Εξάντας

Ο εξάντας είναι γωνιομετρικό όργανο, χαρακτηριζόμενο και αστρονομικό. Χρησιμοποιείται στη ναυσιπλοΐα, από τους ναυτιλλομένους, για τη μέτρηση υψών ουρανίων σωμάτων, καθώς και κατακόρυφων ή οριζόντιων γωνιών γήινων, ή επίγειων σταθερών αντικειμένων. Βασικά, χρησιμοποιείται στη μέτρηση της γωνίας (ύψους) ενός σκοπούμενου ουράνιου σώματος (π.χ. Ήλιος, Σελήνη, πλανήτες, αστέρες), από τον ορίζοντα.

Ιστορία 
Οι παλιότεροι θαλασσοπόροι προσδιόριζαν τη θέση του πλοίου τους στην ανοικτή θάλασσα με τη μέτρηση των γωνιών που σχημάτιζαν τα ουράνια σώματα, δηλαδή ο Ήλιος, η Σελήνη, ή τα άστρα, με τον ορίζοντα. Τα πρώτα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση αυτών των γωνιών ήταν οι αστρολάβοι. Στις περισσότερες περιπτώσεις με τον αστρολάβο, ήταν απαραίτητη η σκόπευση ταυτόχρονα και του αστέρα και του ορίζοντα, από το κατάστρωμα του πλοίου, οδηγώντας έτσι συχνά σε ανακριβείς υπολογισμούς. Η συσκευή που αντικατέστησε τους αστρολάβους ήταν ο εξάντας.

Πρόδρομη συσκευή του εξάντα ήταν ο οκτάντας, που εφευρέθηκε από τον Τζον Χάντλεϊ το 1731. Διέφερε στο σχεδιασμό από τον εξάντα μόνο στην τοξοειδή κλίμακα που έχουν τα δυο όργανα: ο οκτάντας έχει κλίμακα ενός ογδόου του κύκλου, δηλαδή 45 μοιρών, ενώ ο εξάντας έχει κλίμακα ενός έκτου του κύκλου, δηλαδή 60 μοιρών. Τα δυο όργανα μετρούν τη γωνία της προσπίπτουσας φωτεινής ακτίνας (π.χ. από έναν αστέρα) σε σχέση με τον ορίζοντα, αλλά ο οκτάντας φτάνει να μετρά μέχρι 90 μοίρες γωνία, ενώ ο εξάντας μέχρι 120 μοίρες. Ο εξάντας εφευρέθηκε, ως εξέλιξη του οκτάντα, από τον Άγγλο αξιωματικό του Ναυτικού Τζον Κάμπελ το 1757.

Ο εξερευνητής Τζέιμς Κουκ εκμεταλλεύτηκε πλήρως τις δυνατότητες του εξάντα για τη μέτρηση, όχι μόνο κατακόρυφων γωνιών, αλλά και γωνιών με οποιαδήποτε κλίση. Μετρώντας τη γωνία μεταξύ της σελήνης και ενός δοσμένου αστέρα, και με τη βοήθεια πινάκων της κίνησης της σελήνης, μπορούσε να υπολογίζει ακριβή χρόνο, που του έδινε τη δυνατότητα να βρίσκει το γεωγραφικό μήκος και πλάτος της θέσης του πλοίου του. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιήθηκε για τη χαρτογράφηση της Νέας Ζηλανδίας στη διάρκεια του ταξιδιού του 1768-1771.

Αρχή λειτουργίας 

Η αρχή λειτουργίας του εξάντα βασίζεται κυρίως στο φαινόμενο της ανάκλασης και στους νόμους που διέπουν αυτή. Είναι γνωστό από την οπτική ότι η γωνία πρόσπτωσης μιας οπτικής ακτίνας επί ενός επιπέδου είναι ίση με την γωνία ανάκλασής της.

Ειδικότερα όμως στον εξάντα για την μέτρηση των γωνιακών αποστάσεων εφαρμόζεται η αρχή της λεγόμενης διπλής ανάκλασης που επιτυγχάνεται με δύο κάτοπτρα, ένα μεγάλο κινητό και ένα μικρότερο ακίνητο, τα οποία φέρει το όργανο και με τα οποία γίνονται οι παρατηρήσεις από το φερόμενο μικρό τηλεσκόπιο.

