Octant (instrumento)

El octante, también llamado cuadrante reflectante, es un instrumento reflectante utilizado en la navegación.

Etimología

El nombre octante deriva del latín octans que significa octava parte de un círculo, porque el arco del instrumento es un octavo de un círculo.

Cuadrante reflectante deriva del instrumento que utiliza espejos para reflejar el camino de la luz hacia el observador y, al hacerlo, duplica el ángulo medido. Esto permite que el instrumento utilice un octavo de vuelta para medir un cuarto de vuelta o cuadrante.

Origen del octante

Cuadrante reflectante de Newton

El cuadrante reflectante de Isaac Newton se inventó alrededor de 1699. Se le dio una descripción detallada del instrumento a Edmond Halley, pero la descripción no se publicó hasta después de la muerte de Halley en 1742. No se sabe por qué. Halley no publicó la información durante su vida, ya que esto impidió que Newton obtuviera el crédito por el invento que generalmente se le atribuye a John Hadley y Thomas Godfrey.

Una copia de este instrumento fue construida por Thomas Heath (fabricante de instrumentos) y es posible que se haya mostrado en el escaparate de Heath antes de que la Royal Society lo publicara en 1742.

El instrumento de Newton usaba dos espejos, pero se usaban en una disposición algo diferente de los dos espejos que se encuentran en los octantes y sextantes modernos. El diagrama de la derecha muestra la configuración del instrumento.

El arco de 45° del instrumento (PQ), fue graduado con 90 divisiones de medio grado cada una. Cada una de estas divisiones se subdividió en 60 partes y cada parte se dividió en sextas partes. Esto da como resultado que el arco se marque en grados, minutos y sextos de minuto (10 segundos). Así el instrumento podría tener lecturas interpoladas a 5 segundos de arco. Esta finura de graduación sólo es posible gracias al gran tamaño del instrumento: sólo el telescopio de observación medía entre tres y cuatro pies de largo.

Un telescopio de observación (AB), de tres o cuatro pies de largo, estaba montado a lo largo de un lado del instrumento. Se fijó un espejo de horizonte en un ángulo de 45° frente a la lente objetivo del telescopio (G). Este espejo era lo suficientemente pequeño como para permitir al observador ver la imagen en el espejo por un lado y ver directamente hacia adelante por el otro. El brazo índice (CD) sostenía un espejo índice (H), también a 45° con respecto al borde del brazo índice. Los lados reflectantes de los dos espejos nominalmente estaban enfrentados, de modo que la imagen que se ve en el primer espejo es la reflejada en el segundo.

Con los dos espejos paralelos, el índice indica 0°. La vista a través del telescopio ve directamente hacia adelante en un lado y la vista desde el espejo G ve la misma imagen reflejada en el espejo H (ver dibujo detallado a la derecha). Cuando el brazo índice se mueve de cero a un valor grande, el espejo índice refleja una imagen que se encuentra en una dirección alejada de la línea de visión directa. A medida que aumenta el movimiento del brazo índice, la línea de visión del espejo índice se mueve hacia S (a la derecha en la imagen detallada). Esto muestra una ligera deficiencia en esta disposición de espejos. El espejo del horizonte bloqueará la visión del espejo índice en ángulos cercanos a los 90°.

La longitud del telescopio de observación parece notable, dado el pequeño tamaño de los telescopios de los instrumentos modernos. Esta fue probablemente la forma elegida por Newton para reducir las aberraciones cromáticas. Los telescopios de distancia focal corta, antes del desarrollo de las lentes acromáticas, producían un grado de aberración objetable, hasta el punto de que podía afectar la percepción de la posición de una estrella. Las distancias focales largas eran la solución, y este telescopio probablemente habría tenido una lente objetivo de distancia focal larga y un ocular de distancia focal larga. Esto disminuiría las aberraciones sin un aumento excesivo.

