Sextante

Um sextante é um instrumento de navegação reflexivo usado para medir a distância angular entre dois pontos vertical e horizontalmente. É usado principalmente para tirar o ponto de vista da Terra pela leitura da altura angular de uma estrela acima do horizonte (veja o artigo: navegação astronômica ). Um uso comum do sextante é medir a altura angular do sol ao meio - dia , o que permite determinar a latitude do ponto de observação por meio de uma mesa de declinação solar. Também pode ser usado na navegação costeira para calcular a distância até um ponto de referência ou o ângulo horizontal entre dois pontos notáveis. O sextante ainda é utilizado na aeronáutica , marinha , ataques terrestres, etc., embora seu uso seja restrito devido ao desenvolvimento de sistemas de posicionamento por satélite , continua a ser um meio confiável do qual o navegador deve saber fazer bom uso (sua presença continua obrigatória a bordo de navios mercantes).

História

O sextante moderno foi inventado na década de 1730 por duas pessoas independentes: John Hadley ( 1682 - 1744 ), um matemático e astrônomo britânico, e Thomas Godfrey ( 1704 - 1749 ), um inventor americano .

A especificidade do sextante em relação ao astrolábio é que as duas direções das quais queremos medir o ângulo são observadas ao mesmo tempo , o que torna a medição mais ou menos independente dos movimentos do navio. O sextante é mantido ao nível dos olhos, enquanto o astrolábio requer um ponto de suspensão que é tanto mais alto quanto se aponta para uma estrela em local elevado.

Princípio

O sextante pode medir ângulos de até 120 °, embora o limbo seja apenas um sexto de um círculo (que lhe rendeu o nome). É graças ao duplo reflexo do jogo do espelho que esta ação é realizada. O meio ao redor do sextante será considerado transparente, homogêneo e isotrópico (ou seja, o mesmo em todos os lugares, sem desviar os raios de luz). Aplicando as leis de Snell-Descartes , os índices de refração sendo os mesmos (o ar é idêntico ao redor do sextante), o ângulo incidente e o ângulo refletido são, portanto, iguais.

Seja A o espelho grande, AM 'seu plano tangente é perpendicular à normal ao espelho grande; B o espelho pequeno, BM 'seu plano tangente é perpendicular à normal ao espelho pequeno.

Em qualquer triângulo ABM ', a soma dos ângulos é igual a 180 °

BNOM′^+NOBM′^+NOM′B^=180∘{\ displaystyle {\ widehat {BAM '}} + {\ widehat {ABM'}} + {\ widehat {AM'B}} = 180 ^ {\ circ}}

(90∘-eu)+(90∘+r)+γ=180∘{\ displaystyle (90 ^ {\ circ} -i) + (90 ^ {\ circ} + r) + \ gamma = 180 ^ {\ circ}}

⟹γ=eu-r{\ displaystyle \ Longrightarrow \ gamma = ir}

Em qualquer triângulo ABC, a soma dos ângulos é igual a 180 °

BNOVS^+NOBVS^+BVSNO^=180∘{\ displaystyle {\ widehat {BAC}} + {\ widehat {ABC}} + {\ widehat {BCA}} = 180 ^ {\ circ}}

180∘-2eu+2r+θ=180∘{\ displaystyle 180 ^ {\ circ} -2i + 2r + \ theta = 180 ^ {\ circ}}

⟹θ=2(eu-r){\ displaystyle \ Longrightarrow \ theta = 2 (ir)}

⟹θ=2γ{\ displaystyle \ Longrightarrow \ theta = 2 \ gamma}

Para poder fazer leituras diretas no limbo, os graus gravados ali são, na verdade, meio graus. O tambor e o parafuso micrométrico permitirão uma precisão de medição em relação aos cálculos náuticos.

Precisão de medições e ajustes

Ler um sextante bem ajustado permite uma precisão de 0,2 ′ de arco. Em teoria, um observador poderia, portanto, determinar sua posição com uma precisão de 0,2 milhas náuticas (uma vez que 1 milha corresponde a 1 ′ de um grande arco de círculo), ou cerca de 370 metros. Na prática, os navegadores obtêm uma precisão da ordem de 2 a 5 milhas náuticas (movimentos da embarcação, ondulação, horizonte mais ou menos claro, imprecisões do tempo ou da estimativa entre avistamentos sucessivos da mesma estrela ou estrelas diferentes).