Περιγραφή οργάνου 

Στον συνηθέστερα ορειχάλκινο ή αλουμινένιο σκελετό του εξάντα (frame), σχήματος κυκλικού τομέα, φέρονται τα ακόλουθα μέρη και εξαρτήματα (σχετ. εικόνα δεξιά):
 Η ίτυς (της ίτυος, arc) που είναι το κάτω μέρος του σκελετού που φέρει βαθμολογημένο τόξο από 0° μέχρι 140°, (αριστερά του 0), και από 0° μέχρι 5°, (δεξιά του μηδενός). Η κάτω πλευρά της ίτυος είναι οδοντωτή, όπου κάθε δόντι αντιστοιχεί σε γωνία 1° μοίρας. Το σημείο του τόξου όπου έχει χαραχθεί το 0 ως αρχή μέτρησης των γωνιών ονομάζεται σημείο συρρινισμού του εξάντα. Σημειώνεται ότι η θέση αυτή αντιστοιχεί στην  παραλληλία των φερομένων κατόπτρων.
 Ο Κανόνας (index bar), που φέρεται έκκεντρος στη κορυφή του οργάνου και που ολισθαίνει επί του τομέα της ίτυος με ειδικά κομβία (clamps) απελευθέρωσης.
 Το μικρομετρικό τύμπανο (m. drum), που φέρεται στη μπροστινή κάτω άκρη του κανόνα που είναι υποδιαιρεμένο σε 60΄ (πρώτα της μοίρας).
 Ο βερνιέρος, μικρομετρικό τύμπανο πίσω από το προηγούμενο που φέρει είτε 10 υποδιαιρέσεις που καθεμιά αντιστοιχεί σε 6΄΄ (60΄:10 = 6΄΄), ή σε 6 υποδιαιρέσεις όπου καθεμιά αντιστοιχεί σε 10΄΄ (60΄:6 = 10΄΄).
 Το μεγάλο κινητό κάτοπτρο, (index mirror), που χρησιμεύει για την πρώτη ανάκλαση των ακτίνων  του αντικειμένου. Αυτό φέρεται στο πάνω μέρος του κανόνα και κάθετα στο επίπεδο του οργάνου. Στρέφεται με την ολίσθηση του κανόνα.
 Το μικρό ακίνητο κάτοπτρο, (horizon mirror), που χρησιμεύει για τη δεύτερη ανάκλαση των ακτίνων του αντικειμένου, καθώς και για την απ΄  ευθείας σκόπευση. Φέρεται μόνιμα στερεωμένο επί του σκελετού του οργάνου χαμηλότερα και πιο μπροστά του κινητού κατόπτρου.
 Τα χρωματιστά γυαλιά, (shade glasses), διάφορης μεταβλητής απόχρωσης που φέρονται μόνιμα  στο στέλεχος και όπου  παρεμβάλλονται αν χρειαστεί  μεταξύ των δύο κατόπτρων για την ελάττωση της έντασης του φωτός σε παρατηρήσεις του Ήλιου και την προστασία του παρατηρητή.
 Το τηλεσκόπιο, (telescope), που φέρεται μόνιμα ακίνητο επί του σκελετού και παράλληλα προς το  επίπεδο του στελέχους. Με κατάλληλη εστίαση παρέχει αρκετή διαύγεια του ορίζοντα.  Πολλοί εξάντες φέρουν και δύο τηλεσκόπια.
 Η λαβή που φέρεται στο δεξιό μέρος του σκελετού, από ξύλο ή πλαστικό από την οποία κρατείται ο εξάντας κάθετα στη παρατήρηση ουρανίων σωμάτων. Πολλοί εξάντες διαθέτουν, στο εσωτερικό της λαβής, μπαταρίες που συνδέονται με μικρό λαμπτήρα ανάγνωσης του βερνιέρου.

