte der Größe eines Davis-Quadranten sein, ohne dass der Fehler zunimmt.
Durch die Verwendung von Schatten über den Lichtwegen konnte man die Sonne direkt beobachten, während das Verschieben der Schatten aus dem Lichtweg dem Navigator ermöglichte, schwache Sterne zu beobachten. Dadurch war das Instrument Tag und Nacht einsetzbar.
Bis 1780 hatten Oktant und Sextant alle bisherigen Navigationsinstrumente fast vollständig verdrängt.
Herstellung des Oktanten
Frühe Oktanten wurden hauptsächlich aus Holz gebaut, spätere Versionen enthielten Elfenbein- und Messingkomponenten. Die frühesten Spiegel waren poliertes Metall, da die Technologie zur Herstellung von versilberten Glasspiegeln mit flachen, parallelen Oberflächen begrenzt war. Als sich die Glaspoliertechniken verbesserten, wurden Glasspiegel bereitgestellt. Diese verwendeten Beschichtungen aus quecksilberhaltigem Zinnamalgam; Beschichtungen aus Silber oder Aluminium gab es erst im 19. Jahrhundert. Die schlechte optische Qualität der frühen polierten Spekulum- Metallspiegel bedeutete, dass Zielfernrohre nicht praktikabel waren. Aus diesem Grund verwendeten die meisten frühen Oktanten stattdessen eine einfache Pinnula mit bloßem Auge .
Frühe Oktanten behielten einige der gemeinsamen Merkmale von Backstaves , wie z. B. Transversalen auf der Skala. Wie sie jedoch eingraviert waren, zeigten sie, dass das Instrument eine scheinbare Genauigkeit von nur zwei Bogenminuten hatte, während der Backstaff auf eine Minute genau zu sein schien. Die Verwendung der Noniusskala ermöglichte eine minutengenaue Ablesung der Skala und verbesserte so die Marktfähigkeit des Instruments. Dies und die einfache Herstellung von Nonius im Vergleich zu Transversalen führten zur Übernahme des Nonius auf Oktanten, die später im 18. Jahrhundert hergestellt wurden.
Oktanten wurden in großen Stückzahlen hergestellt. In Holz und Elfenbein machte ihr relativ niedriger Preis im Vergleich zu einem Sextanten aus reinem Messing sie zu einem beliebten Instrument. Das Design wurde bei vielen Herstellern mit identischem Rahmenstil und identischen Komponenten standardisiert. Verschiedene Geschäfte konnten verschiedene Komponenten herstellen, wobei sich Holzarbeiter auf Rahmen und andere auf Messingkomponenten spezialisierten. Spencer, Browning und Rust, ein Hersteller von wissenschaftlichen Instrumenten in England von 1787 bis 1840 (nach 1840 als Spencer, Browning and Co. firmierend ), verwendeten beispielsweise eine Ramsden- Teilungsmaschine , um graduierte Skalen aus Elfenbein herzustellen . Diese wurden von anderen häufig verwendet und die SBR- Initialen waren auf Oktanten vieler anderer Hersteller zu finden.
Beispiele für diese sehr ähnlichen Oktanten finden Sie auf den Fotos in diesem Artikel. Das Bild oben ist im Wesentlichen das gleiche Instrument wie auf den Detailfotos. Sie stammen jedoch von zwei verschiedenen Instrumentenherstellern - das Obermaterial trägt die Aufschrift Crichton - London, Verkauft von J Berry Aberdeen, während die Detailbilder von einem Instrument von Spencer, Browning & Co. London stammen . Der einzige offensichtliche Unterschied ist das Vorhandensein von Horizontschattierungen auf dem Crichton-Oktanten, die auf dem anderen nicht vorhanden sind.
Diese Oktanten waren mit vielen Optionen erhältlich. Ein einfacher Oktant mit Graduierung direkt auf dem Holzrahmen war am günstigsten. Diese verzichteten auf ein Zielfernrohr und verwendeten stattdessen eine ein- oder zweilochige Visiernadel. Elfenbeinskalen würden den Preis erhöhen, ebenso wie die Verwendung eines Messingzeigers oder eines Nonius.
Untergang des Oktanten
Im Jahr 1767 wurden in der ersten Ausgabe des Nautischen Almanachs die Mondentfernungen tabellarisch dargestellt , sodass Navigatoren die aktuelle Uhrzeit aus dem Winkel zwischen Sonne und Mond ermitteln konnten. Dieser Winkel ist manchmal größer als 90° und kann daher nicht mit einem Oktanten gemessen werden. Aus diesem Grund schlug Admiral John Campbell , der an Bord Experimente mit der Mondentfernungsmethode durchführte, ein größeres Instrument vor und der Sextant wurde entwickelt.
Von dieser Zeit an war der Sextant das Instrument, das bedeutende Weiterentwicklungen und Verbesserungen erfuhr und das Instrument der Wahl für Seefahrer war. Der Oktant wurde bis weit in das 19. Jahrhundert hinein hergestellt, obwohl er im Allgemeinen ein weniger genaues und kostengünstigeres Instrument war. Der günstigere Preis des Oktanten, auch ohne Teleskop, machte ihn zu einem praktischen Instrument für Schiffe der Handels- und Fischereiflotten.
Eine gängige Praxis unter Seefahrern bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war es, sowohl einen Sextanten als auch einen Oktanten zu verwenden. Der Sextant wurde mit großer Sorgfalt und nur für Monde verwendet , während der Oktant für routinemäßige Messungen der Meridianhöhe der Sonne jeden Tag verwendet wurde. Dies schützte den sehr genauen und teureren Sextanten, während der günstigere Oktante verwendet wurde, wo er gut funktioniert.
Blasenoktant
Von den frühen 1930er Jahren bis Ende der 1950er Jahre wurden verschiedene Arten von zivilen und militärischen Blasenoktanten für den Einsatz an Bord von Flugzeugen hergestellt. Alle waren mit einem künstlichen Horizont in Form einer Blase ausgestattet, die zentriert war, um den Horizont für einen Navigator, der Tausende von Fuß über der Erde flog, auszurichten; einige hatten Aufnahmefunktionen.
Verwendung und Einstellung
Die Verwendung und Einstellung des Oktanten ist im Wesentlichen identisch mit dem Sextanten des Navigators .
Andere reflektierende Instrumente
Hadleys war nicht der erste reflektierende Quadrant. Robert Hooke erfand 1684 einen reflektierenden Quadranten und hatte bereits 1666 über das Konzept geschrieben. Hookes war ein einfach reflektierendes Instrument. Andere Oktanten wurden in den frühen 1730er Jahren von Jean-Paul Fouchy und Caleb Smith entwickelt, die jedoch in der Geschichte der Navigationsinstrumente keine Bedeutung erlangten.
Siehe auch
Verweise
Externe Links
Medien im Zusammenhang mit Oktanten bei Wikimedia Commons