Sextante - Sextant

Un sextante

Un sextante es un instrumento de navegación doblemente reflectante que mide la distancia angular entre dos objetos visibles. El uso principal de un sextante es medir el ángulo entre un objeto astronómico y el horizonte para propósitos de navegación celeste .

La estimación de este ángulo, la altitud, se conoce como avistar o disparar al objeto, o mirar . El ángulo, y la hora en que se midió, se pueden usar para calcular una línea de posición en una carta náutica o aeronáutica; por ejemplo, observar el Sol al mediodía o Polaris de noche (en el hemisferio norte) para estimar la latitud (con vista reducción ). Observar la altura de un punto de referencia puede dar una medida de distancia y, sostenido horizontalmente, un sextante puede medir ángulos entre objetos para una posición en un gráfico . También se puede utilizar un sextante para medir la distancia lunar entre la luna y otro objeto celeste (como una estrella o un planeta) para determinar la hora media de Greenwich y, por tanto, la longitud .

El principio del instrumento fue implementado por primera vez alrededor de 1731 por John Hadley (1682-1744) y Thomas Godfrey (1704-1749), pero también se encontró más tarde en los escritos inéditos de Isaac Newton (1643-1727).

En 1922, fue modificado para la navegación aeronáutica por el navegante y oficial naval portugués Gago Coutinho .

Sextantes de navegación

Usando un sextante

Al igual que el cuadrante de Davis , el sextante permite medir los objetos celestes en relación con el horizonte, en lugar de con respecto al instrumento. Esto permite una excelente precisión. Además, a diferencia del backstaff , el sextante permite observaciones directas de estrellas. Esto permite el uso del sextante por la noche cuando el backstaff es difícil de usar. Para las observaciones solares, los filtros permiten la observación directa del sol.

Dado que la medición es relativa al horizonte, el puntero de medición es un haz de luz que llega hasta el horizonte. Por tanto, la medición está limitada por la precisión angular del instrumento y no por el error sinusoidal de la longitud de una alidada , como ocurre en el astrolabio de un marinero o en un instrumento similar más antiguo.

Un sextante no requiere un objetivo completamente fijo, porque mide un ángulo relativo. Por ejemplo, cuando se usa un sextante en un barco en movimiento, la imagen tanto del horizonte como del objeto celeste se moverá en el campo de visión. Sin embargo, la posición relativa de las dos imágenes permanecerá estable, y siempre que el usuario pueda determinar cuándo el objeto celeste toca el horizonte, la precisión de la medición seguirá siendo alta en comparación con la magnitud del movimiento.

El sextante no depende de la electricidad (a diferencia de muchas formas de navegación moderna) o de cualquier cosa que dependa de señales controladas por humanos (como los satélites GPS). Por estas razones, se considera una herramienta de navegación de respaldo eminentemente práctica para los barcos.

Diseño

El marco de un sextante tiene la forma de un sector que es aproximadamente 16 de un círculo (60 °), de ahí su nombre ( sextāns, sextantis es la palabra latina para "un sexto"). Tanto los instrumentos más pequeños como los más grandes están (o estaban) en uso: los sectores octante , quintante (o pentante ) y cuadrante (doblemente reflectante) de aproximadamente 18 de un círculo (45 °), 15 de un círculo ( 72 °) y 14 de un círculo (90 °), respectivamente. Todos estos instrumentos pueden denominarse "sextantes".

Sextante marino
Usando el sextante para medir la altitud del Sol sobre el horizonte

Adjunto al marco están el "espejo del horizonte", un brazo índice que mueve el espejo índice , un telescopio de observación, parasoles, una escala graduada y un medidor de tambor micrométrico para mediciones precisas. La escala debe estar graduada de modo que las divisiones de grados marcadas registren el doble del ángulo a través del cual gira el brazo índice. Las escalas de octante, sextante, quintante y cuadrante están graduadas desde debajo de cero a 90 °, 120 °, 140 ° y 180 ° respectivamente. Por ejemplo, el sextante ilustrado tiene una escala graduada de -10 ° a 142 °, que es básicamente un quintante: el marco es un sector de un círculo que subtiende un ángulo de 76 ° en el pivote del brazo índice.

