El octante , también llamado cuadrante reflector , es un instrumento reflector utilizado en la navegación .
El nombre octante deriva del latín octans , que significa octava parte de un círculo , porque el arco del instrumento es un octavo de un círculo.
El cuadrante reflector se deriva del instrumento que utiliza espejos para reflejar la trayectoria de la luz hacia el observador y, al hacerlo, duplica el ángulo medido. Esto permite que el instrumento utilice un octavo de vuelta para medir un cuarto de vuelta o un cuadrante .
El cuadrante reflector de Isaac Newton fue inventado alrededor de 1699. [1] Se le dio una descripción detallada del instrumento a Edmond Halley , pero la descripción no se publicó hasta después de la muerte de Halley en 1742. No se sabe por qué Halley no publicó la información durante su vida, ya que esto impidió que Newton recibiera el crédito por la invención que generalmente se le da a John Hadley y Thomas Godfrey .
Una copia de este instrumento fue construida por Thomas Heath (fabricante de instrumentos) y es posible que se haya exhibido en el escaparate de Heath antes de que fuera publicado por la Royal Society en 1742. [2]
El instrumento de Newton utilizaba dos espejos, pero se utilizaban en una disposición algo diferente de la de los dos espejos que se encuentran en los octantes y sextantes modernos . El diagrama de la derecha muestra la configuración del instrumento. [3]
El arco de 45° del instrumento (PQ) estaba graduado con 90 divisiones de medio grado cada una. Cada una de estas divisiones estaba subdividida en 60 partes y cada parte a su vez dividida en sextos. Esto da como resultado que el arco esté marcado en grados, minutos y sextos de minuto (10 segundos). De esta manera, el instrumento podía tener lecturas interpoladas a 5 segundos de arco. Esta precisión de graduación solo es posible debido al gran tamaño del instrumento: solo el telescopio de observación medía de tres a cuatro pies de largo.
A un lado del instrumento se montó un telescopio de observación (AB), de tres o cuatro pies de largo. Se fijó un espejo de horizonte en un ángulo de 45° frente a la lente del objetivo del telescopio (G). Este espejo era lo suficientemente pequeño como para permitir al observador ver la imagen en el espejo en un lado y ver directamente hacia adelante en el otro. El brazo índice (CD) sostenía un espejo índice (H), también a 45° del borde del brazo índice. Los lados reflectantes de los dos espejos estaban nominalmente enfrentados, de modo que la imagen vista en el primer espejo es la reflejada desde el segundo.
Con los dos espejos paralelos, el índice indica 0°. La vista a través del telescopio ve directamente hacia adelante en un lado y la vista desde el espejo G ve la misma imagen reflejada desde el espejo H (ver dibujo detallado a la derecha). Cuando el brazo índice se mueve de cero a un valor grande, el espejo índice refleja una imagen que está en una dirección alejada de la línea de visión directa. A medida que aumenta el movimiento del brazo índice, la línea de visión del espejo índice se mueve hacia S (a la derecha en la imagen detallada). Esto muestra una ligera deficiencia con esta disposición de espejos. El espejo del horizonte bloqueará la visión del espejo índice en ángulos cercanos a los 90°.
La longitud del telescopio de observación parece notable, dado el pequeño tamaño de los telescopios de los instrumentos modernos. Probablemente, esta fue la elección de Newton como forma de reducir las aberraciones cromáticas . Los telescopios de distancia focal corta , antes del desarrollo de las lentes acromáticas , producían un grado objetable de aberración, tanto que podía afectar la percepción de la posición de una estrella. Las distancias focales largas fueron la solución, y este telescopio probablemente habría tenido tanto un objetivo de distancia focal larga como un ocular de distancia focal larga . Esto reduciría las aberraciones sin un aumento excesivo.
Dos hombres desarrollaron el octante de forma independiente alrededor de 1730: John Hadley (1682-1744), un matemático inglés, y Thomas Godfrey (1704-1749), un vidriero de Filadelfia . Si bien ambos tienen un derecho legítimo e igual a la invención, Hadley generalmente se lleva la mayor parte del crédito. Esto refleja el papel central que Londres y la Royal Society desempeñaron en la historia de los instrumentos científicos en el siglo XVIII.