Λειτουργία οργάνου 
Η λειτουργία του εξάντα βασίζεται στη χρήση ενός ζεύγους κατόπτρων, που ανακλούν το είδωλο ενός αστέρα και πρέπει να έρθει στην ίδια ευθεία με τον ορίζοντα. Αυτός που χειρίζεται το όργανο, σε όρθια θέση, παρατηρεί μέσα από ένα μικρό τηλεσκόπιο τον ορίζοντα και το είδωλο ταυτόχρονα, διότι το ένα κάτοπτρο είναι κατά το ήμισυ επαργυρωμένο (ενώ το άλλο μισό είναι απλό γυαλί), ενώ το άλλο περιστρέφεται με τη βοήθεια μιας ράβδου. Βλέπει μια διπλή εικόνα, το είδωλο του αστέρα στη μια μεριά και τον ορίζοντα στην άλλη, και με κίνηση της ράβδου προσπαθεί να φέρει τις δυο εικόνες στην ίδια ευθεία. Το άλλο άκρο της ράβδου καταλήγει σε ένα δείκτη και δείχνει στην τοξοειδή κλίμακα του εξάντα. Η βαθμολόγηση της κλίμακας είναι τέτοια που δείχνει αριθμητικά τη γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στον αστέρα και στον ορίζοντα. Αυτή η γωνία του αστέρα με τον ορίζοντα χρησιμεύει στον προσδιορισμό του γεωγραφικού πλάτους.

Σε έναν εξάντα συχνά θα παρατηρήσει κανείς φίλτρα για την ελάττωση της λαμπρότητας του ήλιου κατά την παρατήρηση. Έχουν κατασκευαστεί επίσης εξάντες για την αεροναυτιλία (με διαφορετικό τρόπο για την εύρεση της πραγματικής οριζοντίου) και για την ξηρά, όπου ο ορίζοντας παρέχεται με ένα μικρό κάδο υδραργύρου μέσα στον εξάντα.

Σφάλματα εξάντα 
Όπως όλα τα όργανα ακριβείας και ο εξάντας  υπόκειται σε σφάλματα που προσδιορίζονται σε επτά, από τα οποία τα μεν πρώτα τέσσερα ρυθμίζονται, (διορθώνονται), μόνο από ειδικά επιστημονικά εργαστήρια, ενώ τα άλλα τρία μπορούν να ρυθμιστούν και από τους ναυτιλλόμενους αξιωματικούς. Τα σφάλματα που μπορεί να παρουσιάσει ένας εξάντας είναι: 
 Σφάλμα υποδιαιρέσεων (τόξου, ή του μικρομετρικού τυμπάνου ή του βερνιέρου)
 Σφάλμα έκκεντρης θέσης του κανόνα
 Σφάλμα παραλληλότητας όψεων των κατόπτρων
 Σφάλμα παραλληλότητας οπτικού άξονα τηλεσκοπίου
 Σφάλμα καθετότητας μεγάλου κατόπτρου
 Σφάλμα καθετότητας μικρού κατόπτρου 
 Σφάλμα παραλληλότητας των κατόπτρων στο «σημείο συρρινισμού».

Ο συνδυασμός όλων, ή μερικών, των παραπάνω συνιστά το εργαλειακό σφάλμα του εξάντα που θεωρείται ανεκτό μέχρι 3΄ (πρώτα της μοίρας).

Τύποι εξάντων 
 "Εξάντας τεχνικού ορίζοντα", ή "εξάντας φυσαλίδας" (σε χρήση από υποβρύχια και αεροπλάνα).
 "Γυροεξάντας" (Gyrostabillized sextant) και
 "Εξάντας εκκρεμούς" (Pendulum sextant).

Χρήση σύγχρονη 
Η χρήση του εξάντα στη σύγχρονη ναυτιλία γίνεται εναλλακτικά, καθώς σήμερα χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά μέσα προσδιορισμού του στίγματος, δηλαδή δέκτες σημάτων από δορυφορικά δίκτυα εντοπισμού θέσης.

Πηγές 
 Τεχνική Εγκυκλοπαίδεια Πώς Λειτουργεί, εκδόσεις "Αλκυών", 1982.

Ξένη βιβλιογραφία

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Ξένες γλώσσες 

Her Majesty's Nautical Almanac Office: https://web.archive.org/web/20090529125751/http://www.nao.rl.ac.uk/
The History of HM Nautical Almanac Office: https://web.archive.org/web/20070630074456/http://www.nao.rl.ac.uk/nao/history/
Instruments for Celestial Navigation (361 KiB)  Chapter from the online edition of Nathaniel Bowditch's American Practical Navigator
CD-Sextant - Build your own sextant Simple do-it-yourself project.
 Lunars web site. online calculation
 Complete celnav theory book, including Lunars

Αστρονομική Ναυτιλία
Αστρονομικά όργανα
Ναυτικά όργανα