Sextante

Un sextante

Un sextante es un instrumento de navegación de doble reflexión 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 con fines de navegación celeste.

La estimación de este ángulo, la altitud, se conoce como observar o disparar al objeto, o tomar una mira. 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, al observar el Sol al mediodía o la estrella polar durante la noche (en el hemisferio norte) para estimar la latitud (con la vista reducción). Ver 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 usar 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 lo 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< /span>.

Sextantes de navegación

US Navy Quartermaster 3rd Clase, prácticas usando un sextante como parte de un entrenamiento de navegación a bordo del barco de asalto anfibio USS Bonhomme Richard (LHD 6), 2018

Al igual que el cuadrante de Davis, el sextante permite medir los objetos celestes en relación con el horizonte, en lugar de en relación con el 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 es difícil usar un asta trasera. 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 lo 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 una puntería completamente estable, 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 se mantendrá estable y, siempre que el usuario pueda determinar cuándo el objeto celeste toca el horizonte, la precisión de la medición se mantendrá alta en comparación con la magnitud del movimiento.

El sextante no depende de la electricidad (a diferencia de muchas formas de navegación moderna) ni de nada que dependa de señales controladas por humanos (como los satélites GPS). Por estos motivos se considera una herramienta de navegación de apoyo a los buques eminentemente práctica.

Diseño

El marco de un sextante tiene la forma de un sector que es aproximadamente 1⁄6 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: el octante, el quintante (o pentante) y el cuadrante (doblemente reflectante) abarcan sectores de aproximadamente 1⁄8 de un círculo (45°), 1⁄5 de un círculo (72°) y < span class="num">1⁄4 de un círculo (90°), respectivamente. Todos estos instrumentos pueden denominarse "sextantes".

Marine Sextant

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

Los navegantes también pueden usarse para medir ángulos horizontales entre objetos

Unidos al marco se encuentran el "espejo de horizonte", un brazo índice que mueve el espejo índice, un telescopio de observación, parasoles, un escala graduada y un calibre de tambor micrométrico para mediciones precisas. La escala debe estar graduada de modo que las divisiones de grado marcadas registren el doble del ángulo a través del cual gira el brazo indicador. Las escalas del octante, sextante, quintante y cuadrante están graduadas de bajo 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 indicador.

La necesidad de la lectura de escala doble se deriva de la consideración de las relaciones del rayo fijo (entre los espejos), el rayo del objeto (del objeto visto) 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 la 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 lo tanto, el ángulo entre el rayo fijo y el rayo del objeto debe aumentar en 40°. Este es el caso que se muestra en el gráfico.

Hay dos tipos de espejos horizontales en el mercado hoy en día. 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; por el 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 neblina, cuando el horizonte y/o una estrella que se está avistando pueden ser difíciles de ver. Sin embargo, uno tiene que barrer el objeto celeste para asegurarse de que la extremidad 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 facilita 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 neblina es rara sin cielo nublado, las ventajas del espejo de medio horizonte en condiciones de poca luz rara vez son importantes en la práctica.

En ambos tipos, los espejos más grandes brindan un mayor campo de visión y, por lo tanto, facilitan la búsqueda de un objeto celeste. Los sextantes modernos a menudo tienen espejos de 5 cm o más grandes, 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 plata.

Un horizonte artificial es útil cuando el horizonte es invisible, como ocurre en la niebla, en las noches sin luna, en una calma, al mirar por 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 una piscina de agua protegida del viento, que permite al usuario medir la distancia entre el cuerpo y su reflejo, y dividirla por dos. Otro diseño permite el montaje de un tubo lleno de fluido con burbuja directamente al sextante.

La mayoría de los sextantes también tienen filtros para ver el sol y reducir los efectos de la neblina. Los filtros generalmente consisten en una serie de lentes progresivamente más oscuros que se pueden usar solos o en combinación para reducir la neblina 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 las noches sin luna. Otros prefieren usar un horizonte artificial iluminado.

Los sextantes profesionales utilizan una medida de grado de parada por clic y un ajuste de tornillo sin fin que lee a un minuto, 1/60 de grado. La mayoría de los sextantes también incluyen un vernier en el dial de gusano que lee hasta 0,1 minutos. Dado que 1 minuto de error es aproximadamente una milla náutica, la mejor precisión posible de la navegación celeste es de aproximadamente 0,1 millas náuticas (190 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 crear imprecisiones. Muchos navegantes compran estuches resistentes a la intemperie 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 del marco para que el calor del cuerpo no deforme el marco. Los sextantes para uso tropical a menudo se pintan de blanco para reflejar la luz del sol y permanecer relativamente frescos. Los sextantes de alta precisión tienen un marco y un arco de invar (un acero especial de baja expansión). Algunos sextantes científicos se han construido con cuarzo o cerámica con expansiones aún más bajas. 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 cansados de usar. Algunos dicen que son más precisos porque la mano tiembla menos. Los sextantes con estructura de latón macizo son menos susceptibles a tambalearse con vientos fuertes o cuando la embarcación está trabajando en mar gruesa, pero, como se indicó, son sustancialmente más pesados. También se han fabricado sextantes con marcos de aluminio y arcos de latón. Esencialmente, un sextante es intensamente personal para cada navegante, y elegirá el modelo que tenga las características que más le convengan.