Otros dos que crearon octantes durante este período fueron Caleb Smith, un corredor de seguros inglés con un fuerte interés en la astronomía (en 1734), y Jean-Paul Fouchy, un profesor de matemáticas y astrónomo en Francia (en 1732).
Hadley produjo dos versiones del cuadrante reflector. Sólo la segunda es bien conocida y es el conocido octante.
El primer cuadrante reflector de Hadley era un dispositivo sencillo con un marco que abarcaba un arco de 45°. En la imagen de la derecha, del artículo de Hadley en Philosophical Transactions of the Royal Society [4] , se puede ver la naturaleza de su diseño. Un pequeño telescopio de observación se montó en el marco a lo largo de un lado. Un espejo índice grande se montó en el punto de rotación del brazo índice. Un segundo espejo de horizonte , más pequeño , se montó en el marco en la línea de visión del telescopio. El espejo de horizonte permite al observador ver la imagen del espejo índice en una mitad de la vista y ver un objeto distante en la otra mitad. Se montó una pantalla en el vértice del instrumento para permitir observar un objeto brillante. La pantalla gira para permitir que se mueva fuera del camino para las observaciones estelares.
Al observar a través del telescopio, el navegante vería un objeto directamente frente a él. El segundo objeto se vería por reflejo en el espejo del horizonte. La luz del espejo del horizonte se refleja en el espejo índice. Al mover el brazo índice, el espejo índice puede hacer que revele cualquier objeto hasta 90° de la línea de visión directa. Cuando ambos objetos están en la misma vista, alinearlos juntos permite al navegante medir la distancia angular entre ellos.
Se produjeron muy pocos diseños originales de cuadrantes reflectantes. Uno de ellos, construido por Baradelle, se encuentra en la colección del Museo de la Marina de París. [5]
El segundo diseño de Hadley tenía la forma que resulta familiar para los navegantes modernos. La imagen de la derecha, también extraída de su publicación de la Royal Society, [4] muestra los detalles.
Colocó un espejo índice en el brazo índice. Se proporcionaron dos espejos de horizonte . El espejo superior, en la línea del telescopio de observación, era lo suficientemente pequeño como para permitir que el telescopio viera directamente hacia adelante, además de ver la vista reflejada. La vista reflejada era la de la luz del espejo índice. Al igual que en el instrumento anterior, la disposición de los espejos permitía al observador ver simultáneamente un objeto directamente hacia adelante y ver uno reflejado en el espejo índice hacia el espejo de horizonte y luego hacia el telescopio. Al mover el brazo índice, el navegante podía ver cualquier objeto dentro de los 90° de la vista directa.
La diferencia significativa con este diseño fue que los espejos permitían sostener el instrumento verticalmente en lugar de horizontalmente y proporcionaban más espacio para configurar los espejos sin sufrir interferencias mutuas.
El segundo espejo del horizonte fue una innovación interesante. El telescopio era desmontable y podía volver a montarse de modo que el telescopio pudiera observar el segundo espejo del horizonte desde el lado opuesto del marco. Al montar los dos espejos del horizonte en ángulo recto entre sí y permitir el movimiento del telescopio, el navegante podía medir ángulos de 0 a 90° con un espejo del horizonte y de 90° a 180° con el otro. Esto hizo que el instrumento fuera muy versátil. Por razones desconocidas, esta característica no se implementó en los octantes de uso general.
Comparando este instrumento con la foto de un octante típico en la parte superior del artículo, se puede ver que las únicas diferencias significativas en el diseño más moderno son:
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Caleb Smith, un corredor de seguros inglés con un gran interés en la astronomía, había creado un octante en 1734. Lo llamó Astroscopio o Cuadrante Marino . [6] Su sistema utilizaba un prisma fijo además de un espejo índice para proporcionar elementos reflectantes. Los prismas ofrecen ventajas sobre los espejos en una época en la que los espejos de metal pulido eran inferiores y tanto el plateado de un espejo como la producción de vidrio con superficies planas y paralelas eran difíciles.
