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六分儀
測量遠方兩目標之間夾角的儀器
六分儀用來測量遠方兩個目標之間夾角的光學儀器。通常用它測量某一時刻太陽或其他天體與海平線或地平線的夾角﹐以便迅速得知海船或飛機所在位置的經(jīng)緯度。六分儀的原理是牛頓首先提出的。六分儀具有扇狀外形﹐其組成部分包括一架小望遠鏡，一個半透明半反射的固定平面鏡即地平鏡﹐一個與指標相聯(lián)的活動反射鏡即指標鏡。六分儀的刻度弧為圓周的1/6。使用時﹐觀測者手持六分儀﹐轉動指標鏡﹐使在視場里同時出現(xiàn)的天體與海平線重合。根據(jù)指標鏡的轉角可以讀出天體的高度角﹐其誤差約為±0.2°～±1°。在航空六分儀的視場里﹐有代替地平線的水準器。這種六分儀一般還有讀數(shù)平均機構。六分儀的特點是輕便﹐可以在擺動著的物體如船舶上觀測。缺點是陰雨天不能使用。二十世紀四十年代以后﹐雖然出現(xiàn)了各種無線電定位法，但六分儀仍在廣泛應用。
基本信息
| 中文名 | 六分儀 |
| 外文名 | sextant |
| 運用領域 | 航海導航 |
| 拼音 | liufenyi |
| 發(fā)明者 | T·戈弗雷 約翰·哈德利 |
| 發(fā)明時間 | 1730年 |
收起
簡介
原理
六分儀所基于的原理很簡單：光線的反射角等于入射角。實際上，六分儀也可以測量任意兩物體之間的夾角。其原理最初由牛頓（以及更早的胡克）提出；而固定式大型六分儀很早就由各大天文臺建造，供天體測量之用（如第谷在汶島建造的紀限儀、格林尼治天文臺的大六分儀等）。
六分儀
幾何光學中的反射定律
發(fā)展歷程
早期航海家在大海中沿航線航行時，需要不斷確定航船所處的位置，即船所處的經(jīng)度和緯度的交叉點。航海家為了弄清楚自己的船所處的緯度，需要有一種儀器，它能通過對地平線和中午的太陽之間的夾角的測量，或通過對地平線和某顆固定星之間的夾角的測量來確定緯度。最初，水手用星盤來測量太陽高度，但由于船的甲板是上下起伏的，這種儀器極難操作，而且不容易測算準確。后來人們用直角儀取代了星盤。航海圖上的六分儀及兩腳規(guī)、量角器、平行尺等早期航海儀器
1730年，美國人T·戈弗雷（Thomas Godfrey）和英國人約翰·哈德利（John Hadley）分別獨自發(fā)明了八分儀。兩人都把設計方案提交英國皇家學會，后者于1734年又提交了一個改進方案，得到普遍采用。哈德利研制成功一種反射望遠鏡，接著又制作了一種在海上測量角度的儀器。觀察者可通過一面鏡子同時看見地平線，它們之間的角度可用邊緣標有刻度的象限儀測出，測角范圍可達90°，這樣就把簡單的象限儀（測角范圍45°）所測量之高度增加了一倍，成為一種測緯度的理想儀器，該儀器另一優(yōu)點是它能使星辰天體的形象與地平線成一直線，而且所測讀數(shù)更為精確。由于它準確、價格便宜、使用方便，極受航海人員歡迎，直到20世紀仍然作為測量天體高度確定緯度的方法。
1732年，英國海軍部把八分儀放在一只小艇中作試驗，結果非常精確。可是八分儀的90°標度用作測量月球與天體的角距，事實證明是非常不夠的，故約翰·伯德（John Bird）在18世紀50年代制作了一個完整的圓圈，其測量范圍可達360°，測量效果好，但很笨重，在海上使用極為不便。于是反射圈與八分儀之間采取折中方案，1757年，坎貝爾船長以八分儀為模子，把測量范圍擴大到120°，這就是六分儀，它是由一個三角形的架子組成，一邊是一個120°弧形板，上面有刻度和一個可移動的指針。反射望遠鏡將需測量的有夾角的兩天體反射到一起，人們就可以方便地測到角度并計算出該船處在的緯度。六分儀較之以往的測緯度的星盤、卡爾瑪和直角象限儀等的精度有較大的提高。
最初的六分儀外形較大，而且采用銅材制作，十分沉重，領航員不得不把它的下端固定在自己的腰帶上，才能保持穩(wěn)定。后來改用木材制作，雖然重量輕了，但是體積仍然較大。這其中的原因很明顯：六分儀的測量準確與否，與刻度劃分是否精確密切相關，而早期工業(yè)水平有限，難以在小型刻度盤上精確地劃分刻度，因此只能做得很大；18世紀末，英國工匠拉姆斯頓發(fā)明了可以精確劃分刻度的“分位儀”，才真正解決了這一問題，為此英國經(jīng)度委員會還專門發(fā)給他675英鎊的獎金，這在當時是相當可觀的一筆“巨款”，至此，六分儀真正實現(xiàn)了小型化。
使用方法
cos z = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos t
就可以得出該地的緯度φ。式中z是天體天頂距（90度減去地平高度），δ是天體的赤緯，t是時角，可以由地方恒星時與天體赤經(jīng)相減得出，恒星時也可以通過簡單計算得到。如果是由太陽位置計算地理緯度，更簡便的算法是：
φ = z + δ
六分儀的結構和光學原理
ΔABC中 ω=β－ɑ
ΔABD中 h=2β－2ɑ
∴ h=2ω
至于經(jīng)度的測量，可以通過比較太陽上中天時地方時（由查閱天文年歷得出）與出發(fā)地的時間之差得出。
六分儀最大的缺點是受天氣的影響較大，不能在陰雨天使用。而制造過程中會無可避免地引入機械誤差，這也成了限制六分儀精度的一個因素。有一定經(jīng)驗的觀測者在正常條件下白天單一觀測的均方誤差為±0.7′～±1.0′。增加觀測次數(shù)取平均值，則其均方誤差降為單一觀測值的，n為次數(shù)，一般取3、5、7次。天體高度最好為15°～65°。此外，六分儀也可在沿岸航行時用于觀測兩個地面物標之間水平夾角，用以在海圖上定位。
歷史上，六分儀除了在航海方面發(fā)揮了重大作用外，還曾幫助天文學家編制高精度星表。而星表的編制也促進了航海的發(fā)展，同時還給地理坐標的測量帶來了重大進步。另外還有航空用六分儀，結構與航海用六分儀基本相同，但望遠鏡視野中的地平線由水準線代替。現(xiàn)在也有電子六分儀生產(chǎn)。
相關信息
法國的“法蘭西”號大型客輪在惡劣天氣時使用先進的電子導航儀器控制自動行駛。但在特殊情況下仍需要六分儀來輔助判斷方位。
新世紀福音戰(zhàn)士（EVA）中的 六分儀
參考資料
[1]
六分儀 · 中國化工儀器網(wǎng)[引用日期2016-11-25]
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古代天文儀器
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地平經(jīng)緯儀
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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