Oktant

Frå Alnakka.net
 NAVIGASJONS-
INSTRUMENT
Oktant
1. astrolabium
2. jakobsstav
3. kvadrant
4. oktant
5. sekstant
Ein oktant.
Foto:«Stahlkocher»

Ein oktant (frå lat. octans, ‘⅛ av ein sirkel’) eller ein reflekterande kvadrant er eit geometrisk måleinstrument som først og fremst blir bruka i navigasjon. Namnet oktant kjem av at sjølve bogan på måleinstrumentet utgjer ein åttedels sirkel, og namnet reflekterande kvadrant viser til at instrumentet brukar spegel for å doble den observerte vinkelen til ein fjerdedels sirkel. Andre historiske namn inkluderer astroskop og sjykvadrant. Oktantane kom i bruk som navigasjonsinstrument i 1730-åra og tok etterkvart over den rollen som kvadranten, og i mindre grad òg framleis jakobsstaven, hadde hatt tidlegare. Etter at måling av månevinklar kom i vanleg bruk kring 1760-åra, kom oktanten etterkvart til å tapa terreng for sekstanten, ettersom sekstantar kan måle vinklar på opp til 120°, det vil seie 30° meir enn oktantar kan. I og med at oktantane var mykje billigare å framstille, fortsette likevel mange fiskefarty og handelsfarty å bruke oktantar til langt inn på 1800-talet.

Opphav

1660: Det første reflekterande instrumentet

I 1660 fann den nederlandske Joost van Breen opp den reflekterande jakobsstaven. Han kalla oppfinninga de spiegelboog, og den reflekterande jakobsstaven hans ser ut til å ha vore i bruk fram til midten av 1700-talet, og da særlig i Zeeland-avdelinga av Det nederlandske Ostindia-kompaniet.

1666: Robert Hooke sin reflekterande kvadrant

Robert Hooke skreiv første gong om reflekterande kvadrantar som teoretisk konsept så tidleg som i 1666,[1] og nån år seinare, truleg i 1684,[2] viste han fram ein prototype på den reflekterande kvadranten sin for the Royal Society i London. Hook sin kvadrant var eit enkeltreflekterande instrument.[1] Denne reflekterande kvadranten kom, som Isaac Newton sin, ikkje til å spela nån praktisk rolle i navigasjonshistoria.

1699: Isaac Newton sin reflekterande kvadrant

Fil:Newton's reflecting quadrant.png
Tekning av Newton sin reflekterande kvadrant. Frå Memoirs of the Life, Writings, and Discoveries of Sir Isaac Newton av David Brewster, 1855.
A-B - teleskopsikte
C-D - indeksarm
G - horisontspegel
H - indeksspegel
P-Q - gradert boga

Isaac Newton sin reflekterande kvadrant vart oppfunnen kring 1699. Ei detaljert skildring av måleinstrumentet vart gjeva ått Edmond Halley, og skildringa vart ikkje utgjeva före etter at Halley dødde i 1742.[3] Det er ikkje kjent korför Halley ikkje publiserte informasjonen medan han levde, men i praksis betyder det at Newton ikkje fikk æra for denne oppfinnelsen — i staden blir Hadley og Godfrey hugsa som oppfinnarane av den reflekterande kvadranten.

Eit eksemplar av Isaac Newton sin oppfinnelse vart bygd av Thomas Heath (1719-1773) og kan ha vorte framvist i Heath sitt butikkvindauge føre oppfinninga vart gjort kjent av The Royal Society in 1742.[4]

Newton sitt instrument bruka to speglar, men de var oppsett på ein litt annan måte enn det som er vanleg i nyare oktantar og sekstantar. Diagrammet til høgre viser kossen instrumentet var oppsett.[5]

Den 45° bogan på instrument (P-Q) var gradert med 90 hovudpunkt som kvart var ½ grad. Kvart slikt hovudpunkt var underdelt i 60 deler, og kvar utav desse delene att underdelt i seks. Resultatet var at bogan var inndelt i gradar, minutt og ⅙-minutt (10 bogasekund). Dermed kunne instrumentet bli bruka til å interpolere målingar ned til fem bogasekund. Den presisjonen var berre mulig på grunn av størrelsen på instrumentet; teleskopsiktet åleine var kring ein meter langt.

