Sextante - Sextant

Um sextante

Um sextante é um instrumento de navegação duplamente refletivo que mede a distância angular entre dois objetos visíveis. O principal uso de um sextante é medir o ângulo entre um objeto astronômico e o horizonte para fins de navegação celestial .

A estimativa desse ângulo, a altitude, é conhecida como mirar ou atirar no objeto, ou tirar uma visão . O ângulo e o tempo em que foi medido podem ser usados ​​para calcular uma linha de posição em uma carta náutica ou aeronáutica - por exemplo, avistar o Sol ao meio - dia ou Polaris à noite (no hemisfério norte) para estimar a latitude (com visão redução ). Avistar a altura de um ponto de referência pode fornecer uma medida da distância e, segurado horizontalmente, um sextante pode medir ângulos entre objetos para uma posição em um gráfico . Um sextante também pode ser usado para medir a distância lunar entre a lua e outro objeto celestial (como uma estrela ou planeta) para determinar o tempo médio de Greenwich e, portanto, a longitude .

O princípio do instrumento foi implementado pela primeira vez por volta de 1731 por John Hadley (1682–1744) e Thomas Godfrey (1704–1749), mas também foi encontrado mais tarde nos escritos não publicados de Isaac Newton (1643–1727).

Em 1922, foi modificado para a navegação aeronáutica pelo navegador e oficial da Marinha português Gago Coutinho .

Sextantes de navegação

Usando um sextante

Como o quadrante de Davis , o sextante permite que objetos celestes sejam medidos em relação ao horizonte, em vez de em relação ao instrumento. Isso permite uma excelente precisão. Além disso, ao contrário do backstaff , o sextante permite observações diretas de estrelas. Isso permite o uso do sextante à noite, quando o bastão é difícil de usar. Para observações solares, os filtros permitem a observação direta do sol.

Como a medição é relativa ao horizonte, o indicador de medição é um feixe de luz que atinge o horizonte. A medição é, portanto, limitada pela precisão angular do instrumento e não pelo erro senoidal do comprimento de uma alidade , como ocorre no astrolábio de um marinheiro ou instrumento semelhante mais antigo.

Um sextante não requer uma mira totalmente estável, porque mede um ângulo relativo. Por exemplo, quando um sextante é usado em uma nave em movimento, a imagem do horizonte e do objeto celeste se moverá no campo de visão. No entanto, a posição relativa das duas imagens permanecerá estável e, enquanto o usuário puder determinar quando o objeto celeste toca o horizonte, a precisão da medição permanecerá alta em comparação com a magnitude do movimento.

O sextante não depende de eletricidade (ao contrário de muitas formas de navegação moderna) ou de qualquer coisa que dependa de sinais controlados por humanos (como satélites GPS). Por essas razões, é considerado uma ferramenta de navegação de backup eminentemente prática para navios.

Projeto

A moldura de um sextante tem a forma de um setor que é aproximadamente 16 de um círculo (60 °), daí seu nome ( sextāns, sextantis é a palavra latina para "um sexto"). Os instrumentos menores e maiores estão (ou estavam) em uso: o octante , o quintante (ou pentante ) e os setores de extensão do quadrante (duplamente refletivo) de aproximadamente 18 de um círculo (45 °), 15 de um círculo ( 72 °) e 14 de um círculo (90 °), respectivamente. Todos esses instrumentos podem ser denominados "sextantes".

Sextante Marinho
Usando o sextante para medir a altitude do Sol acima do horizonte

Preso à estrutura estão o "espelho do horizonte", um braço indicador que move o espelho indicador , um telescópio de mira, cortinas de sol, uma escala graduada e um medidor de tambor de micrômetro para medições precisas. A escala deve ser graduada de forma que as divisões de graus marcados registrem duas vezes o ângulo através do qual o braço do indicador gira. As escalas do octante, sextante, quintante e quadrante são graduadas de abaixo de zero a 90 °, 120 °, 140 ° e 180 ° respectivamente. Por exemplo, o sextante ilustrado tem uma escala graduada de −10 ° a 142 °, que é basicamente um quintante: a moldura é um setor de um círculo que subtende um ângulo de 76 ° no pivô do braço do indicador.

