Un sextante es un instrumento de navegación doblemente reflectante 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 para fines de navegación celeste .
La estimación de este ángulo, la altitud, se conoce como avistar o disparar al objeto, o echar un vistazo . El ángulo y la hora en la que se midió se pueden utilizar para calcular una línea de posición en una carta náutica o aeronáutica ; por ejemplo, observar el Sol al mediodía o la Estrella Polar durante la noche (en el hemisferio norte) para estimar la latitud (con la vista ). reducción ). Observar la altura de un punto de referencia puede dar una medida de la distancia y, sostenido horizontalmente, un sextante puede medir ángulos entre objetos para una posición en un gráfico . [1] También se puede utilizar 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 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 .
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 las estrellas. Esto permite el uso del sextante por la noche cuando es difícil utilizar un bastón. 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 rayo 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 firme porque mide un ángulo relativo. Por ejemplo, cuando se utiliza 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 permanecerá estable y mientras el usuario pueda determinar cuándo el objeto celeste toca el horizonte, la precisión de la medición seguirá siendo 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 eminentemente práctica para los buques.
El marco de un sextante tiene la forma de un sector que mide aproximadamente 1 ⁄ 6 de un círculo (60°), [2] de ahí su nombre ( sextāns, sextantis es la palabra latina para "un sexto"). Se utilizan (o estaban) instrumentos tanto más pequeños como más grandes: el octante , el quintante (o pentante ) y el cuadrante (doblemente reflectante) [3] abarcan sectores de aproximadamente 1 ⁄ 8 de un círculo (45°), 1 ⁄ 5 de un círculo (72°) y 1 ⁄ 4 de un círculo (90°), respectivamente. Todos estos instrumentos pueden denominarse "sextantes".
Al marco se adjuntan el "espejo de horizonte", un brazo índice que mueve el espejo índice , un telescopio de observación, gafas de sol, una escala graduada y un medidor de tambor micrométrico para mediciones precisas. La escala debe graduarse de modo que las divisiones de grados marcadas registren el doble del ángulo en el que gira el brazo índice. Las escalas del octante, sextante, quintante y cuadrante están graduadas desde menos de cero hasta 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 índice.
La necesidad de una lectura de escala doble se deriva de la consideración de las relaciones del rayo fijo (entre los espejos), el rayo del objeto (del objeto observado) y la dirección de la normal perpendicular al espejo índice. Cuando el brazo índice se mueve en un ángulo, digamos de 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 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.
Actualmente, existen dos tipos de espejos de horizonte en el mercado. Ambos tipos dan buenos resultados.
Los sextantes tradicionales tienen un espejo de medio horizonte, que divide el campo de visión en dos. De un lado se ve el horizonte; del 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 durante la noche y en condiciones de neblina, cuando el horizonte y/o una estrella que se está observando pueden ser difíciles de ver. Sin embargo, hay 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 hace que sea fácil 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 campo de visión más amplio y, por lo tanto, facilitan la búsqueda de un objeto celeste. Los sextantes modernos suelen tener espejos de 5 cm o más, 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 platear .
Un horizonte artificial es útil cuando el horizonte es invisible, como ocurre en la niebla, en las noches sin luna, en la calma, cuando se mira a través de 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 un charco de agua protegido 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 líquido con burbuja directamente al sextante.
La mayoría de los sextantes también tienen filtros para usar al observar el Sol y reducir los efectos de la neblina. Los filtros suelen consistir en una serie de cristales progresivamente más oscuros que se pueden utilizar 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 regula girando el marco del filtro.
La mayoría de los sextantes montan un monocular de 1 o 3 aumentos para visualizar. 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 utilizar un horizonte artificial iluminado. [ cita necesaria ]
Los sextantes profesionales utilizan una medida de grados con parada de clic y un ajuste de gusano que lee hasta un minuto , 1/60 de grado . La mayoría de los sextantes también incluyen un vernier en el dial de gusano que marca 0,1 minutos. Dado que 1 minuto de error equivale aproximadamente a 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). [4]
Un cambio de temperatura puede deformar el arco, creando imprecisiones. Muchos navegantes compran estuches resistentes a la intemperie para poder colocar su sextante fuera de la cabina y alcanzar el equilibrio con la temperatura exterior. Se supone que los diseños de marco estándar (ver ilustración) igualan el error angular diferencial debido a los cambios de temperatura. El mango está separado del arco y del marco para que el calor corporal no deforme el marco. Los sextantes para uso tropical suelen estar pintados de blanco para reflejar la luz del sol y permanecer relativamente fríos. 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 menores. Muchos sextantes comerciales utilizan latón o aluminio de baja expansión. El latón tiene una menor expansión que el aluminio, pero los sextantes de aluminio son más ligeros 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 mares agitados, pero, como se señaló, son sustancialmente más pesados. También se han fabricado sextantes con marcos de aluminio y arcos de latón. Básicamente, un sextante es muy personal para cada navegante, y éste elegirá el modelo que tenga las características que mejor se adapten a sus necesidades.