Lengda på teleskopsiktet kan sjå overdreva ut når vi samenliknar med dei småe teleskopsikta på moderne instrument. Trulig var dét Newton sin måte å redusere den kromatiske aberrasjonen på. Före akromatiske linsor vart oppfunne, hadde teleskop med kort fokallengd så mykje kromatisk aberrasjon at det kunne gje feilobservasjon av stjerneposisjonar. Lange fokallengder var løysninga, og dette teleskopet hadde truleg lang fokallengd både på objektivlinsa og på augestykket. Dét ville redusere aberrasjonane utan for stor förstørring.

1730-åra: Oktanten

To menn fann opp oktanten oavhengig av kvarandre kring 1730 eller 1731: John Hadley (1682–1744), ein engelsk matematikar og Thomas Godfrey (1704-1749), ein glassmakar frå Philadelphia i Pennsylvania. Sjølv om begge desse i like stor grad kunne hevde å vara oppfinnaren, blir Hadley generelt rekna som hovudoppfinnaren. Dét viser den sterke rollen London og The Royal Society inntok i utviklinga av vitskaplige instrument på 1700-talet. De som ikkje haurde til de sosiale sirklane kring London og The Royal Society fikk generelt ikkje den historiske oppmerksamheita de förtjente.

To andre personar konstruerte òg oktantar i den perioden: Caleb Smith, ein engelsk försikringsmeklar og hobbyastronom, konstruerte det han kallade eit astroskop eller ein sjykvadrant i 1734[6] — sjå nedaföre. Konstruksjonen hans inkluderte eit fast prisme som reflekterande element samen med speglar. Konstruksjonen elles hadde ein del svakheiter samenlikna med Hadley sin oktant, og derför vart Smith sitt astroskop relativt lite bruka.[7]

Jean-Paul Fouchy, ein matematikkprofessor og astronom i Frankrike, fann opp ein oktant i 1732.[7] Utforminga var i det store og heile den samma som Hadley si. På grunn av lite kontakt mellom instrumentmakarane i England og Frankrike på den tida, så vel som på grunn av at utgjevingane frå The Royal Society ikkje vart distribuert i Frankrike, kjente ikkje Fouchy til Hadley si oppfinning.[8] Fouchy sin oktant vart overskygga av den Hadley hadde funne opp.

Godfrey sin reflekterande kvadrant

Tekning av ein Godfrey-oktant. Han er ganske lik Hadley-instrumentet (sjå nedaföre). Ramma består av ein enkelt radialkomponent med ein boga i ein ende.

Thomas Godfrey sin reflekterande kvadrant blir vist på tekninga til høgre.[9] Ho består av ei enkel ramme med ei radialarm (B-C) og ein boga på 45° gradert til 90°. Indeksarmen (A-D) har ein indeksspegel i ein ende (A) og ein enkel visar på den graderte skalaen. Ingen nonieskala vart bruka. Radialarmen held eit teleskopsikte ved bogaenden (C). Den orørlige horisontspegelen (B) dekkjer berre halve synsfeltet på teleskopsiktet, slik at brukaren kan sjå horisonten direkte. Den andre helvta av synsfeltet ser det reflekterte bildet av den rørlige indeksspegelen.

Bruken av instrumentet var den samma som skildra for Hadley sin reflekterande kvadrant.

Dette instrumentet vart overskygga av Hadley-kvadranten og vart ikkje mykje bruka.

Hadley sine versjonar

Hadley laga to olike utgåvor av den reflekterande kvadranten. Berre den andre av dem, som er oktanten vi kjenner i dag, er velkjent.

Fil:Hadley's reflecting quadrant.png
Hadley sin reflekterande kvadrant. Dette instrumentet samsvarar i hovudtrekk med forma på Isaac Newton sin reflekterande kvadrant frå kring 1699.

