Un sextante es un instrumento de navegación de doble reflexión 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 astronómica .
La estimación de este ángulo, la altitud, se conoce como avistamiento o disparo del objeto, o toma de mira . El ángulo, y el momento en que se midió, se pueden utilizar para calcular una línea de posición en una carta náutica o aeronáutica ; por ejemplo, avistar el Sol al mediodía o la Estrella Polar por la noche (en el hemisferio norte) para estimar la latitud (con reducción de la vista ). Avistar 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 una carta . [1] Un sextante también se puede utilizar 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 lo 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 bastón, el sextante permite realizar observaciones directas de las estrellas. Esto permite utilizar el sextante de noche, cuando resulta difícil utilizar un bastón. Para las observaciones solares, los filtros permiten observar directamente el Sol.
Como la medida es relativa al horizonte, el puntero de medición es un haz de luz que llega hasta el horizonte. Por lo tanto, la medida está limitada por la precisión angular del instrumento y no por el error senoidal de la longitud de una alidada , como ocurre en el astrolabio de un marinero o en un instrumento antiguo similar.
Un sextante no necesita una orientación completamente fija, ya que 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 moverán en el campo de visión. Sin embargo, la posición relativa de las dos imágenes permanecerá estable y, siempre que 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 modernas) ni de ninguna señal controlada por el hombre (como el GPS). Por estos motivos, se considera una herramienta de navegación auxiliar sumamente práctica para los barcos.
El marco de un sextante tiene la forma de un sector que es aproximadamente 1 ⁄ 6 de un círculo (60°), [2] de ahí su nombre ( sextāns, sextantis es la palabra latina para "un sexto"). Se utilizan (o utilizaban) 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".
En el marco se encuentran fijados el "espejo de horizonte", un brazo índice que mueve el espejo índice , un telescopio de observación, parasoles, una escala graduada y un calibre de tambor micrométrico para mediciones precisas. La escala debe estar graduada de modo que las divisiones de grados marcadas registren el doble del ángulo a través del cual gira el brazo índice. Las escalas del octante, sextante, quintante y cuadrante están graduadas desde bajo 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 la lectura de escala duplicada se desprende de la consideración de las relaciones entre el rayo fijo (entre los espejos), el rayo objeto (desde el objeto observado) y la dirección de la normal perpendicular al espejo índice. Cuando el brazo índice se mueve en un ángulo, digamos 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 objeto y la normal también debe aumentar en 20°. Por lo tanto, el ángulo entre el rayo fijo y el rayo objeto debe aumentar en 40°. Este es el caso que se muestra en el gráfico.
En la actualidad, 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. En un lado, se ve el horizonte y en el otro, el 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 mejor de 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 mismo toque el horizonte.
Los sextantes de horizonte completo utilizan un espejo de horizonte semiplateado para proporcionar una vista completa del horizonte. Esto permite ver fácilmente cuándo el extremo inferior de un objeto celeste toca el horizonte. Dado que la mayoría de las imágenes son del Sol o la Luna, y la neblina es poco frecuente 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 proporcionan 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 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 más económicos de fabricar y de platear .
Un horizonte artificial es útil cuando el horizonte es invisible, como ocurre en la niebla, en noches sin luna, en calma, cuando se observa 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, lo que permite al usuario medir la distancia entre el cuerpo y su reflejo, y dividirla por dos. Otro diseño permite montar un tubo lleno de líquido con burbujas directamente en el sextante.
La mayoría de los sextantes también tienen filtros para utilizarlos cuando se observa el Sol y se reducen los efectos de la neblina. Los filtros suelen consistir en una serie de cristales progresivamente más oscuros que se pueden utilizar individualmente o en combinación para reducir la neblina y el brillo del Sol. Sin embargo, también se han fabricado sextantes con filtros polarizadores ajustables, en los que el grado de oscuridad se ajusta girando el marco del filtro.
La mayoría de los sextantes llevan un monocular de 1 o 3 aumentos para poder observar. 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 llevan un monocular amplificador de luz para poder ver el horizonte en noches sin luna. Otros prefieren utilizar un horizonte artificial iluminado. [ cita requerida ]
Los sextantes profesionales utilizan un sistema de medición de grados con un clic y un ajuste de tornillo sin fin que permite una lectura de hasta un minuto , 1/60 de grado . La mayoría de los sextantes también incluyen un vernier en el dial del tornillo sin fin que permite una lectura de hasta 0,1 minutos. Dado que 1 minuto de error equivale aproximadamente a una milla náutica , la mejor precisión posible de la navegación astronómica 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 calificado 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, lo que genera imprecisiones. Muchos navegantes compran cajas resistentes a la intemperie para poder colocar el sextante fuera de la cabina y equilibrarlo con la temperatura exterior. Los diseños de armazón estándar (ver ilustración) están pensados para igualar el error angular diferencial debido a los cambios de temperatura. El mango está separado del arco y del armazón para que el calor corporal no deforme el armazón. 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 armazón 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 expansión menor 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 armazón de latón macizo son menos susceptibles a tambalearse con vientos fuertes o cuando el barco está trabajando en mares agitados, pero como se ha indicado, son sustancialmente más pesados. También se han fabricado sextantes con armazón de aluminio y arcos de latón. En esencia, el sextante es algo muy personal para cada navegante, que elegirá el modelo que tenga las características que más le convengan.