A necessidade da leitura em escala dupla decorre da consideração das relações do raio fixo (entre os espelhos), o raio do objeto (do objeto avistado) e a direção da perpendicular normal ao espelho índice. Quando o braço indicador se move em um ângulo, digamos 20 °, o ângulo entre o raio fixo e o normal também aumenta em 20 °. Mas o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, então o ângulo entre o raio do objeto e o normal também deve aumentar em 20 °. O ângulo entre o raio fixo e o raio do objeto deve, portanto, aumentar em 40 °. Este é o caso mostrado no gráfico.

Existem dois tipos de espelhos de horizonte no mercado hoje. Ambos os tipos dão bons resultados.

Os sextantes tradicionais têm um espelho de meio horizonte, que divide o campo de visão em dois. De um lado, há uma visão do horizonte; do outro lado, uma visão do objeto celeste. A vantagem desse tipo é que tanto o horizonte quanto o objeto celeste são brilhantes e tão claros quanto possível. Isso é superior à noite e na neblina, quando o horizonte e / ou uma estrela sendo avistada pode ser difícil de ver. No entanto, é preciso varrer o objeto celeste para garantir que o ramo mais baixo do objeto celeste toque o horizonte.

Sextantes de horizonte inteiro usam um espelho de horizonte meio prateado para fornecer uma visão completa do horizonte. Isso torna mais fácil ver quando o ramo inferior de um objeto celeste toca o horizonte. Como a maioria das imagens são do sol ou da lua, e a neblina é rara sem céu encoberto, as vantagens de luz baixa do espelho de meio horizonte raramente são importantes na prática.

Em ambos os tipos, os espelhos maiores fornecem um campo de visão maior e, portanto, tornam mais fácil encontrar um objeto celestial. Os sextantes modernos geralmente têm espelhos de 5 cm ou maiores, enquanto os sextantes do século 19 raramente tinham um espelho maior do que 2,5 cm (uma polegada). Em grande parte, isso ocorre porque os espelhos planos de precisão ficaram menos caros para fabricar e para prata .

Um horizonte artificial é útil quando o horizonte é invisível, como ocorre no nevoeiro, nas noites sem lua, na calmaria, ao avistar através de uma janela ou em terrenos rodeados por árvores ou edifícios. Existem dois designs comuns de horizonte artificial. Um horizonte artificial pode consistir simplesmente em uma piscina de água protegida do vento, permitindo ao usuário medir a distância entre o corpo e seu reflexo e dividir por dois. Outro projeto permite a montagem de um tubo cheio de fluido com bolha diretamente no sextante.

A maioria dos sextantes também possui filtros para usar ao observar o sol e reduzir os efeitos da neblina. Os filtros geralmente consistem em uma série de vidros progressivamente mais escuros que podem ser usados ​​individualmente ou em combinação para reduzir a neblina e o brilho do sol. No entanto, sextantes com filtros de polarização ajustáveis ​​também foram fabricados, onde o grau de escuridão é ajustado girando a moldura do filtro.

A maioria dos sextantes monta um monocular de 1 ou 3 potências para visualização. Muitos usuários preferem um tubo de mira simples, que tem um campo de visão mais amplo e brilhante e é mais fácil de usar à noite. Alguns navegadores montam um monocular amplificador de luz para ajudar a ver o horizonte em noites sem lua. Outros preferem usar um horizonte artificial iluminado.

Os sextantes profissionais usam uma medida de grau de click-stop e um ajuste de worm que lê até um minuto , 1/60 de um grau . A maioria dos sextantes também inclui um vernier no mostrador sem-fim que lê até 0,1 minuto. Uma vez que 1 minuto de erro equivale a cerca de uma milha náutica , a melhor precisão possível da navegação celestial é de cerca de 0,1 milhas náuticas (200 m). No mar, os resultados dentro de várias milhas náuticas, bem dentro do alcance visual, são aceitáveis. Um navegador altamente qualificado e experiente pode determinar a posição com uma precisão de cerca de 0,25 milhas náuticas (460 m).