Hadley sin reflekterande kvadrant

Den første reflekterande kvadranten Hadley fann opp var eit enkelt instrument med ei ramme som spente over ein 45° boge. På bildet til venstre, som er henta frå Hadley sin artikkel i the Philosophical Transactions of the Royal Society,[10], ser vi grunnstrukturen: Eit lite teleskopsikte var montert på ramma langs eine sida. Ein stor indeksspegel var montert på rotasjonspunktet av indeksarmen. Ein andre, mindre horisontspegel var montert på ramma i synslina til teleskopet. Horisontspegelen let brukaren sjå bildet av indeksspegelen i eine helvta av synsfeltet og eit fjernt objekt i den andre helvta. Ein skygge var montert på spissen av instrumentet slik at brukaren kan observere lyssterke objekt. Den skyggen kan dreiast unna når brukaren skal observere lyssvake objekt som stjernor.

Når navigatøren ser gjenom teleskopet, kan han/ho sjå eit objekt rett fram. Det andre objektet kan sjåast ved refleksjon i horisontspegelen. Lyset i horisontspegelen blir reflektert frå indeksspegelen. Ved å flytte indeksarmen, kan indeksspegelen bringe til syne kva objekt som helst som finst opp til 90° frå den direkte synslina. Når begge objekta visest samen, kan navigatøren justere dem til å vara akkurat på linje. Ein kan da lesa av vinkelavstanden mellom dem.

Svært få av de opprinnelige reflekterande kvadrant-planene vart nån gong produsert. Eitt eksemplar, konstruert av Baradelle, finst i samlinga til Musée de la Marine i Paris.[7]

Hadley sin oktant. Dette er den forma som er kjent for dem som har sétt seinare oktantar så vel som sekstantar.

Hadley-oktanten

Den andre utgåva av Hadley sin reflekterande kvadrant, Hadley-oktanten, har i alle hovudtrekk den forma oktanten kom til å få opp mot nyare tid. Bildet til høgre, som òg er teke frå Royal Society-publikasjonen hans,[10] viser detaljane.

Han plasserte ein indeksspegel på indeksarmen. Det finst to horisontspeglar; den øvre spegelen, i line frå teleskopsiktet, er lite nok til at ein kan sjå rett fram samtidig som ein kan sjå det reflekterte bildet frå indeksspegelen. Som på det förre instrumentet er speglane oppsett slik at navigatøren kan sjå både eit objekt rett fram og eit reflektert i indeksspegelen til horisontspegelen og deretter inni teleskopsiktet. Ved å røre på indeksarmen kan navigatøren stille inn siktet til kva objekt som helst som finst innaföre 90 ° av det direkte siktefokuset.

De avgjerande skilnadene med denne utgåva var at speglane tillet instrumentet å bli halde vertikalt heller enn horisontalt og at det var meir rom for å stille inn kvar spegel utan å skiple nabospeglane.

Den andre horisontspegelen var ei interessant nyvinning. Teleskopsiktet er mulig å ta av og sette på att så teleskopet viser den andre horisontspegelen frå den motsette sida av ramma. Ved å montere dei to horisontspeglane i rett vinkel til kvarandre og å late teleskopsiktet bli snudd, kan navigatøren måle vinklar frå 0 ° til 90 ° med éin horisontspegel og frå 90 ° til 180 ° med den andre, noko som gjorde denne utgåva av oktanten veldig allsidig. Av okjente grunnar vart ikkje den funksjonen inkludert på oktantane som vart produsert for vanleg bruk.

Når vi samenliknar Hadley sin prototype med fotografiet av ein typisk oktant øvst i denne artikkelen, ser vi at dei einaste vesentlige skilnadene i utforminga av dei meir moderne oktantane er:

  • Plasseringa av horisontspegelen og teleskopsiktet eller holsiktet er lågare.
  • Den indre avstivinga av ramma er meir sentralt plassert og robust.
  • Posisjonen ått skyggane for indeksspegelen er i banen mellom indeks- og horisontspeglane heller enn på toppen av instrumentet.
  • Fleire skyggar er bruka for olike lysnivå.
  • Separate skyggar finst ved horisontspegelen for å peile ein låg solposisjon mot ein ljøssterk horisont.
  • Den andre horisontspegelen med den tilhørande alidaden er ikkje inkludert.

