注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

道神居

地生万物以养人,缘何夺物以奉天!!

 
 
 

日志

 
 

六分仪  

2008-07-25 17:41:39|  分类: 军国制造(转载) |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
    六分仪

    开放分类:仪器、航海、机械

    用来测量远方两个目标之间夹角的光学仪器。通常用它测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角﹐以便迅速得知海船或飞机所在位置的经纬度。六分仪的原理是牛顿首先提出的。六分仪具有扇状外形﹐其组成部分包括一架小望远镜﹐一个半透明半反射的固定平面镜即地平镜﹐一个与指标相联的活动反射镜即指标镜。六分仪的刻度弧为圆周的1/6。使用时﹐观测者手持六分仪﹐转动指标镜﹐使在视场里同时出现的天体与海平线重合。根据指标镜的转角可以读出天体的高度角﹐其误差约为±02~±1。在航空六分仪的视场里﹐有代替地平线的水准器。这种六分仪一般还有读数平均机构。六分仪的特点是轻便﹐可以在摆动著的物体如船舶上观测。缺点是阴雨天不能使用。二十世纪四十年代以后﹐虽然出现了各种无线电定位法﹐但六分仪仍在广泛应用。

    早期航海家在大海中沿航线航行时,需要不断确定航船所处的位置,即船所处的经度和纬度的交叉点。航海家为了弄清楚自己的船所处的纬度,需要有一种仪器,它能通过对地平线和中午的太阳之间的夹角的测量,或通过对地平线和某颗固定星之间的夹角的测量来确定纬度。最初,水手用星盘来测量太阳高度,但由于船的甲板是上下起伏的,这种仪器极难操作,而且不容易测算准确。后来人们用直角仪取代了星盘。航海图上的六分仪及两脚规、量角器、平行尺等早期航海仪器

    1730年美人和英人T·戈弗雷(ThomasGodfrey)和约翰·哈德利(JohnHadley)独自分别发明了八分仪。两人都把设计方案提交英国皇家学会,后者于1734年又提交了一个改进方案,得到普遍采用。哈德利研制成功一种反射望远镜,接着又制作了一种在海上测量角度的仪器。观察者可通过一面镜子同时看见地平线,它们之间的角度可用边缘标有刻度的象限仪测出,测角范围可达90°,这样就把简单的象限仪(测角范围45°)所测量之高度增加了一倍,成为一种测纬度的理想仪器,该仪器另一优点是它能使星辰天体的形象与地平线成一直线,而且所测读数更为精确。由于它准确、价格便宜、使用方便,极受航海人员欢迎,直到20世纪仍然作为测量天体高度确定纬度的方法。1732年,英国海军部把八分仪放在一只小艇中作试验,结果非常精确。可是八分仪的90°标度用作测量月球与天体的角距,事实证明是非常不够的,故约翰·伯德(JohnBird)在18世纪50年代制作了一个完整的圆圈,其测量范围可达360°,测量效果好,但很笨重,在海上使用极为不便。于是反射圈与八分仪之间采取折衷方案,1757年,坎贝尔船长以八分仪为模子,把测量范围扩大到120°,这就是六分仪,它是由一个三角形的架子组成,一边是一个120°弧形板,上面有刻度和一个可移动的指针。反射望远镜将需测量的有夹角的两天体反射到一起,人们就可以方便地测到角度并计算出该船处在的纬度。六分仪较之以往的测纬度的星盘、卡尔玛和直角象限仪等的精度有较大的提高。

    法国的“法兰西”号大型客轮在恶劣天气时使用先进的电子导航仪器控制自动行驶。但在特殊情况下仍需要六分仪来辅助判定方位

    如今在茫茫大洋上航行的船只主要依靠GPS全球卫星定位系统确定所处的方位,也就是当地的经纬度。而在太空时代到来之前,众多航海家驰骋四海时所依赖的设备,除了罗盘之外就是六分仪了。顾名思义,六分仪的主体就是一个扇形框架,扇形的弧度是60度,也就是圆周的1/6。主要部件由一块固定的半反射玻璃(地平镜)、一块可活动的镜子(指标镜)、望远镜,还有活动臂组成,它可以精确测定天体与地平线之间的夹角,从而推算出地理坐标。