La necesidad de la lectura a doble escala se deriva de la consideración de las relaciones del rayo fijo (entre los espejos), el rayo del objeto (del objeto vidente) y la dirección de la normal perpendicular al espejo índice. Cuando el brazo índice se mueve en un ángulo, digamos 20 °, el ángulo entre el rayo fijo y el normal también aumenta en 20 °. Pero el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, por lo que el ángulo entre el rayo del objeto y la normal también debe aumentar en 20 °. Por tanto, el ángulo entre el rayo fijo y el rayo objeto debe aumentar en 40 °. Este es el caso que se muestra en el gráfico.

En la actualidad, existen dos tipos de espejos de horizonte en el mercado. Ambos tipos dan buenos resultados.

Los sextantes tradicionales tienen un espejo de medio horizonte, que divide el campo de visión en dos. Por un lado, hay una vista del horizonte; al otro lado, una vista del objeto celeste. La ventaja de este tipo es que tanto el horizonte como el objeto celeste son brillantes y lo más claros posible. Esto es superior en la noche y en la bruma, cuando el horizonte y / o una estrella que se está viendo pueden ser difíciles de ver. Sin embargo, uno tiene que barrer el objeto celeste para asegurarse de que la rama más baja del objeto celeste toque el horizonte.

Los sextantes de horizonte completo utilizan un espejo de horizonte medio plateado para proporcionar una vista completa del horizonte. Esto hace que sea fácil ver cuando la extremidad inferior de un objeto celeste toca el horizonte. Dado que la mayoría de las vistas son del sol o la luna, y la bruma es rara sin estar nublado, las ventajas de poca luz del espejo de medio horizonte rara vez son importantes en la práctica.

En ambos tipos, los espejos más grandes brindan un campo de visión más amplio y, por lo tanto, facilitan la búsqueda de un objeto celeste. Los sextantes modernos a menudo tienen espejos de 5 cm o más, mientras que los sextantes del siglo XIX rara vez tenían un espejo de más de 2,5 cm (una pulgada). En gran parte, esto se debe a que los espejos planos de precisión se han vuelto menos costosos de fabricar y de platear .

Un horizonte artificial es útil cuando el horizonte es invisible, como ocurre en la niebla, en las noches sin luna, en una calma, cuando se mira a través de una ventana o en un terreno rodeado de árboles o edificios. Hay dos diseños comunes de horizonte artificial. Un horizonte artificial puede consistir simplemente en un charco de agua protegido del viento, lo que permite al usuario medir la distancia entre el cuerpo y su reflejo y dividir por dos. Otro diseño permite el montaje de un tubo lleno de líquido con burbuja directamente al sextante.

La mayoría de los sextantes también tienen filtros para usar al mirar el sol y reducir los efectos de la neblina. Los filtros suelen consistir en una serie de cristales progresivamente más oscuros que se pueden utilizar solos o combinados para reducir la bruma y el brillo del sol. Sin embargo, también se han fabricado sextantes con filtros polarizadores ajustables, donde el grado de oscuridad se ajusta girando el marco del filtro.

La mayoría de los sextantes montan un monocular de 1 o 3 aumentos para la visualización. Muchos usuarios prefieren un tubo de observación simple, que tiene un campo de visión más amplio y brillante y es más fácil de usar por la noche. Algunos navegantes montan un monocular amplificador de luz para ayudar a ver el horizonte en noches sin luna. Otros prefieren utilizar un horizonte artificial iluminado.

Los sextantes profesionales utilizan una medida de grado de parada de clic y un ajuste de gusano que lee hasta un minuto , 1/60 de grado . La mayoría de los sextantes también incluyen un nonio en el dial de gusano que indica 0,1 minuto. Dado que 1 minuto de error equivale aproximadamente a una milla náutica , la mejor precisión posible de la navegación celeste es de aproximadamente 0,1 millas náuticas (200 m). En el mar, los resultados dentro de varias millas náuticas, dentro del alcance visual, son aceptables. Un navegante altamente capacitado y experimentado puede determinar la posición con una precisión de aproximadamente 0.25 millas náuticas (460 m).