Smith sitt astroskop

Tekning av astroskopet eller sjykvadranten til Smith

Den engelske försikringsagenten og hobbyastronomen Caleb Smith konstruerte ein oktant i 1734. Han kalla han eit astroskop eller ein sjøkvadrant.[6] Han bruka eit orørlig prisme i tillegg til ein indeksspegel for å gje reflektive element. Prisme hadde fördeler framföre speglar på ei tid da polerte speculummetall-speglar gav dårlig spegeleffekt og både försølvinga av speglar og produksjonen av glas med flate, parallelle ytor var vanskelig.

I tekninga til høgre kan horisontelementet (B) vera ein spegel eller eit prisme. På indeksarmen roterte indeksspegelen (A) med armen. Eit teleskopsikte var montert på ramma (C). Indeksen bruka ikkje ein vernier eller noko anna tilsvarande hjelpemiddel på skalaen (D). Smith kalla indeksarmen på instrumentet ein label (merke), på samma vis som Elton gjorde på kvadranten sin.[9]

Ymse trekk i utforminga av astroskopet gjorde at det var mindre brukande enn Hadley sin oktant, og derför vart han òg lite bruka.[7] Eitt av problema med astroskopet var peileretninga. Navigatøren laut sjå ned i instrumentet, noko som gjorde peilinga mykje mindre intuitiv enn ho var når ein kunne sjå rett fram, slik som ved Hadley-oktanten.

Fördeler ved oktanten

Baksida av ein oktant; den sida blir sjeldan vist på bilde. Til høgre ser vi tommelskruen som ein justerer horisontspegelen med. Ved toppen ser vi ein av føterne som oktanten kviler på i kassen rett oppunder indeksarm-aksen. Til venstre ser vi notefeltet. Dette litle, rektangulære stykket av elfenbein, som knapt er större enn ein tommelnegl, blir bruka av navigatøren til å notere måleresultata sine på.

Oktanten hadde fleire fördeler samenlikna med de tidlegare navigasjonsinstrumenta:

  • Peilingane var lett å samordne, sidan horisonten og stjerna såg ut som de rørte seg i lag når skipet slingra (rulla om lengdeaksen) og stampa. Dét førte òg med seg at observasjonsfeilmarginen var mindre avhengig av observatøren, ettersom begge objekta var synlige samtidig.
  • Med tilverkingsteknikkane som var tilgjengelige på 1700-talet, gjorde instrumenta det mulig å få svært presise måleresultat, sjølv om instrumenta hadde vesentlig mindre dimensjonar enn det som hadde vore vanleg til da. Ein oktant kunne vera halvparten så stor som ein daviskvadrant men likevel gje like presise resultat.
  • Ved å bruke skyggar over lysbanane, kunne ein observere sola direkte; ved å svinge dem unna kunne ein peile etter svake stjernor. Dét gjorde at samma instrumentet var brukande både natt og dag.

Kring 1780 hadde oktanten og den enda nyare sekstanten teke mesta heilt over for alle tidlegare instrumenttypar.[7]

Oktantproduksjon

Tidlege oktantar var i all hovudsak bygde av tre, medan seinare versjonar har fleire deler av elfenbein og messing. Dei første speglane var av polert metall, sidan teknologien for å produsere försølva glasspeglar med flate, parallelle ytor var dårlig utvikla. Etter som glasspoleringsmetodane vart betre, begynte det å bli vanlegare med glasspeglar. Desse speglane bruka refleksjonslag av tenamalgam med kvikksølv; refleksjonslag av sølv og aluminium fanst ikkje före 1800-talet. Den dårlige optiske kvaliteten på de tidlege polerte spekulummetall-speglane gjorde at teleskopsikte ikkje var praktisk. Derför var de fleste tidlege oktantane utstyrt med eit enkelt holsikte i staden.