En el dibujo de la derecha, el elemento del horizonte (B) podría ser un espejo o un prisma. En el brazo del índice, el espejo del índice (A) giraba con el brazo. En el marco se montó un telescopio de observación (C). El índice no utilizaba un vernier ni ningún otro dispositivo en la escala (D). Smith llamó al brazo del índice del instrumento una etiqueta , a la manera de Elton para su cuadrante del marinero . [7]
Varios elementos de diseño del instrumento de Smith lo hicieron inferior al octante de Hadley y no se utilizó de manera significativa. [5] Por ejemplo, un problema con el Astroscopio era el ángulo de la línea de visión del observador. Al mirar hacia abajo, tenía mayor dificultad para observar que si lo hacía con la cabeza en una orientación normal.
El octante proporcionó una serie de ventajas sobre los instrumentos anteriores.
La alineación de la vista era fácil porque el horizonte y la estrella parecían moverse juntos a medida que el barco se inclinaba y se balanceaba. Esto también creó una situación en la que el error en la observación dependía menos del observador, ya que podía ver directamente ambos objetos a la vez.
Con el uso de las técnicas de fabricación disponibles en el siglo XVIII, los instrumentos eran capaces de realizar lecturas con gran precisión. El tamaño de los instrumentos se redujo sin pérdida de precisión. Un octante podía tener la mitad del tamaño de un cuadrante de Davis sin que aumentara el error.
Utilizando parasoles sobre las trayectorias de luz, se podía observar el sol directamente, mientras que al mover los parasoles fuera de la trayectoria de luz, el navegante podía observar estrellas débiles. Esto hizo que el instrumento fuera utilizable tanto de día como de noche.
En 1780, el octante y el sextante habían desplazado casi por completo a todos los instrumentos de navegación anteriores. [5]
Los primeros octantes se construían principalmente en madera, y las versiones posteriores incorporaban componentes de marfil y latón. Los primeros espejos eran de metal pulido, ya que la tecnología para producir espejos de vidrio plateado con superficies planas y paralelas era limitada. A medida que las técnicas de pulido del vidrio mejoraron, comenzaron a proporcionarse espejos de vidrio. Estos utilizaban revestimientos de amalgama de estaño que contenía mercurio; los revestimientos de plata o aluminio no estuvieron disponibles hasta el siglo XIX. La mala calidad óptica de los primeros espejos de metal pulido con espéculo significaba que las miras telescópicas no eran prácticas. Por esa razón, la mayoría de los primeros octantes utilizaban en su lugar una simple pínula de mira a simple vista .
Los primeros octantes conservaban algunas de las características comunes a los contrapuntos , como las transversales en la escala. Sin embargo, tal como estaban grabadas, mostraban que el instrumento tenía una precisión aparente de solo dos minutos de arco , mientras que el contrapunto parecía tener una precisión de un minuto. El uso de la escala vernier permitió que la escala se leyera con una precisión de un minuto, por lo que mejoró la comercialización del instrumento. Esto y la facilidad para hacer vernieres en comparación con los transversales, llevaron a la adopción del vernier en octantes producidos más tarde en el siglo XVIII. [8]
Los octantes se produjeron en grandes cantidades. En madera y marfil, su precio relativamente bajo en comparación con un sextante hecho completamente de latón los convirtió en un instrumento popular. El diseño se estandarizó y muchos fabricantes utilizaron el mismo estilo de marco y componentes. Diferentes talleres podían fabricar diferentes componentes, y los carpinteros se especializaban en los marcos y otros en los componentes de latón. Por ejemplo, Spencer, Browning and Rust, un fabricante de instrumentos científicos en Inglaterra desde 1787 hasta 1840 (que operó como Spencer, Browning and Co. después de 1840) utilizó un motor divisor Ramsden para producir escalas graduadas en marfil. Estos fueron ampliamente utilizados por otros y las iniciales SBR se podían encontrar en octantes de muchos otros fabricantes. [9]
En las fotografías de este artículo se pueden ver ejemplos de estos octantes muy similares. La imagen de la parte superior es básicamente el mismo instrumento que el de las fotografías de detalle. Sin embargo, son de dos fabricantes de instrumentos diferentes: el superior está etiquetado como Crichton - London, Sold by J Berry Aberdeen, mientras que las imágenes de detalle son de un instrumento de Spencer, Browning & Co. London . La única diferencia obvia es la presencia de sombras de horizonte en el octante Crichton que no están en el otro.