Los sextantes para aviones ya no se fabrican, pero tenían características especiales. La mayoría tenía horizontes artificiales que permitían observar a través de una ventana superior al ras. Algunos también tenían promediadores mecánicos para realizar cientos de mediciones por mira para compensar aceleraciones aleatorias en el fluido del horizonte artificial. Los sextantes de aviones más antiguos tenían dos rutas visuales, una estándar y otra diseñada 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 y tenían sólo una pequeña proyección sobre el fuselaje . Con estos, el navegante calculó previamente su vista y luego anotó la diferencia entre la altura del cuerpo observada y la prevista para determinar su posición.
Una visión (o medida ) del ángulo entre el Sol , una estrella o un planeta y el horizonte se realiza con el ' telescopio estelar ' acoplado al sextante utilizando un horizonte visible. En un barco en el mar, incluso en días brumosos , se puede observar desde una altura baja sobre el agua para obtener un horizonte mejor y más definido. Los navegantes sostienen el sextante por el mango en la mano derecha, evitando tocar el arco con los dedos. [5]
Para ver el sol, se utiliza un filtro para superar el resplandor , como "persianas" que cubren tanto el espejo índice como el espejo del horizonte, diseñadas para evitar daños a los ojos. Al poner la barra de índice en cero, se puede ver el Sol a través del telescopio. Al soltar la barra índice (ya sea soltando un tornillo de sujeción o, en los instrumentos modernos, usando el botón de liberación rápida), la imagen del Sol puede descender aproximadamente al nivel del horizonte. Es necesario girar 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 índice hasta que la curva inferior (la rama inferior ) del Sol apenas toca el horizonte. " Balancear " el sextante alrededor del eje del telescopio garantiza que la lectura se tome con el instrumento sostenido verticalmente. Luego, el ángulo de la mira se lee en la escala del arco, utilizando el micrómetro o la escala vernier proporcionada. Al mismo tiempo se debe anotar el momento exacto de la visión y registrar la altura del ojo sobre el nivel del mar. [5]
Un método alternativo es estimar la altitud (ángulo) actual del Sol a partir de las tablas de navegación, luego configurar la barra índice en ese ángulo en el arco, aplicar sombras adecuadas sólo al espejo índice y apuntar el instrumento directamente al horizonte, barriendo de lado a lado hasta que se vea un destello de los rayos del Sol en el telescopio. Luego se realizan ajustes finos como se indicó anteriormente. Es menos probable que este método tenga éxito para observar estrellas y planetas. [5]
Las vistas de estrellas y planetas se realizan normalmente 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 simple 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 el miembro inferior o superior debido a su fase . [5]
Después de tomar una vista, se reduce a una posición observando varios procedimientos matemáticos. La reducción de visión más sencilla es dibujar en un globo el círculo de igual altitud del objeto celeste avistado. La intersección de ese círculo con una pista de navegación a estima, u otro avistamiento, proporciona una ubicación más precisa.
Los sextantes se pueden utilizar 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 aguja de una iglesia , que luego se puede usar para encontrar la distancia hacia el mar (siempre que se conozca la distancia entre los dos puntos de referencia). Usado verticalmente, una medida del ángulo entre la linterna de un faro de altura conocida y el nivel del mar en su base también puede usarse para la distancia. [5]
Debido a la sensibilidad del instrumento, es fácil desajustar los espejos. Por esta razón, un sextante debe comprobarse con frecuencia para detectar errores y ajustarse en consecuencia.
Hay cuatro errores que el navegador puede corregir y deben eliminarse en el siguiente orden.
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