Detaljar av ein oktant. Dette bildet viser den graderte skalaen og enden av indeksarm en med nonieskalaen. Tommelskruen som vart bruka til å låse indeksarmposisjonen visest under indeksarmen, medan tommelskruen som vart bruka for finjustering armen visest til venstre. Til høgre for verdien 50 på hovudskalaen er SBR-logoen gravert. Skalaen er direktegradert i gradar og tredjedelsgradar (20'). Nonieskalaen kan underdele 20'-intervalla til nærmaste bogeminutt.

Tidlege oktantar beheldt nån trekk frå kvadrantane, slik som transversalar på skalaen. Slik dei er vist på graveringar, ser dei ut til å ha hatt ein presisjon på berre to bogaminutt, medan kvadranten ser ut til å ha hatt ein presisjon på eitt bogaminutt. Bruken av nonieskalaen let skalaen lesast ned til ein presisjon på eitt bogeminutt, noko som gjorde oktanten lettare å marknadsføre. Dét, så vel som det at det var lettare å produsere nonieskalaer enn transversalskalaer, førte til at nonieskalaer vart vanlege på oktantar produserte seinare på 1700-talet.[11]

Oktantane vart produserte i store mengder. Den låge prisen på oktantar i tre og elfenbein samanlikna med sekstantar i heilmessing gjorde at de heldt seg svært populære. Forma var standardisert, og mange instrumentmakarar bruka identisk rammestil og identiske deler. Olike verkstader kunne laga olike komponentar; snekkarverkstader spesialiserte seg gjerne i rammeproduksjon og andre verkstader laga messingdelene. Slik laga for eksempel Spencer, Browning and Rust, ein produsent av vitskaplige instrument i England i tida frå 1787 til 1840 (etter 1840 opererte de under namnet Spencer, Browning and Co.), graderingsskalaer i elfenbein med hjelp av ei Ramsden-delemaskin. Desse graderingsskalaene vart bruka av mange andre instrumentmakarar, og SBR-initialane kan finnast att på oktantar frå mange andre produsentar.[12]

Eit par eksempel på desse svært like oktantane finst på fotografia i denne artikkelen. Bildet heilt øvst viser eit instrument som i det store og heile er identisk med instumentet vist på detaljfotografia lenger ned. Likevel er de frå to olike instrumentmakarar; den øvste er merka “Crichton - London, Sold by J Berry Aberdeen”, medan detaljbilda er av eit instrument frå “Spencer, Browning & Co. London”. Den einaste openberre skilnaden er horisontskyggane som finst på Crichton-oktanten men ikkje på den andre.

Utsnitt av oktant som viser det tohola holsiktet. Vi ser òg det litle lokket som kan blokkere det eine eller andre av hola. Horisontspegelen er på motsett side av instrumentet. Vinstresida er gjenomsiktig, medan tenlegeringa på spegelsida er fullstendig korrodert og ikkje reflekterer lys lenger. Baksida av indeksspegelhaldaren er på toppen, og de tre runde glasskyggane i firkanta rammor er mellom de to speglane.

Desse oktantane fanst med mange valmuligheiter. Ein enkel oktant med gradering rett på treramma var billigast. Dei hadde ein- eller tohola holsikte heller enn teleskopsikte. Ein elfenbeinskala auka prisen på oktanten; det samma gjorde ei massing-indeksarm eller ein nonieskala.

Nedgangstid for oktanten

I 1767 kom første utgåva av Nautical Almanac ut i Storbritannia. Inkludert der var tabellar over måneavstandar som gjorde det mulig for navigatørar å finne det novarande klokkeslettet frå vinkelen mellom sola og månen. Denne vinkelen er nån gonger större enn 90 °, og dermed omulig å måle med ein vanleg oktant. Derför föreslo admiral John Campbell, som utførte praktiske eksperiment ombord på skip med måneavstandsmetoden eit større instrument, og sekstanten vart utvikla.[13] Den første sekstanten vart bygd av astronomen John Bird i 1757.