Las inventoras del octante

Dos hombres desarrollaron de forma independiente el octante alrededor de 1730: John Hadley (1682-1744), un matemático inglés, y Thomas Godfrey (1704-1749), un vidriero de Filadelfia. Si bien ambos tienen un derecho legítimo e igualitario sobre la invención, Hadley generalmente obtiene la mayor parte del crédito. Esto refleja el papel central que desempeñaron Londres y la Royal Society en la historia de los instrumentos científicos en el siglo XVIII.

Otros dos que crearon octantes durante este período fueron Caleb Smith, un corredor de seguros inglés con un gran interés en la astronomía (en 1734), y Jean-Paul Fouchy, profesor de matemáticas y astrónomo en Francia (en 1732).

Versiones de Hadley

Hadley produjo dos versiones del cuadrante reflectante. Sólo el segundo es bien conocido y es el familiar octante.

Cuadrante reflectante de Hadley

El primer cuadrante reflectante de Hadley fue un dispositivo simple con un marco que abarcaba un arco de 45°. En la imagen de la derecha, del artículo de Hadley en Philosophical Transactions de la Royal Society, se puede ver la naturaleza de su diseño. En uno de los lados del marco había un pequeño telescopio de observación. Se montó un espejo índice grande en el punto de rotación del brazo índice. Un segundo espejo de horizonte más pequeño estaba montado en el marco en la línea de visión del telescopio. El espejo del horizonte permite al observador ver la imagen del espejo índice en una mitad de la vista y ver un objeto distante en la otra mitad. Se montó una pantalla en el vértice del instrumento para permitir observar un objeto brillante. La pantalla gira para permitirle apartarse del camino para realizar observaciones estelares.

Observando a través del telescopio, el navegante vería un objeto directamente delante. El segundo objeto se vería reflejado en el espejo del horizonte. La luz del espejo del horizonte se refleja en el espejo índice. Al mover el brazo índice, se puede hacer que el espejo índice revele cualquier objeto hasta 90° desde la línea de visión directa. Cuando ambos objetos están en la misma vista, alinearlos permite al navegador medir la distancia angular entre ellos.

Se produjeron muy pocos de los diseños originales de cuadrantes reflectantes. Uno, construido por Baradelle, está en la colección del Musée de la Marine de París.

Octante de Hadley

El segundo diseño de Hadley tenía la forma familiar para los navegantes modernos. La imagen de la derecha, también tomada de su publicación de la Royal Society, muestra los detalles.

Colocó un espejo índice en el brazo índice. Se proporcionaron dos espejos de horizonte. El espejo superior, en la línea del telescopio de observación, era lo suficientemente pequeño como para permitir que el telescopio viera directamente hacia adelante además de ver la vista reflejada. La vista reflejada era la de la luz del espejo índice. Como en el instrumento anterior, la disposición de los espejos permitía al observador ver simultáneamente un objeto de frente y verlo reflejado en el espejo índice hasta el espejo del horizonte y luego en el telescopio. Mover el brazo índice permitió al navegante ver cualquier objeto dentro de los 90° de la vista directa.

La diferencia significativa con este diseño fue que los espejos permitieron sostener el instrumento verticalmente en lugar de horizontalmente y proporcionaron más espacio para configurar los espejos sin sufrir interferencias mutuas.

El segundo espejo horizonte fue una innovación interesante. El telescopio era extraíble. Se podría volver a montar de modo que el telescopio viera el segundo espejo del horizonte desde el lado opuesto del marco. Montando los dos espejos del horizonte en ángulo recto entre sí y permitiendo el movimiento del telescopio, el navegante podía medir ángulos de 0 a 90° con un espejo del horizonte y de 90° a 180° con el otro. Esto hizo que el instrumento fuera muy versátil. Por razones desconocidas, esta característica no se implementó en octantes de uso general.