    六分仪所基于的原理很简单:光线的入射角等于反射角。实际上,六分仪也可以测量任意两物体之间的夹角。其原理最初由牛顿(以及更早的胡克)提出;而固定式大型六分仪很早就由各大天文台建造,供天体测量之用(如第谷在汶岛建造的纪限仪、格林尼治天文台的大六分仪等),保存在北京古观象台的纪限仪也属固定式六分仪(见下图)。

    1757年,坎贝尔船长改进当时已有的几种纬度测量工具,发明了航海用六分仪。自此,六分仪成为远洋航行的必备仪器。直到今天,最现代化的舰船仍配有六分仪以备不时之需,国际惯例则是一艘船要备有新旧两架六分仪;而学习六分仪的使用方法仍是每名学习航海的学生之必修课。

    上图是一架航海用六分仪的照片。在扇形框架背面有手柄供握持用,框架上装有活动臂,图中活动臂最上端即是指标镜;半反射式地平镜安装在六分仪的左侧(中部,正对望远镜者),地平镜旁边还配有滤光片供测量太阳等明亮天体时使用。测量天体地平高度时,观测者手持六分仪,让望远镜镜筒保持水平,并从望远镜中观察被测天体经地平镜反射所成的像;同时要调节活动臂,使星象落在望远镜中所见的地平线上。这也是地平镜需要用半反射玻璃制造的原因。

    在天体的象与地平线重合时,该天体高度等于地平镜与指标镜夹角的二倍。通过几何光学中的反射定律,这一点可以很容易地被证明。而根据这一点来恰当地设计圆弧标尺上的刻度,就可以让观测者直接读出天体高度。为提高读数精度,实际的六分仪活动臂上往往还附有鼓轮和游标尺。六分仪的精度比较高,最高能达到10角秒,且轻便易用,所以它能够迅速取代之前操作复杂的星盘,成为在海洋上测量地理坐标的利器,也彻底解决了精确地确定海上航线这一困扰无数航海家的难题。1769年,库克船长就是在六分仪的帮助下成功抵达塔希提岛观测金星凌日的。

    使用六分仪测量经纬度的前提条件是当前时间已知。先用六分仪测量出某天体(一般用太阳)上中天时的地平高度,再查阅天文年历了解当天该天体的赤道坐标,只需代入公式:

    cosz=sinφsinδ+cosφcosδcost

    就可以得出该地的纬度φ。式中z是天体天顶距(90度减去地平高度),δ是天体的赤纬,t是时角,可以由地方恒星时与天体赤经相减得出,恒星时也可以通过简单计算得到。如果是由太阳位置计算地理纬度,更简便的算法是:

    δ=z+δ

    当然,更精确的结果还需要扣除六分仪视差、蒙气差、眼高差、天体的半径差等误差后才能得出。现在某些因子已有专门的改正表可供查阅。

    至于经度的测量,可以通过比较太阳上中天时地方时(由查阅天文年历得出)与出发地的时间之差得出。

    六分仪最大的缺点是受天气的影响较大,不能在阴雨天使用。而制造过程中会无可避免地引入机械误差,这也成了限制六分仪精度的一个因素。

    历史上,六分仪除了在航海方面发挥了重大作用外,还曾帮助天文学家编制高精度星表。而星表的编制也促进了航海的发展,同时还给地理坐标的测量带来了重大进步。

    另外还有航空用六分仪,结构与航海用六分仪基本相同,但望远镜视野中的地平线由水准线代替。现在也有电子六分仪生产。

    六分仪有几种变体,其中最主要的一种是八分仪,它的历史要比六分仪久远一些。其操作方法与六分仪类似,只是它的扇形框架为八分之一圆周(45度,如下图)。

  评论这张
 
阅读(47)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017