Frå den tida og utover var det først og fremst sekstanten som vart vidareutvikla og gjort betre, og sekstanten var òg det føretrekte instrumentet i skipsfarten. Oktanten vart framleis produsert fram til vel innpå 1800-talet som eit mindre presist, men òg billigare, navigasjonsinstrument. Den lågare prisen på oktanten, inkludert versjonar utan teleskopsikte, gjorde han til eit praktisk val for skip i handelsfloten og fiskefloten.

Ein vanleg praksis blant navigatørar heilt fram til seint på 1800-talet var å bruke både ein sekstant og ein oktant. Sekstanten vart bruka svært försiktig, og gjerne berre for måneavstandar, medan oktanten vart bruka for rutineobservasjonar av sola for meridionale høgdemålingar (breiddegradsmålingar) kvar dag.[9] Dét avlasta og verna den svært presise og mykje dyrare sekstanten, medan den billigare oktanten vart bruka i daglige samanhengar der han verkar godt.

Bruk og justering

Bruk og justering av oktanten er i alle hovudtrekk identisk med sekstanten — sjå der for meir informasjon.

Anna

Stjernebildet Oktanten kring sørpolen av himmelkvelvinga er oppkalla etter måleinstrumentet oktant.

Fotnotar

  1. ↑ 1,0 1,1 Cotter, Charles H.: «The Mariner’s Sextant and the Royal Society», i Notes and Records of the Royal Society of London, vol. 33 (1978), nr. 1, s. 23–36.
  2. ↑ Chronology of Robert Hooke’s life
  3. ↑ Newton, I.: «Newton’s Octant» (posthum skildring), Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 42, s. 155, 1742
  4. ↑ Taylor, E.G.R.: The Haven-finding Art : a History of Navigation from Odysseus to Captain Cook. London : Hollis & Carter, 1971. ISBN 0-370-01347-6
  5. ↑ Brewster, David: Memoirs of the Life, Writings, and Discoveries of Sir Isaac Newton. Edinburgh : Thomas Constable & Co., 1855.
  6. ↑ 6,0 6,1 Bedini, Silvio: «History Corner : Benjamin King of Newport, R.I.-Part II», i Professional Surveyor Magazine, vol. 17 (1997), nr. 6]
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Daumas, Maurice: Scientific Instruments of the Seventeenth and Eighteenth Centuries and Their Makers. London : Portman Books, 1989. ISBN 978-0713407273
  8. ↑ Fauque, Danielle: «Un instrument à réflexion pour la marine : deux propositions successives de Fouchy», presentert på Colloque Grandjean de Fouchy den 23. mars 2007 ved Observatoire de Paris.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 May, William Edward: A History of Marine Navigation. Henley-on-Thames, Oxfordshire : G. T. Foulis & Co. Ltd., 1973, ISBN 0-85429-143-1
  10. ↑ 10,0 10,1 Hadley, John: «Hadley’s Octant.» Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 37, article 25, p. 147, 13. mai 1731.
  11. ↑ Bennett, Jim: «Catadioptrics and commerce in eighteenth-century London», i History of Science, vol. xliv (2006), s. 247–277.
  12. ↑ Harriet Wynter and Anthony Turner: Scientific Instruments. Studio Vista, 1975. ISBN 0-289-70403-0
  13. ↑ Gerard L'E. Turner: Nineteenth Century Scientific Instruments. Sotheby Publications, 1983. ISBN 0-85667-170-3


GNU-logoen This article is based entirely or in part on the article “Octant (instrument)” from the English Wikipedia. It may be copied, distributed and/or modified according to the conditions of the GNU Free Documentation License.


GNU-logoen This article is based entirely or in part on the article “Reflecting instrument” from the English Wikipedia. It may be copied, distributed and/or modified according to the conditions of the GNU Free Documentation License.
Henta frå «https://alnakka.net/w/index.php?title=Oktant&oldid=50886»