Al comparar este instrumento con la foto de un octante típico en la parte superior del artículo, se puede ver que las únicas diferencias significativas en el diseño más moderno son:

• La ubicación del espejo del horizonte y el telescopio o la pinnula de visualización es menor.
• La fijación interna del marco es más central y robusta.
• La posición de los tonos para el espejo índice está en el camino entre el índice y los espejos del horizonte en lugar de en la parte superior del instrumento.
• Se utilizan múltiples tonos para permitir diferentes niveles de afeitado.
• Los tonos separados se proporcionan en el espejo del horizonte para observar una posición baja del sol con un horizonte muy brillante.
• No se proporciona el segundo espejo del horizonte y la alidade acompañante.

Astroscopio de Smith

Caleb Smith, un corredor de seguros inglés con un gran interés en la astronomía, había creado un octante en 1734. Lo llamó Astroscopio o Cuadrante del Mar. Usó un prisma fijo además de un espejo índice para proporcionar elementos reflectantes. Los prismas ofrecen ventajas sobre los espejos en una época en la que los espejos de metal pulido eran inferiores y tanto el plateado de un espejo como la producción de vidrio con superficies planas y paralelas eran difíciles.

En el dibujo de la derecha, el elemento del horizonte (B) podría ser un espejo o un prisma. En el brazo índice, el espejo índice (A) gira con el brazo. Se montó un telescopio de observación en el marco (C). El índice no utilizó vernier u otro dispositivo en la escala (D). Smith llamó etiqueta al brazo índice del instrumento, a la manera de Elton para el cuadrante de su marinero.

Varios elementos de diseño del instrumento de Smith lo hicieron inferior al octante de Hadley y no se utilizó de manera significativa. Por ejemplo, un problema con el astroscopio era el ángulo de la línea de visión del observador. Al mirar hacia abajo, tenía mayor dificultad para observar que una orientación con la cabeza en orientación normal.

Ventajas del octante

El octante proporcionó una serie de ventajas sobre los instrumentos anteriores.

La vista fue fácil de alinear porque el horizonte y la estrella parecen moverse juntos mientras el barco cabecea y gira. Esto también creó una situación en la que el error en la observación dependía menos del observador, ya que podía ver directamente ambos objetos a la vez.

Con el uso de las técnicas de fabricación disponibles en el siglo XVIII, los instrumentos eran capaces de leer con mucha precisión. El tamaño de los instrumentos se redujo sin pérdida de precisión. Un octante podría tener la mitad del tamaño de un cuadrante de Davis sin que aumente el error.

Usando cortinas sobre los caminos de luz, se podía observar el sol directamente, mientras que mover las cortinas fuera del camino de luz permitía al navegante observar estrellas débiles. Esto hizo que el instrumento pudiera utilizarse tanto de día como de noche.

En 1780, el octante y el sextante habían desplazado casi por completo a todos los instrumentos de navegación anteriores.

Producción del octante

Los primeros octantes se construyeron principalmente en madera, y las versiones posteriores incorporaron componentes de marfil y latón. Los primeros espejos eran de metal pulido, ya que la tecnología para producir espejos de vidrio plateado con superficies planas y paralelas era limitada. A medida que mejoraron las técnicas de pulido del vidrio, se empezaron a proporcionar espejos de vidrio. Estos utilizaban recubrimientos de amalgama de estaño que contenía mercurio; Los revestimientos de plata o aluminio no estuvieron disponibles hasta el siglo XIX. La mala calidad óptica de los primeros espejos de metal pulido con espéculo hacía que las miras telescópicas no fueran prácticas. Por esa razón, la mayoría de los primeros octantes empleaban en su lugar una simple pínula de observación a simple vista.

Los primeros octantes conservaron algunas de las características comunes de los backstaves, como las transversales en la escala. Sin embargo, tal como estaban grabados, mostraron que el instrumento tenía una precisión aparente de solo dos minutos de arco, mientras que el asta parecía tener una precisión de un minuto. El uso de la escala vernier permitió leer la escala hasta un minuto, lo que mejoró la comerciabilidad del instrumento. Esto y la facilidad para fabricar verniers en comparación con los transversales, llevaron a la adopción del vernier en octantes producidos más tarde en el siglo XVIII.

