六分仪（测量远方两目标之间夹角的仪器）
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更新时间：2023-05-16
六分仪
测量远方两目标之间夹角的仪器
六分仪用来测量远方两个目标之间夹角的光学仪器。通常用它测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角﹐以便迅速得知海船或飞机所在位置的经纬度。六分仪的原理是牛顿首先提出的。六分仪具有扇状外形﹐其组成部分包括一架小望远镜，一个半透明半反射的固定平面镜即地平镜﹐一个与指标相联的活动反射镜即指标镜。六分仪的刻度弧为圆周的1/6。使用时﹐观测者手持六分仪﹐转动指标镜﹐使在视场里同时出现的天体与海平线重合。根据指标镜的转角可以读出天体的高度角﹐其误差约为±0.2°～±1°。在航空六分仪的视场里﹐有代替地平线的水准器。这种六分仪一般还有读数平均机构。六分仪的特点是轻便﹐可以在摆动着的物体如船舶上观测。缺点是阴雨天不能使用。二十世纪四十年代以后﹐虽然出现了各种无线电定位法，但六分仪仍在广泛应用。
基本信息
| 中文名 | 六分仪 |
| 外文名 | sextant |
| 运用领域 | 航海导航 |
| 拼音 | liufenyi |
| 发明者 | T·戈弗雷 约翰·哈德利 |
| 发明时间 | 1730年 |
收起
简介
原理
六分仪所基于的原理很简单：光线的反射角等于入射角。实际上，六分仪也可以测量任意两物体之间的夹角。其原理最初由牛顿（以及更早的胡克）提出；而固定式大型六分仪很早就由各大天文台建造，供天体测量之用（如第谷在汶岛建造的纪限仪、格林尼治天文台的大六分仪等）。
六分仪
几何光学中的反射定律
发展历程
早期航海家在大海中沿航线航行时，需要不断确定航船所处的位置，即船所处的经度和纬度的交叉点。航海家为了弄清楚自己的船所处的纬度，需要有一种仪器，它能通过对地平线和中午的太阳之间的夹角的测量，或通过对地平线和某颗固定星之间的夹角的测量来确定纬度。最初，水手用星盘来测量太阳高度，但由于船的甲板是上下起伏的，这种仪器极难操作，而且不容易测算准确。后来人们用直角仪取代了星盘。航海图上的六分仪及两脚规、量角器、平行尺等早期航海仪器
1730年，美国人T·戈弗雷（Thomas Godfrey）和英国人约翰·哈德利（John Hadley）分别独自发明了八分仪。两人都把设计方案提交英国皇家学会，后者于1734年又提交了一个改进方案，得到普遍采用。哈德利研制成功一种反射望远镜，接着又制作了一种在海上测量角度的仪器。观察者可通过一面镜子同时看见地平线，它们之间的角度可用边缘标有刻度的象限仪测出，测角范围可达90°，这样就把简单的象限仪（测角范围45°）所测量之高度增加了一倍，成为一种测纬度的理想仪器，该仪器另一优点是它能使星辰天体的形象与地平线成一直线，而且所测读数更为精确。由于它准确、价格便宜、使用方便，极受航海人员欢迎，直到20世纪仍然作为测量天体高度确定纬度的方法。
1732年，英国海军部把八分仪放在一只小艇中作试验，结果非常精确。可是八分仪的90°标度用作测量月球与天体的角距，事实证明是非常不够的，故约翰·伯德（John Bird）在18世纪50年代制作了一个完整的圆圈，其测量范围可达360°，测量效果好，但很笨重，在海上使用极为不便。于是反射圈与八分仪之间采取折中方案，1757年，坎贝尔船长以八分仪为模子，把测量范围扩大到120°，这就是六分仪，它是由一个三角形的架子组成，一边是一个120°弧形板，上面有刻度和一个可移动的指针。反射望远镜将需测量的有夹角的两天体反射到一起，人们就可以方便地测到角度并计算出该船处在的纬度。六分仪较之以往的测纬度的星盘、卡尔玛和直角象限仪等的精度有较大的提高。
最初的六分仪外形较大，而且采用铜材制作，十分沉重，领航员不得不把它的下端固定在自己的腰带上，才能保持稳定。后来改用木材制作，虽然重量轻了，但是体积仍然较大。这其中的原因很明显：六分仪的测量准确与否，与刻度划分是否精确密切相关，而早期工业水平有限，难以在小型刻度盘上精确地划分刻度，因此只能做得很大；18世纪末，英国工匠拉姆斯顿发明了可以精确划分刻度的“分位仪”，才真正解决了这一问题，为此英国经度委员会还专门发给他675英镑的奖金，这在当时是相当可观的一笔“巨款”，至此，六分仪真正实现了小型化。
使用方法
cos z = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos t
就可以得出该地的纬度φ。式中z是天体天顶距（90度减去地平高度），δ是天体的赤纬，t是时角，可以由地方恒星时与天体赤经相减得出，恒星时也可以通过简单计算得到。如果是由太阳位置计算地理纬度，更简便的算法是：
φ = z + δ
六分仪的结构和光学原理
ΔABC中 ω=β－ɑ
ΔABD中 h=2β－2ɑ
∴ h=2ω
至于经度的测量，可以通过比较太阳上中天时地方时（由查阅天文年历得出）与出发地的时间之差得出。
六分仪最大的缺点是受天气的影响较大，不能在阴雨天使用。而制造过程中会无可避免地引入机械误差，这也成了限制六分仪精度的一个因素。有一定经验的观测者在正常条件下白天单一观测的均方误差为±0.7′～±1.0′。增加观测次数取平均值，则其均方误差降为单一观测值的，n为次数，一般取3、5、7次。天体高度最好为15°～65°。此外，六分仪也可在沿岸航行时用于观测两个地面物标之间水平夹角，用以在海图上定位。
历史上，六分仪除了在航海方面发挥了重大作用外，还曾帮助天文学家编制高精度星表。而星表的编制也促进了航海的发展，同时还给地理坐标的测量带来了重大进步。另外还有航空用六分仪，结构与航海用六分仪基本相同，但望远镜视野中的地平线由水准线代替。现在也有电子六分仪生产。
相关信息
参考资料
[1]
六分仪 · 中国化工仪器网[引用日期2016-11-25]
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古代天文仪器
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地平经纬仪制于康熙52年－54年（公元1713－1715年），由来华的耶酥会传教士德国人纪理安负责督造。主要由地平圈、象限环、立柱、窥镜四部分构成，用于测量天体的地平坐标。
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