Estos octantes estaban disponibles con muchas opciones. Un octante básico con graduaciones directamente en el marco de madera era el más económico. Estos prescindían de una mira telescópica, utilizando en su lugar una pínula de mira de uno o dos agujeros. Las escalas de marfil aumentarían el precio, al igual que el uso de un brazo de índice de latón o un vernier.
En 1767, la primera edición del Almanaque Náutico tabuló las distancias lunares , lo que permitió a los navegantes determinar la hora actual a partir del ángulo entre el Sol y la Luna. Este ángulo a veces es mayor de 90° y, por lo tanto, no es posible medirlo con un octante. Por esa razón, el almirante John Campbell , que realizó experimentos a bordo con el método de la distancia lunar, sugirió un instrumento más grande y se desarrolló el sextante . [10]
A partir de ese momento, el sextante fue el instrumento que experimentó un desarrollo y unas mejoras importantes y fue el instrumento preferido por los navegantes navales. El octante siguió fabricándose hasta bien entrado el siglo XIX, aunque en general era un instrumento menos preciso y menos costoso. El menor precio del octante, incluidas las versiones sin telescopio, lo convirtió en un instrumento práctico para los barcos de las flotas mercantes y pesqueras.
Una práctica común entre los navegantes hasta finales del siglo XIX era utilizar tanto un sextante como un octante. El sextante se utilizaba con sumo cuidado y solo para los satélites lunares , mientras que el octante se utilizaba para las mediciones rutinarias de la altitud meridional del Sol todos los días. [7] Esto protegía al sextante, que era más preciso y más caro, mientras que se utilizaba el octante, más asequible, cuando funcionaba bien.
Desde principios de la década de 1930 hasta finales de la década de 1950, se produjeron varios tipos de instrumentos civiles y militares de octante de burbuja para su uso a bordo de aeronaves. [11] Todos estaban equipados con un horizonte artificial en forma de burbuja, que se centraba para alinear el horizonte para un navegante que volaba a miles de pies sobre la Tierra; algunos tenían funciones de grabación. [12]
El uso y ajuste del octante es esencialmente idéntico al del sextante del navegante .
El de Hadley no fue el primer cuadrante reflector. Robert Hooke inventó un cuadrante reflector en 1684 [13] y había escrito sobre el concepto ya en 1666. [14] El de Hooke era un instrumento de un solo reflector. [14] Jean-Paul Fouchy y Caleb Smith desarrollaron otros octantes a principios de la década de 1730, pero no llegaron a ser importantes en la historia de los instrumentos de navegación.
Con este instrumento se observa la distancia de la Luna a cualquier estrella fija; observe la estrella a través del plexiglás con la luz directa y la Luna con la reflejada (o al contrario) y gire el índice hasta que la estrella toque el borde de la Luna, y el índice mostrará en el borde de latón del instrumento la distancia de la estrella al borde de la Luna; Y aunque el instrumento se mueva con el movimiento del barco en el mar, la luna y las estrellas se moverán juntas como si realmente se tocaran en el cielo, de modo que se puede hacer una observación tan exacta en el mar como en la tierra. Y con el mismo instrumento se pueden observar exactamente las alturas de la luna y las estrellas, llevándolas al horizonte; y de ese modo la latitud y los tiempos de observación se pueden determinar con más exactitud que con los métodos que se usan ahora.Vol. 42 en archive.org
Medios relacionados con Octantes en Wikimedia Commons