Os erros instrumentais do sextante são excentricidade e colimação.

• A excentricidade é um dado específico do sextante durante a construção e não pode ser corrigido. Depende da altura medida e está escrito no certificado na caixa do sextante. Seu valor é função do ângulo medido.
• A colimação pode ser ajustada e deve ser verificada antes de cada observação sobrepondo a imagem direta de uma estrela e sua imagem refletida e vice-versa, sendo a colimação igual à média dessas duas medidas.

Se a colimação exceder 3 ′, é necessário verificar e retificar:

• o eixo óptico (sextantes antigos), que deve ser paralelo ao plano do limbo, comparando a mira de um bastão a 30  m . pelo telescópio e por pilotos colocados no limbo. Em seguida, atuamos nos parafusos de ajuste do colar porta-óculos;
• o grande espelho, que deve ser, comparando a visão direta de um cavaleiro com a visão refletida pelo grande espelho de um segundo cavaleiro. Em seguida, atuamos no parafuso de ajuste do espelho grande;
• o espelho pequeno, que deve ser perpendicular ao plano do limbo e paralelo ao espelho grande, apontando para um ponto distante ou para o horizonte: as duas imagens devem ser confundidas e assim permanecer inclinando o sextante. Atuamos nos parafusos de ajuste do espelho pequeno.

Os erros e correções não instrumentais que afetam a precisão da medição são:

+ Correções relacionadas ao protocolo de medição

• Depressão: o olho do observador não está no nível do solo, seu horizonte visível está mais longe do que o horizonte verdadeiro.
• Metade do diâmetro: as medições devem ser feitas tomando o centro da estrela no horizonte, o que na prática não é possível para corpos celestes próximos e leva a outra correção a ser feita.
• Refração: o raio de luz vindo do espaço e entrando na atmosfera terrestre muda seu meio de propagação, assim seu caminho é desviado (não vemos a estrela "onde está", como o canudo no copo d'água)
• Paralaxe: presume-se que o observador esteja no centro da Terra durante as medições, o que obviamente não é o caso e, portanto, leva a outra correção.

Todos esses fatores corretivos não são "perfeitos", por exemplo, os índices de refração são dados em tabelas em função da temperatura e da pressão atmosférica (medida a bordo) e serão apenas parcialmente representativos das condições no trajeto do feixe. .

+ Erros do observador

• erro de ângulo: dependendo da nitidez do horizonte, da clareza do céu, da qualidade do sextante e de sua habilidade, o observador.
• erro de tempo: o navegador deve coordenar sua medição de ângulo com uma medição de tempo, a sincronização perfeita das medições é essencial, o cronômetro deve estar no tempo até o segundo mais próximo (onde sua correção de taxa é conhecida)
• erro na posição estimada no momento da medição: consulte o artigo correto de altura .

Medindo a altura de uma estrela no sextante

Antes e durante as medições diurnas, serão usados ​​os dois conjuntos de filtros associados aos espelhos. A do espelho pequeno para evitar o deslumbramento do horizonte, a do espelho grande que protege os olhos da luz do sol. A observação consiste em "baixar" a imagem refletida da estrela no horizonte e torná-la tangente ao horizonte (daí o movimento pendular da mão que segura o sextante). Se for o sol ou a lua, tangenciamos sua borda inferior ou superior. Para estrelas e planetas, é aconselhável "escalar o horizonte" nas proximidades da estrela girando o sextante e, em seguida, observar normalmente.

A altura medida com o sextante deve ser corrigida para erros instrumentais e um certo número de parâmetros específicos para a altura do observador acima da água, para a refração astronômica e para a estrela alvo.

A altura real é deduzida da altura medida pela fórmula hv{\ displaystyle h_ {vb} \,}hm{\ displaystyle h_ {m} \,}

hv=hm+ε+vs-d-R+P±δ{\ displaystyle h_ {v} = h_ {m} + \ varepsilon + cd-R + P \ pm \ delta \,} com: ε{\ displaystyle \ varepsilon \,} , a excentricidade do sextante, invariável 'defeito de construção'; vs{\ displaystyle c \,} , a colimação do sextante; d{\ displaystyle d \,} , a depressão do horizonte, função da altura do olho do observador, dada pelas efemérides; R{\ displaystyle R \,} , refração astronômica, ligada à atmosfera terrestre; P{\ displaystyle P \,} , paralaxe (insignificante para estrelas e planetas), devido ao fato de que o observador deve estar no centro da Terra; δ{\ displaystyle \ delta \,} , o meio diâmetro (aparente) da lua ou do sol, afetado pelo sinal + se miramos na borda inferior, pelo sinal - se miramos na borda superior.

Para o sol, as efemérides fornecem o valor diário de, bem como a soma  ; sendo o meio diâmetro médio e uma segunda correção é aplicada: para a borda inferior e para a borda superior. δ{\ displaystyle \ delta \,}-d-R+P+δm{\ displaystyle -d-R + P + \ delta _ {m} \,}δm{\ displaystyle \ delta _ {m} \,}+(δ-δm){\ displaystyle + (\ delta - \ delta _ {m}) \,}-(δ+δm){\ displaystyle - (\ delta + \ delta _ {m}) \,}

Para a lua, aplicamos uma fórmula análoga aos valores dados pelas efemérides.

Para estrelas e planetas: é insignificante; é insignificante, exceto para Marte e Vênus. A soma é fornecida pelas efemérides e também pelo valor de para Marte e Vênus. δ{\ displaystyle \ delta \,}P{\ displaystyle P \,}-(d+R){\ displaystyle - (d + R) \,}P{\ displaystyle P \,}

Outros usos

Distância de um amargo

Medimos com o sextante a altura angular de um ponto de referência cuja altura conhecemos. No entanto, você deve ter cuidado:

• o edifício deve ser totalmente visível: não deve ter os pés na água e não deve estar parcialmente atrás do horizonte;
• a altura do edifício não deve ser confundida com a elevação do lar de um farol ou de uma luz, só que é mencionada nas cartas náuticas e contada a partir do nível do alto mar de água média de nascente (coeficiente 95).

A distância expressa em milhas náuticas é: com a altura do edifício em metros e a altura instrumental em minutos. D=1,856∗(Hheu){\ displaystyle D = 1.856 * ({\ frac {H} {h_ {i}}})}H{\ displaystyle H}heu{\ displaystyle h_ {i}}

Ângulos horizontais

Ao usar o sextante no plano horizontal, é possível medir o ângulo entre dois objetos. Este método torna possível marcar um ponto por arcos capazes  ; veja o artigo: Navegação costeira .

Viagem ao espaço

Os primeiros voos espaciais , especialmente os do programa Apollo , usaram dispositivos de medição baseados no mesmo princípio dos sextantes para encontrar seu caminho no espaço .

Notas e referências

1. SOLAS Capítulo V, Regulamento 19
2. (in) Paul E. Ceruzzi (Museu Nacional do Ar e do Espaço ),  Museu da Navegação "  Sextante, Sistema de Orientação e Navegação Apollo ", Instituto de Navegação.

Veja também

Artigos relacionados

• Navegação astronômica
• História da navegação astronômica
• Quadrante de navegação
• Astrolábio náutico
• Cajado de Jacob
• Bairro de Davis
• Anel equinocial
• Oitante
• Astrodome

links externos

• Mídia: livro Nautical Instruments Pierre Deseck. Publicado em 1976 por Éditions Toulon em Oostende.
• (pt) The American pratical Navigator - capítulo 16: Instrumentos para navegação celestial [PDF] , (Bowditch, NIMA 2002)  : um curso completo sobre o sextante
• Folha de resumo sobre o sextante [PDF] , (Charbonnel, 2005)  : apresentação das diferentes configurações e o uso de um sextante (retificação, colimação, medição de altura)
• Veja um diagrama detalhado do Sextante
• Veja um diagrama de blocos do Sextante animado por um miniaplicativo Cabrijava
• Veja exemplos de Sextantes
• Site de popularização

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