Los octantes se produjeron en grandes cantidades. En madera y marfil, su precio relativamente bajo en comparación con un sextante de latón los convirtió en un instrumento popular. El diseño se estandarizó y muchos fabricantes utilizaron el mismo estilo de marco y componentes. Diferentes talleres podrían fabricar diferentes componentes, con carpinteros especializados en marcos y otros en componentes de latón. Por ejemplo, Spencer, Browning and Rust, un fabricante de instrumentos científicos en Inglaterra de 1787 a 1840 (que operaba como Spencer, Browning and Co. después de 1840) utilizó un motor divisor Ramsden para producir escalas graduadas en marfil. . Estos fueron ampliamente utilizados por otros y las iniciales SBR se podían encontrar en octantes de muchos otros fabricantes.

En las fotografías de este artículo se encuentran ejemplos de estos octantes muy similares. La imagen en la parte superior es esencialmente el mismo instrumento que el de las fotografías detalladas. Sin embargo, son de dos fabricantes de instrumentos diferentes: la parte superior tiene la etiqueta Crichton - Londres, vendida por J Berry Aberdeen mientras que las imágenes detalladas son de un instrumento de Spencer, Browning & Co. Londres. La única diferencia obvia es la presencia de sombras de horizonte en el octante de Crichton que no las hay en el otro.

Estos octantes estaban disponibles con muchas opciones. Un octante básico con graduaciones directamente sobre el marco de madera era el más económico. Estos prescindieron de una mira telescópica y en su lugar utilizaron una pínula de mira de uno o dos orificios. Las balanzas de marfil aumentarían el precio, al igual que el uso de un brazo índice de latón o un nonio.

Fallecimiento del octante

En 1767, la primera edición del Almanaque Náutico tabulaba las distancias lunares, lo que permitía a los navegantes encontrar la hora actual a partir del ángulo entre el Sol y la Luna. Este ángulo a veces es mayor que 90° y, por lo tanto, no es posible medirlo con un octante. Por esa razón, el almirante John Campbell, que realizó experimentos a bordo con el método de la distancia lunar, sugirió un instrumento más grande y se desarrolló el sextante.

A partir de ese momento, el sextante fue el instrumento que experimentó importantes desarrollos y mejoras y fue el instrumento elegido por los navegantes navales. El octante se siguió produciendo hasta bien entrado el siglo XIX, aunque en general era un instrumento menos preciso y menos costoso. El precio más bajo del octante, incluidas las versiones sin telescopio, lo convirtió en un instrumento práctico para los barcos de las flotas mercantes y pesqueras.

Una práctica común entre los navegantes hasta finales del siglo XIX era utilizar tanto un sextante como un octante. El sextante se utilizó con mucho cuidado y sólo para los lunares, mientras que el octante se utilizó para mediciones rutinarias de altitud meridional del Sol todos los días. Esto protegió el sextante más preciso y más caro, mientras se utilizaba el octante más asequible, donde funciona bien.

Octante de burbuja

Desde principios de la década de 1930 hasta finales de la década de 1950, se produjeron varios tipos de instrumentos civiles y militares de octantos de burbujas para su uso a bordo de aviones. Todos estaban equipados con un horizonte artificial en forma de burbuja, que se centró para alinear el horizonte de un navegador que volaba miles de pies sobre la tierra; Algunos tenían características de grabación.

Uso y ajuste

El uso y ajuste del octante es esencialmente idéntico al sextante del navegante.

Otros instrumentos reflectantes

El de Hadley no fue el primer cuadrante reflexivo. Robert Hooke inventó un cuadrante reflectante en 1684 y había escrito sobre el concepto ya en 1666. El de Hooke era un instrumento de un solo reflejo. Otros octantes fueron desarrollados por Jean-Paul Fouchy y Caleb Smith a principios de la década de 1730; sin embargo, no adquirieron importancia en la historia de los instrumentos de navegación.