Uma mudança na temperatura pode distorcer o arco, criando imprecisões. Muitos navegadores compram estojos à prova de intempéries para que seu sextante possa ser colocado fora da cabine para atingir o equilíbrio com as temperaturas externas. Os projetos de estrutura padrão (consulte a ilustração) devem equalizar o erro angular diferencial das mudanças de temperatura. A alça é separada do arco e da estrutura para que o calor do corpo não deforme a estrutura. Sextantes para uso tropical são freqüentemente pintados de branco para refletir a luz do sol e permanecem relativamente frios. Os sextantes de alta precisão têm uma estrutura e arco invar (um aço especial de baixa expansão). Alguns sextantes científicos foram construídos de quartzo ou cerâmica com expansões ainda menores. Muitos sextantes comerciais usam latão ou alumínio de baixa expansão. O latão tem menor expansão do que o alumínio, mas os sextantes de alumínio são mais leves e menos cansativos de usar. Alguns dizem que são mais precisos porque a mão treme menos. Os sextantes com estrutura de latão sólido são menos suscetíveis a oscilações em ventos fortes ou quando a embarcação está trabalhando em mar agitado, mas, como observado, são substancialmente mais pesados. Sextantes com caixilhos de alumínio e arcos de latão também foram fabricados. Essencialmente, um sextante é intensamente pessoal para cada navegador, e eles escolherão o modelo que tiver as características que mais se adaptem a eles.

Os sextantes para aeronaves estão fora de produção, mas tinham características especiais. A maioria tinha horizontes artificiais para permitir a visão através de uma janela embutida no teto. Alguns também tinham médios mecânicos para fazer centenas de medições por vista para compensação de acelerações aleatórias no fluido do horizonte artificial. Os sextantes de aeronaves mais antigas tinham dois caminhos visuais, um padrão e outro projetado para uso em aeronaves de cabine aberta que permitiam uma visão direta do sextante no colo. Os sextantes de aeronaves mais modernos eram periscópicos com apenas uma pequena projeção acima da fuselagem . Com eles, o navegador pré-computou sua visão e então anotou a diferença entre a altura observada e a prevista do corpo para determinar sua posição.

Dando uma olhada

Uma visão (ou medida ) do ângulo entre o sol , uma estrela ou um planeta e o horizonte é feita com o ' telescópio estelar ' encaixado no sextante usando um horizonte visível. Em uma embarcação no mar, mesmo em dias de neblina, a vista pode ser feita de uma altura baixa acima da água para dar um horizonte mais definido e melhor. Os navegadores seguram o sextante pela alça na mão direita, evitando tocar o arco com os dedos.

Para uma visão do sol, um filtro é usado para superar o brilho , como "sombras" cobrindo o espelho de índice e o espelho do horizonte projetado para evitar danos aos olhos. Ao definir a barra de índice para zero, o sol pode ser visto através do telescópio. Soltando a barra de índice (seja liberando um parafuso de fixação ou em instrumentos modernos, usando o botão de liberação rápida), a imagem do sol pode ser reduzida ao nível do horizonte. É necessário virar para trás a sombra do espelho do horizonte para poder ver o horizonte, e então o parafuso de ajuste fino na extremidade da barra de índice é girado até que a curva inferior (o membro inferior ) do sol apenas toque o horizonte. " Girar " o sextante em torno do eixo do telescópio garante que a leitura seja feita com o instrumento na vertical. O ângulo de visão é então lido na escala do arco, usando o micrômetro ou escala de nônio fornecida. O tempo exato da visão também deve ser anotado simultaneamente, e a altura do olho acima do nível do mar, registrada.

Um método alternativo é estimar a altitude atual (ângulo) do sol a partir de tabelas de navegação, em seguida, definir a barra de índice para esse ângulo no arco, aplicar sombras adequadas apenas ao espelho de índice e apontar o instrumento diretamente para o horizonte, varrendo de um lado para o outro até que um lampejo dos raios de sol seja visto no telescópio. Os ajustes finos são feitos como acima. Este método tem menos probabilidade de ser bem-sucedido para avistar estrelas e planetas.