Un cambio de temperatura puede deformar el arco y generar imprecisiones. Muchos navegantes compran estuches impermeables para que su sextante pueda colocarse fuera de la cabina para equilibrarse con las temperaturas exteriores. Se supone que los diseños de marco estándar (ver ilustración) igualan el error angular diferencial de los cambios de temperatura. El mango está separado del arco y el marco para que el calor corporal no deforme el marco. Los sextantes para uso tropical a menudo se pintan de blanco para reflejar la luz del sol y se mantienen relativamente fríos. Los sextantes de alta precisión tienen un marco y un arco invar (un acero especial de baja expansión). Algunos sextantes científicos se han construido de cuarzo o cerámica con expansiones aún menores. Muchos sextantes comerciales utilizan latón o aluminio de baja expansión. El latón tiene menor expansión que el aluminio, pero los sextantes de aluminio son más livianos y menos agotadores de usar. Algunos dicen que son más precisos porque la mano tiembla menos. Los sextantes con armazón de latón macizo son menos susceptibles a bambolearse con vientos fuertes o cuando la embarcación está trabajando en mares agitados, pero como se señaló son sustancialmente más pesados. También se han fabricado sextantes con marcos de aluminio y arcos de latón. Básicamente, un sextante es intensamente personal para cada navegante, y ellos elegirán el modelo que tenga las características que más les convengan.

Los sextantes de aviones ya no están en producción, pero tenían características especiales. La mayoría tenía horizontes artificiales que permitían ver a través de una ventana elevada. Algunos también tenían promedios mecánicos para realizar cientos de mediciones por vista para compensar las aceleraciones aleatorias en el fluido del horizonte artificial. Los sextantes de aviones más antiguos tenían dos trayectorias visuales, una estándar y la otra diseñada para su uso en aviones con cabina abierta que permitían ver directamente sobre el sextante en el regazo. Los sextantes de aviones más modernos eran periscópicos con solo una pequeña proyección sobre el fuselaje . Con estos, el navegador precalculó su vista y luego anotó la diferencia en la altura del cuerpo observada versus la predicha para determinar su posición.

Tomando una vista

Una vista (o medida ) del ángulo entre el sol , una estrella o un planeta y el horizonte se realiza con el ' telescopio estelar ' instalado en el sextante utilizando un horizonte visible. En un barco en el mar, incluso en días brumosos, se puede ver desde una altura baja sobre el agua para obtener un horizonte mejor y más definido. Los navegantes sostienen el sextante por su mango en la mano derecha, evitando tocar el arco con los dedos.

Para una vista del sol, se utiliza un filtro para superar el deslumbramiento , como "sombras" que cubren tanto el espejo índice como el espejo del horizonte diseñado para evitar daños en los ojos. Al establecer la barra de índice en cero, se puede ver el sol a través del telescopio. Al soltar la barra de índice (ya sea soltando un tornillo de sujeción, o en instrumentos modernos, usando el botón de liberación rápida), la imagen del sol se puede reducir aproximadamente al nivel del horizonte. Es necesario voltear la pantalla del espejo del horizonte para poder ver el horizonte, y luego se gira el tornillo de ajuste fino en el extremo de la barra de índice hasta que la curva inferior (la extremidad inferior ) del sol apenas toca el horizonte. " Balancear " el sextante sobre el eje del telescopio asegura que la lectura se toma con el instrumento en posición vertical. A continuación, se lee el ángulo de la mira en la escala del arco, utilizando el micrómetro o la escala vernier proporcionada. La hora exacta de la vista también debe anotarse simultáneamente y se debe registrar la altura del ojo sobre el nivel del mar.

Un método alternativo es estimar la altitud (ángulo) actual del sol a partir de las tablas de navegación, luego establecer la barra de índice en ese ángulo en el arco, aplicar sombras adecuadas solo al espejo de índice y apuntar el instrumento directamente al horizonte, barriendo de lado a lado hasta que se vea un destello de los rayos del sol en el telescopio. A continuación, se realizan ajustes finos como se indicó anteriormente. Es menos probable que este método tenga éxito para avistar estrellas y planetas.