Los sextantes de avión ya no se fabrican, pero tenían características especiales. La mayoría tenían horizontes artificiales que permitían tomar una vista a través de una ventana superior al ras. Algunos también tenían promediadores mecánicos para realizar cientos de mediciones por vista para compensar las aceleraciones aleatorias en el fluido del horizonte artificial. Los sextantes de avión más antiguos tenían dos trayectorias visuales, una estándar y la otra diseñada para su uso en aviones de cabina abierta que permitían ver directamente desde encima del sextante en el regazo. Los sextantes de avión más modernos eran periscópicos con solo una pequeña proyección sobre el fuselaje . Con estos, el navegante calculaba previamente su vista y luego anotaba la diferencia entre la altura observada y la prevista del cuerpo para determinar su posición.
La observación (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 realizar una observación desde una altura baja sobre el agua para obtener un horizonte más definido y mejor. Los navegantes sostienen el sextante por el mango con la mano derecha, evitando tocar el arco con los dedos. [5]
Para una vista del sol, se utiliza un filtro para superar el deslumbramiento, como "parasoles" que cubren tanto el espejo índice como el espejo del horizonte, diseñados para evitar daños en los ojos. Inicialmente, con la barra índice ajustada a cero y los parasoles cubriendo ambos espejos, el sextante se apunta al sol hasta que se puede ver en ambos espejos a través del telescopio, luego se baja verticalmente hasta que la parte del horizonte directamente debajo de él se ve en ambos espejos. Es necesario voltear hacia atrás el parasol del espejo del horizonte para poder ver el horizonte más claramente en él. Al soltar la barra índice (ya sea soltando un tornillo de sujeción o, en los instrumentos modernos, utilizando el botón de liberación rápida) y moverla hacia valores más altos de la escala, eventualmente la imagen del Sol volverá a aparecer en el espejo índice y se puede alinear aproximadamente al nivel del horizonte en el espejo del horizonte. Luego, el tornillo de ajuste fino en el extremo de la barra índice se gira hasta que la curva inferior (la rama inferior ) del Sol apenas toca el horizonte. Al hacer girar el sextante alrededor del eje del telescopio se garantiza que la lectura se realice con el instrumento en posición vertical. A continuación, se lee el ángulo de la mira en la escala del arco, utilizando el micrómetro o la escala Vernier que se proporciona. También se debe anotar simultáneamente la hora exacta de la mira y la altura del ojo sobre el nivel del mar. [5]
Un método alternativo consiste en calcular la altitud (ángulo) actual del Sol a partir de tablas de navegación, luego fijar la barra de índice en ese ángulo sobre el arco, aplicar sombras adecuadas sólo al espejo de índice y apuntar el instrumento directamente al horizonte, moviéndolo de un lado a otro hasta que se vea un destello de los rayos del Sol en el telescopio. Luego se realizan los ajustes precisos como se indicó anteriormente. Este método tiene menos probabilidades de ser exitoso para observar estrellas y planetas. [5]
Las observaciones de estrellas y planetas se realizan normalmente durante el crepúsculo náutico , al amanecer o al anochecer , cuando tanto los cuerpos celestes como el horizonte marino son visibles. No es necesario utilizar sombras ni distinguir el limbo inferior, ya que el cuerpo aparece como un mero punto en el telescopio. La Luna se puede observar, pero parece moverse muy rápido, parece tener diferentes tamaños en diferentes momentos y, a veces, solo se puede distinguir el limbo inferior o superior debido a su fase . [5]
Una vez tomada la observación, se reduce su posición mediante la observación de varios procedimientos matemáticos. La reducción más sencilla consiste en dibujar en un globo terráqueo el círculo de igual altitud del objeto celeste observado. La intersección de ese círculo con una pista de estimación u otra observación 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. Utilizado horizontalmente, un sextante puede medir el ángulo aparente entre dos puntos de referencia, como un faro y la torre de una iglesia , que luego se puede utilizar para encontrar la distancia mar adentro (siempre que se conozca la distancia entre los dos puntos de referencia). Utilizado verticalmente, una medición del ángulo entre la linterna de un faro de altura conocida y el nivel del mar en su base también se puede utilizar para la distancia. [5]
Debido a la sensibilidad del instrumento, es fácil desajustar los espejos. Por este motivo, se debe comprobar con frecuencia si hay errores en el sextante y ajustarlo en consecuencia.
Hay cuatro errores que pueden ser ajustados por el navegador, y deben ser eliminados en el siguiente orden.
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