A visão de estrelas e planetas normalmente é feita durante o crepúsculo náutico ao amanhecer ou anoitecer , enquanto os corpos celestes e o horizonte do mar são visíveis. Não há necessidade de usar cortinas ou de distinguir o membro inferior, pois o corpo aparece como um mero ponto no telescópio. A lua pode ser avistada, mas parece se mover muito rápido, parece ter tamanhos diferentes em momentos diferentes e, às vezes, apenas o membro inferior ou superior pode ser distinguido devido à sua fase .

Depois que uma visão é obtida, ela é reduzida a uma posição observando vários procedimentos matemáticos. A redução da visão mais simples é desenhar o círculo de igual altitude do objeto celeste avistado em um globo. A interseção desse círculo com uma trilha de cálculo morto, ou outro avistamento, fornece uma localização mais precisa.

Sextantes podem ser usados ​​com muita precisão para medir outros ângulos visíveis, por exemplo, entre um corpo celeste e outro e entre pontos de referência em terra. Usado horizontalmente, um sextante pode medir o ângulo aparente entre dois marcos, como um farol e uma torre de igreja , que pode então ser usado para encontrar a distância ao largo ou até o mar (desde que a distância entre os dois marcos seja conhecida). Usado verticalmente, uma medida do ângulo entre a lanterna de um farol de altura conhecida e o nível do mar em sua base também pode ser usada para a distância.

Ajustamento

Devido à sensibilidade do instrumento, é fácil tirar os espelhos de ajuste. Por esta razão, um sextante deve ser verificado com freqüência para erros e ajustado de acordo.

Existem quatro erros que podem ser ajustados pelo navegador e devem ser removidos na seguinte ordem.

Erro de perpendicularidade
Isso ocorre quando o espelho índice não está perpendicular à moldura do sextante. Para testar isso, coloque o braço indicador a cerca de 60 ° do arco e segure o sextante horizontalmente com o arco afastado de você no comprimento do braço e olhe no espelho indicador. O arco do sextante deve parecer continuar ininterrupto no espelho. Se houver um erro, as duas visualizações parecerão estar quebradas. Ajuste o espelho até que o reflexo e a visão direta do arco pareçam contínuas.
Erro lateral
Isso ocorre quando o vidro / espelho do horizonte não está perpendicular ao plano do instrumento. Para testar isso, primeiro zere o braço do indicador e, em seguida, observe uma estrela através do sextante. Em seguida, gire o parafuso tangente para frente e para trás de modo que a imagem refletida passe alternadamente acima e abaixo da visualização direta. Se, ao mudar de uma posição para outra, a imagem refletida passar diretamente sobre a imagem não refletida, não existe nenhum erro lateral. Se passar para um lado, existe um erro lateral. O usuário pode segurar o sextante de lado e observar o horizonte para verificar o sextante durante o dia. Se houver dois horizontes, há um erro lateral; ajuste o vidro / espelho do horizonte até que as estrelas se fundam em uma imagem ou os horizontes se fundam em um. O erro lateral geralmente é irrelevante para as observações e pode ser ignorado ou reduzido a um nível meramente inconveniente.
Erro de colimação
É quando o telescópio ou monocular não está paralelo ao plano do sextante. Para verificar isso, você precisa observar duas estrelas afastadas 90 ° ou mais. Faça coincidir as duas estrelas à esquerda ou à direita do campo de visão. Mova o sextante ligeiramente para que as estrelas se movam para o outro lado do campo de visão. Se eles se separarem, haverá erro de colimação . Como os sextantes modernos raramente usam telescópios ajustáveis, eles não precisam ser corrigidos para erros de colimação.
Erro de índice
Isso ocorre quando os espelhos de índice e horizonte não são paralelos entre si quando o braço do índice é definido como zero. Para testar o erro do índice, zere o braço do índice e observe o horizonte. Se a imagem refletida e direta do horizonte estiverem alinhadas, não haverá erro de índice. Se um estiver acima do outro, ajuste o espelho do índice até que os dois horizontes se fundam. Isso pode ser feito à noite com uma estrela ou com a lua.

Treinamento moderno da Marinha dos EUA

Após um lapso de 15 anos, o 30º Chefe de Operações Navais da Marinha dos Estados Unidos em 2016 instruiu aquele treinamento a usar o sextante como dispositivo de navegação de backup, já que não depende de sistemas elétricos.

Veja também

Notas

Referências

links externos