Las vistas de estrellas y planetas se toman normalmente durante el crepúsculo náutico al amanecer o al anochecer , mientras que tanto los cuerpos celestes como el horizonte marino son visibles. No es necesario utilizar cortinas ni distinguir la extremidad inferior, ya que el cuerpo aparece como un mero punto en el telescopio. La luna se puede ver, pero parece moverse muy rápido, parece tener diferentes tamaños en diferentes momentos y, a veces, solo se puede distinguir el miembro inferior o superior debido a su fase .

Después de que se toma una vista, se reduce a una posición al observar varios procedimientos matemáticos. La reducción de visión más simple es dibujar el círculo de igual altitud del objeto celeste avistado en un globo. La intersección de ese círculo con una pista a estima, u otro avistamiento, da una ubicación más precisa.

Los sextantes se pueden utilizar con mucha precisión para medir otros ángulos visibles, por ejemplo, entre un cuerpo celeste y otro y entre puntos de referencia en tierra. Si se usa horizontalmente, un sextante puede medir el ángulo aparente entre dos puntos de referencia, como un faro y la aguja de una iglesia , que luego se puede usar para encontrar la distancia del mar (siempre que se conozca la distancia entre los dos puntos de referencia). Si se utiliza verticalmente, también se puede utilizar una medida del ángulo entre la linterna de un faro de altura conocida y el nivel del mar en su base para la distancia.

Ajustamiento

Debido a la sensibilidad del instrumento, es fácil desajustar los espejos. Por esta razón, un sextante debe revisarse con frecuencia para detectar errores y ajustarse en consecuencia.

Hay cuatro errores que el navegador puede ajustar y deben eliminarse en el siguiente orden.

Error de perpendicularidad
Esto es cuando el espejo índice no es perpendicular al marco del sextante. Para probar esto, coloque el brazo índice a aproximadamente 60 ° en el arco y sostenga el sextante horizontalmente con el arco alejado de usted con el brazo extendido y mire en el espejo índice. El arco del sextante debe parecer que continúa intacto en el espejo. Si hay un error, las dos vistas parecerán estar rotas. Ajuste el espejo hasta que el reflejo y la vista directa del arco parezcan ser continuos.
Error lateral
Esto ocurre cuando el espejo / cristal del horizonte no es perpendicular al plano del instrumento. Para probar esto, primero ponga a cero el brazo índice y luego observe una estrella a través del sextante. Luego, gire el tornillo tangente hacia adelante y hacia atrás para que la imagen reflejada pase alternativamente por encima y por debajo de la vista directa. Si al cambiar de una posición a otra, la imagen reflejada pasa directamente sobre la imagen no reflejada, no existe ningún error lateral. Si pasa a un lado, existe un error lateral. El usuario puede sostener el sextante de costado y observar el horizonte para comprobar el sextante durante el día. Si hay dos horizontes, hay un error lateral; ajuste el espejo / cristal del horizonte hasta que las estrellas se fusionen en una imagen o los horizontes se fusionen en una sola. El error lateral es generalmente intrascendente para las observaciones y puede ignorarse o reducirse a un nivel que es simplemente un inconveniente.
Error de colimación
Esto es cuando el telescopio o monocular no está paralelo al plano del sextante. Para verificar esto, debe observar dos estrellas separadas por 90 ° o más. Haga coincidir las dos estrellas, ya sea a la izquierda o a la derecha del campo de visión. Mueva el sextante ligeramente para que las estrellas se muevan al otro lado del campo de visión. Si se separan hay error de colimación . Como los sextantes modernos rara vez utilizan telescopios ajustables, no es necesario corregirlos para detectar errores de colimación.
Error de índice
Esto ocurre cuando los espejos de índice y horizonte no son paralelos entre sí cuando el brazo de índice se establece en cero. Para probar el error de índice, ponga a cero el brazo índice y observe el horizonte. Si la imagen reflejada y directa del horizonte están alineadas, no hay error de índice. Si uno está por encima del otro, ajuste el espejo de índice hasta que se fusionen los dos horizontes. Esto se puede hacer de noche con una estrella o con la luna.

Entrenamiento moderno de la Marina de los EE. UU.

Después de un lapso de 15 años, el 30 ° Jefe de Operaciones Navales de la Armada de los EE. UU. En 2016 instruyó que se reanudara el entrenamiento para usar el sextante como un dispositivo de navegación de respaldo, ya que no depende de sistemas eléctricos.

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos