Sekstants

Sekstants ir instruments, kas paredzēts galvenokārt debess spīdekļu augstumu mērīšanai. Ar to var mērīt arī horizontālos leņķus starp navigācijas orientieriem un to vertikālos leņķus. Leņķa noteikšana starp debess spīdekli un horizontu, ko sauc arī par augstuma noteikšanu, ir būtiska jūrniecības astronomijas sastāvdaļa. Iegūtais leņķis un tā iegūšanas laiks var tikt lietots, lai aprēķinātu pozīciju līniju uz jūras kartes. Bieži sekstantu lieto, lai noteiktu Saules augstumu tās kulminācijas brīdī. Šādi var atrast novērotāja platumu. Nakts laikā platumu var atrast izmērot vertikālo leņķi starp Polārzvaigzni un horizontu.

Ar jūras sekstantu var izmērīt leņķus aptuveni līdz 120°. Sākotnēji ar nosaukumu "sekstants" saprata kuģa vadītāja lietotu augstuma mērinstrumentu ar limba garumu 60° jeb 1/6 no loka, kurš ļāva izmērīt leņķus no 0° līdz 120°. No šejienes cēlies arī sekstanta nosaukums (sextans tulkojumā no latīņu valodas nozīmē sestā daļa). Mūsdienās šo nosaukumu lieto visiem modernajiem navigācijas augstuma mērīšanas instrumentiem neatkarīgi no rāmja loka garuma un darbības principa.

Uzbūve 
Sekstanta detaļas montētas uz rāmja G (skatīt zīmējumu zemāk), kas sastāv no apmēram 1/6 loka un rādiusiem. Uz loka augšpuses, ko sauc arī par limbu T, uznestas grādu iedaļas. Grādu iedaļas uznestas arī līdz 5° pa labi no nulles iedaļas. Uz kreisā rādiusa atrodas nekustīgs mazais spogulis S1, kura viena puse ir no parasta stikla un gaismas filtru komplekti B1 un B2. Rādiusu krustpunktā piestiprināts kustīgais rādiuss, ko sauc par alidadi A, uz tās nostiprināts lielais spogulis S2. Alidades lejas daļā ir lodziņš N ar indeksu mērījumu nolasīšanai, skrūve ar rullīti Sch1, kurš sadalīts 60 minūtēs un actiņa L. Alidadi var pārvietot pa limbu atbrīvojot skrūvi Sch2. Pie sekstanta labā rādiusa piestiprināts tālskatis F.

Darbības princips 

Tā kā gaismas staru krišanas un atstarošanas leņķi ir vienādi (skatīt zīmējumu), tad arī to papildinājumi līdz 90° jeb leņķi starp gaismas staru un katra spoguļa plakni ir vienādi. Bez tam pie lielā spoguļa redzams, ka ∠ES2O ir vienāds ar šauro leņķi, kuru veido gaismas stars no P2 un lielā spoguļa plakne kā krustleņķi. Pie mazā spoguļa redzams, ka ∠ES1O ir vienāds ar šauro leņķi, kuru veido gaismas stars no objekta P1 un mazā spoguļa plakne, kā krustleņķi. Tādā veidā pie lielā spoguļa ir iegūti trīs ∠ES2O vienādi leņķi, kurus var apzīmēt ar γ. Savukārt pie mazā spoguļa ir iegūti trīs ∠ES1O vienādi leņķi, kurus var apzīmēt ar δ.

Pielietojot trijstūrim S1S2O teorēmu par ārējo leņķi, kurš vienāds to divu trijstūra iekšējo leņķu summai, kuri nav tā blakusleņķi, var iegūt:
2δ = 2γ + α 
vai
α = 2δ - 2γ = 2(δ-γ).

Analoģiski no trijstūra ES1S2 var iegūt:
δ = γ + β
vai 
β = δ - γ.

Salīdzinot šīs izteiksmes var secināt, ka
α = 2β
vai
β = ½α.

Tātad, ja savieno divkārt atstarotā priekšmeta attēlu, kurš atrodas punktā P2 ar tieši redzamā priekšmeta attēlu, kurš atrodas punktā P1, izmērāmais objekta augstums α, būs vienāds divkāršam leņķim starp spoguļu plaknēm.

Tādējādi, tā vietā, lai izmērītu α, tagad var izmērīt β. Lai nolasītu šī leņķa lielumu, sekstantam ir limbs ar iedaļām, kura centrs atrodas pie lielā spoguļa. Uz limba ir uznestas pusgrādu lielas iedaļas, kuras apzīmētas kā veseli grādi. Tas ir tāpēc, lai uzreiz varētu no limba nolasīt divkāršu β vai priekšmeta augstumu α, kas ir viens un tas pats.

Augstuma mērīšana 

Pirms novērojumiem jāsagatavo sekstants: to noregulē, iestāda asumu pēc savas redzes, ja vajag, piemeklē gaismas filtrus, nosaka indeksa korekciju. Lai izmērītu augstumu, tālskata vidū jāsavieno zvaigzne (vai Saules vai Mēness diska mala) ar redzamā horizonta līniju. To var izdarīt ar diviem paņēmieniem.

 Nostāda alidadi uz 0° un caur tālskati skatās uz spīdekli. Pārvieto alidadi no sevis uz priekšu un vienlaicīgi laiž sekstantu uz leju tā, lai divkārt atstarotais spīdeklis visu laiku būtu redzams tālskatī. Parādoties tieši redzamajai horizonta līnijai sāk precīzo mērīšanu.

 Nostāda alidadi uz aptuvenu spīdekļa augstumu (tas var būt atrasts uz zvaigžņu globusa) un sameklē tālskatī horizonta līniju un divkārt atstaroto spīdekli. Šī metode gan prasa lielāku treniņu.

Precīzu mērījumu iegūst sekstantu nedaudz pašūpojot, tā lai spīdeklis aprakstītu nelielu loku gar horizontu. Spīdekļa pieskares momentā horizontam, fiksē laiku pēc hronometra un nolasa sekstanta nolasījumu. Saulei un Mēnesim augstumu mēra līdz to augšējai vai apakšējai malai. Lai precīzāk fiksētu sekstanta nolasījumu un tam atbilstošo laika momentu, ar minūšu rullīša skrūvi padzen spīdekļa attēlu mazliet nost no horizonta. Šeit ir divi veidi, atkarībā no tā, kurā debess pusē mēra spīdekļa augstumu:

 Ja spīdeklis atrodas debess sfēras austrumu pusē, tā augstums pieaug, tāpēc spīdekļa divkārt atstaroto attēlu nedaudz "iegremdē" ūdenī, un šūpojot sekstantu, gaida pieskares momentu.

 Ja spīdeklis atrodas debess sfēras rietumu pusē, tā augstums samazinās un spīdekļa attēlu paceļ nedaudz virs horizonta, gaidot, kad tas pieskarsies horizontam.

Gadījumos, kad spīdekļa augstums mainās lēni (novērotāja meridiāna tuvumā), spīdekļa pieskaršanos horizontam panāk, lēni grozot minūšu rullīša skrūvi.

Regulēšana 
Ja sekstants ir ilgi nelietots, to vispirms jāpārbauda un, ja vajadzīgs, jānoregulē. Tāpat tas jādara, ja sekstants dabūjis kādu triecienu vai novērojumos mana kādas novirzes. Regulēšanu veic noteiktā kārtībā.

Tālskata paralelitātes limba plaknei pārbaude 
Nostāda sekstantu nekustīgi uz horizontāla pamata. Uz limba galiem novieto dioptrus tā, lai tie būtu paralēli tālskatim. Izvēlas kādu priekšmetu, ne tuvāku par 50 metriem, kura kāds elements sakrīt ar līniju, kas savieno abu dioptru galus. Pēc tam uz to pašu priekšmetu skatās caur tālskati. Ja priekšmets atrodas uz horizontālās līnijas, kas iet caur tālskata centru, tālskatis ir paralēls limba plaknei. Ja tā nav, ar skrūvgriezi griež augšējo un apakšējo regulēšanas skrūvi uz tālskata turētāja gredzena, kamēr priekšmets nebūs redzams uz tālskata centra līnijas. Vienu skrūvi pievelk, otru atskrūvē.

Lielā spoguļa perpendikularitātes limba plaknei pārbaude 
Noņem tālskati un nostāda alidadi apmēram uz 40° atzīmes. Uz limba novieto dioptrus tā, lai skatoties no 30 līdz 40 cm attāluma zem asa leņķa uz lielā spoguļa labo malu, aiz tā redzētu pusi no pirmā dioptra. Otru dioptru pārbīda pa limbu tā, lai vienlaicīgi spoguļa labajā malā redzētu pusi no tā attēla. Tieši redzamā un atstarotā dioptra augšmalām jāsakrīt. Ja tā nav, ar regulēšanas atslēgu groza lielā spoguļa korekcijas skrūvi, līdz dioptru malas sakrīt.

Mazā spoguļa perpendikularitātes limba plaknei pārbaude 
Nostāda alidadi uz 0° un skatās caur tālskati uz kādu spīdekli vai attālu priekšmetu. Būs redzams tieši redzamais attēls un divkārt atstarotais. Griežot rullīti pārvieto divkārt atstaroto attēlu pa vertikāli uz augšu un leju. Ja divkārt atstarotais attēls iet caur tieši redzamo, spogulis ir perpendikulārs limba plaknei. Ja divkārt atstarotais attēls ir novirzījies uz sāniem, grozot mazā spoguļa augšējo regulēšanas skrūvi, panāk vajadzīgo.

Indeksa korekcijas samazināšana 
Ja savieno bezgalīgi attālināta priekšmeta tieši redzamo un divkārt atstaroto attēlu, abu spoguļu plaknes būs paralēlas un sekstanta nolasījumam vajadzētu būt 0°. Taču sekstanta lietošanas gaitā, izregulējoties mazā spoguļa skrūvēm, nulles vieta var nesakrist ar 0° atzīmi uz limba. Šo kļūdu sauc par indeksa korekciju i, bet sekstanta nolasījumu, kad abi spoguļi ir paralēli, par indeksa nolasījumu. Indeksa korekciju aprēķina pēc formulas:
i = 0° - in.
Ja in atrodas pa kreisi no 0° atzīmes uz limba, tas tiek ņemts ar "+" zīmi un iegūtā i ir ar "-" zīmi. Ja in atrodas pa labi no 0° atzīmes uz limba, tas tiek ņemts ar "-" zīmi, bet iegūtā i būs ar "+" zīmi.

Pēc sekstanta regulēšanas obligāti jānosaka indeksa korekcija. Ja tā par lielu (virs 6'), tā jāsamazina. Nostāda alidadi uz 0° un rullīša indeksu uz 0'. Skatās uz zvaigzni vai horizontu (vai arī uz kādu attālu priekšmetu) un grozot ar regulēšanas atslēgu mazā spoguļa apakšējo skrūvi, savieno tieši redzamo un divkārt atstaroto attēlu. Pēc tam vēlreiz pārbauda indeksa korekciju.

Izmērītā augstuma labošana 
Jūrniecības astronomiskajās gadagrāmatās dotās spīdekļu koordinātas ir attiecinātas uz Zemes centru, tās ir ģeocentriskās. Tāpēc, lai aprēķini kuģa vietas noteikšanai būtu pareizi, arī izmērītais spīdekļa augstums jāattiecina uz Zemes centru. Bez tam ir virkne citu parādību, kas ietekmē izmērītā augstuma atšķirību no patiesā. Tāpēc no sekstanta nolasītais augstums vēl jālabo ar dažādām korekcijām. Spīdekļa patieso ģeocentrisko augstumu no augstuma, kas izmērīts ar sekstantu virs redzamā horizonta iegūst ar formulu:
h = sn + i + s - d - ρ ± R + p + Δht + ΔhB,
kur sn - sekstanta nolasījums, i - indeksa korekcija, s - instrumentālā korekcija, d - redzamā horizonta noliece, ρ - astronomiskā refrakcija, p - spīdekļa paralakse, R - spīdekļa pusdiametrs, Δht - korekcija gaisa temperatūrai un ΔhB - korekcija atmosfēras spiedienam. Sekstanta nolasījumu sn, kurš izlabots ar i + s, sauc par izmērīto augstumu.

Redzamā horizonta noliece 
Spīdekļa augstums tiek mērīts virs redzamā horizonta, bet aprēķiniem nepieciešams spīdekļa augstums virs patiesā horizonta. Patiesā horizonta plakne ir svērteniskajai jeb vertikālajai līnijai perpendikulāra plakne. Leņķis pie novērotāja acs starp patieso horizontu un virzienu kādā redzams horizonts, ir redzamā horizonta noliece d. Tās lielums ir atkarīgs no acu augstuma e, jo lielāks e, jo lielāka d. Horizonta nolieci d atrod tabulās, kas dotas jūrniecības rokasgrāmatās, tā vienmēr ir ar "-" zīmi. Izmērīto augstumu, kurš izlabots ar d, sauc par redzamo augstumu - hr.

Astronomiskā refrakcija 
Zemes atmosfēras blīvums samazinās līdz ar augstumu no Zemes. Gaismas stars no debess spīdekļiem, šķērsojot dažāda blīvuma atmosfēras slāņus, tiek lauzts. Šī gaismas stara laušana ir lielāka pie Zemes virsmas. Gaismas stars nonāk novērotāja acī no virziena, kas īstenībā ir augstāks par patieso spīdekļa augstumu par leņķi ρ, ko sauc par refrakcijas leņķi. Labojot augstumu ρ vienmēr būs ar "-" zīmi. Refrakcijas leņķis ir atkarīgs no gaisa temperatūras, atmosfēras spiediena un mērāmā augstuma - jo mazāks mērāmais augstums, jo lielāks refrakcijas leņķis. Refrakciju atrod jūrniecības rokasgrāmatās vidējiem atmosfēras apstākļiem pēc redzamā augstuma - hr. Citiem atmosfēras apstākļiem pieskaita papildus korekcijas gaisa temperatūrai Δht un atmosfēras spiedienam ΔhB.

Spīdekļa paralakse 
No dažādiem Zemes virsmas punktiem izmērītie spīdekļa augstumi jāattiecina uz Zemes centru, tāpēc augstumi jālabo ar paralakses korekciju. Par paralaksi p sauc leņķi starp taisni, kura savieno spīdekli ar novērotāja vietu uz Zemes virsmas un taisni, kura savieno spīdekli ar Zemes centru. Vislielākā paralakse ir spīdeklim uz horizonta un to sauc par horizontālo paralaksi p0. Spīdeklim, kurš atrodas zenītā paralakses nav. Paralakse nav arī zvaigznēm, jo no zvaigznēm Zeme izskatītos kā punkts. Horizontālo paralaksi Saulei, Mēnesim un planētām atrod jūrniecības astronomiskajā gadagrāmatā ikdienas tabulās. Paralaksi spīdeklim, kurš atrodas virs horizonta aprēķina pēc formulas:
p = p0 cos h,
kur h - topocentriskais augstums, jeb tāds, kas saistīts ar novērotāja aci nevis Zemes centru. Paralakse vienmēr būs ar "+" zīmi.

Spīdekļa pusdiametrs 
Saulei un Mēnesim tiek mērīts vai nu apakšējās vai augšējās malas augstums, bet jūrniecības astronomiskajā gadagrāmatā koordinātas ir dotas šo spīdekļu centriem. Tātad izmērītajam malas augstumam vai nu jāpieskaita vai jāatņem pusdiametrs (rādiuss). Šo lielumu Mēnesim un Saulei atrod no jūrniecības astronomiskās gadagrāmatas ikdienas tabulām. Saulei pusdiametrs mainās lēnāk nekā Mēnesim.

Atsauces

Ārējās saites 
 Augstuma mērīšana ar sekstantu 

Jūrniecība
Astronomija