Los sextantes de aviones ya no se fabrican, pero tenían características especiales. La mayoría tenía horizontes artificiales que permitían mirar a través de una ventana superior al ras. Algunos también tenían promediadores mecánicos para hacer cientos de mediciones por vista para compensar las aceleraciones aleatorias en el fluido del horizonte artificial. Los sextantes de aviones más antiguos tenían dos caminos visuales, uno estándar y el otro diseñado para su uso en aviones de 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 navegante calculó previamente su vista y luego anotó la diferencia en la altura del cuerpo observada versus la predicha para determinar su posición.

Echando un vistazo

Una vista (o medida) del ángulo entre el sol, una estrella o un planeta, y el horizonte se realiza con el 'telescopio estelar& #39; ajustado al sextante utilizando un horizonte visible. En un barco en el mar, incluso en días brumosos, se puede hacer una vista desde una altura baja sobre el agua para dar un horizonte mejor y más definido. Los navegantes sujetan el sextante por su asa en la mano derecha, evitando tocar el arco con los dedos.

Para una vista de sol, se usa un filtro para superar el deslumbramiento, como "sombras" cubriendo tanto el espejo índice como el espejo horizonte diseñado para evitar daños en los ojos. Al establecer la barra de índice en cero, el sol se puede ver a través del telescopio. Al soltar la barra de índice (ya sea liberando un tornillo de sujeción o, en los instrumentos modernos, usando el botón de liberación rápida), la imagen del sol se puede bajar hasta aproximadamente el nivel del horizonte. Es necesario voltear hacia atrás 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 (el extremo inferior) de el sol apenas toca el horizonte. "Columpio" el sextante sobre el eje del telescopio asegura que la lectura se está tomando con el instrumento sostenido verticalmente. 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 registrarse la altura del ojo sobre el nivel del mar.

Un método alternativo es estimar la altitud actual (ángulo) 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, barriéndolo de lado a lado hasta que se vea un destello de los rayos del sol en el telescopio. Luego se hacen ajustes finos como se indicó anteriormente. Es menos probable que este método tenga éxito para observar estrellas y planetas.

Las vistas de estrellas y planetas normalmente se toman durante el crepúsculo náutico al amanecer o al anochecer, mientras tanto los cuerpos celestes como el horizonte marino son visibles. No es necesario utilizar sombras ni distinguir el miembro 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 la extremidad inferior o superior debido a su fase.

Después de tomar una vista, se reduce a una posición observando varios procedimientos matemáticos. La reducción visual más simple es dibujar el círculo de igual altitud del objeto celeste avistado en un globo. La intersección de ese círculo con una pista de navegación a estima, u otro avistamiento, brinda una ubicación más precisa.

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

Ajuste

Debido a la sensibilidad del instrumento, es fácil que los espejos se desajusten. 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 unos 60° en el arco y mantenga el sextante horizontalmente con el arco lejos de usted a la longitud del brazo y mire en el espejo índice. El arco del sextante debería parecer seguir sin romperse en el espejo. Si hay un error, entonces las dos vistas aparecerán rotas. Ajuste el espejo hasta que el reflejo y la vista directa del arco parezcan continuos.

Error secundario

Esto ocurre cuando el cristal del horizonte / espejo no es perpendicular al plano del instrumento. Para probar esto, primero cero el brazo índice luego observar una estrella a través del sextant. Luego girar el tornillo tangente de ida y vuelta 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 secundario. Si pasa a un lado, existe un error secundario. El usuario puede mantener el sextant en su lado y observar el horizonte para comprobar el sextant durante el día. Si hay dos horizontes hay un error lateral; ajustar el cristal del horizonte / espejo hasta que las estrellas se funden en una imagen o los horizontes se fusionan en una. El error secundario es generalmente inconsecuente para las observaciones y puede ser ignorado o reducido a un nivel que es meramente inconveniente.

Error de colisión

Esto es cuando el telescopio o monocular no es paralelo al plano del sextante. Para comprobar esto es necesario observar dos estrellas 90° o más separados. Traiga a las dos estrellas en coincidencia 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 la vista. Si se separan hay error de colimación. Como los sextantes modernos rara vez usan telescopios ajustables, no necesitan ser corregidos para error de colimación.

Error de índice

Esto ocurre cuando el índice y los espejos del horizonte no son paralelos entre sí cuando el brazo índice se establece a cero. Para probar el error índice, cero el brazo índice y observar el horizonte. Si la imagen reflejada y directa del horizonte está en línea, no hay error de índice. Si uno está por encima del otro ajustar el espejo índice hasta que se fusionen los dos horizontes. Esto se puede hacer de noche con una estrella o con la luna.