Backstaff - Backstaff
Le backstaff est un instrument de navigation qui servait à mesurer l' altitude d'un corps céleste , en particulier le Soleil ou la Lune . Lors de l'observation du soleil, les utilisateurs ont gardé le soleil dans leur dos (d'où le nom) et ont observé l'ombre projetée par la girouette supérieure sur une girouette d'horizon. Il a été inventé par le navigateur anglais John Davis , qui l'a décrit dans son livre Seaman's Secrets en 1594.
Types de backstaffs
Backstaff est le nom donné à tout instrument qui mesure l'altitude du soleil par la projection d'une ombre. Il semble que l'idée de mesurer l'altitude du soleil à l'aide d'observations de dos est née avec Thomas Harriot . De nombreux types d'instruments ont évolué à partir de la portée transversale qui peut être classée comme backstaves. Seul le quadrant Davis reste dominant dans l'histoire des instruments de navigation. En effet, le quadrant Davis est essentiellement synonyme de backstaff. Cependant, Davis n'a été ni le premier ni le dernier à concevoir un tel instrument et d'autres sont également considérés ici.
Quadrant de Davis
Le capitaine John Davis a inventé une version du backstaff en 1594. Davis était un navigateur qui connaissait assez bien les instruments de l'époque tels que l' astrolabe du marin , le quadrant et le cross-staff . Il a reconnu les inconvénients inhérents à chacun et s'est efforcé de créer un nouvel instrument qui pourrait réduire ces problèmes et augmenter la facilité et la précision d'obtention des élévations solaires .
Une première version du bâton quadrant est illustrée à la figure 1 . Il avait un arc fixé à un bâton afin qu'il puisse glisser le long du bâton (la forme n'est pas critique, bien que la forme incurvée ait été choisie). L'arc (A) a été placé de manière à projeter son ombre sur la girouette d'horizon (B). Le navigateur regardait le long du bâton et observait l'horizon à travers une fente dans la girouette d'horizon. En faisant glisser l'arc de sorte que l'ombre s'aligne avec l'horizon, l'angle du soleil pouvait être lu sur le bâton gradué. C'était un simple quadrant, mais ce n'était pas aussi précis qu'on pourrait le souhaiter. La précision de l'instrument dépend de la longueur de la portée, mais une longue portée a rendu l'instrument plus difficile à manier. L'altitude maximale qui pouvait être mesurée avec cet instrument était de 45 °.
La prochaine version de son quadrant est illustrée à la figure 2 . L'arc sur le dessus de l'instrument dans la version précédente a été remplacé par une palette d'ombre placée sur un tableau arrière. Ce tableau pourrait être déplacé le long d'une échelle graduée pour indiquer l'angle de l'ombre au-dessus du bâton. Sous le bâton, un arc de 30 ° a été ajouté. L'horizon, vu à travers la girouette d'horizon à gauche, est aligné avec l'ombre. La palette de visée sur l'arc est déplacée jusqu'à ce qu'elle s'aligne avec la vue de l'horizon. L'angle mesuré est la somme de l'angle indiqué par la position du tableau arrière et de l'angle mesuré sur l'échelle sur l'arc.
L'instrument qui est maintenant identifié avec Davis est illustré à la figure 3 . Cette forme a évolué vers le milieu du 17e siècle. L'arc quadrant a été divisé en deux parties. L'arc de plus petit rayon, d'une portée de 60 °, était monté au-dessus du bâton. L'arc à plus long rayon, avec une portée de 30 °, a été monté en dessous. Les deux arcs ont un centre commun. Au centre commun, une girouette d'horizon fendue a été montée (B). Une palette d'ombre mobile a été placée sur l'arc supérieur de sorte que son ombre soit projetée sur la girouette d'horizon. Une girouette mobile était montée sur l'arc inférieur (C).
Il est plus facile pour une personne de placer une palette à un emplacement spécifique que de lire l'arc à une position arbitraire. Cela est dû à l' acuité de Vernier , la capacité d'une personne à aligner avec précision deux segments de ligne. Ainsi, un arc avec un petit rayon, marqué avec relativement peu de graduations, peut être utilisé pour placer la palette d'ombre avec précision à un angle spécifique. D'autre part, déplacer la girouette de visée à l'endroit où la ligne vers l'horizon rencontre l'ombre nécessite un grand arc. En effet, la position peut être à une fraction de degré et un grand arc permet de lire des graduations plus petites avec une plus grande précision. Le grand arc de l'instrument, dans les années suivantes, a été marqué avec des transversales pour permettre à l'arc d'être lu avec une plus grande précision que les graduations principales le permettent.
Ainsi Davis a pu optimiser la construction du quadrant pour avoir à la fois un petit et un grand arc, permettant la précision effective d'un seul quadrant d'arc de grand rayon sans rendre l'instrument entier si grand. Cette forme de l'instrument est devenue synonyme de backstaff. C'était l'une des formes de personnel de soutien les plus largement utilisées. Les navigateurs d'Europe continentale l'ont appelé le quadrant anglais .
Une modification ultérieure du quadrant Davis consistait à utiliser un verre Flamsteed à la place de la palette d'ombre; cela a été suggéré par John Flamsteed . Cela a placé une lentille sur la girouette qui projetait une image du soleil sur la girouette d'horizon au lieu d'une ombre. C'était utile dans des conditions où le ciel était brumeux ou légèrement couvert; l'image sombre du soleil était montrée plus brillamment sur la girouette d'horizon où une ombre ne pouvait pas être vue.
Figure 1 - Un simple précurseur du quadrant Davis d'après une illustration de son livre, Seaman's Secrets . L'arc se limitait à mesurer des angles jusqu'à 45 °.
Figure 2 - Le deuxième quadrant Davis après une illustration de son livre, Seaman's Secrets . L'arc au-dessus est remplacé par un arc en dessous et un tableau de projection d'ombre au-dessus. Cet instrument peut désormais mesurer jusqu'à 90 °.
Figure 3 - Le quadrant Davis tel qu'il a évolué au milieu du 17e siècle. Le tableau arrière supérieur a été remplacé par un arc à 60 °.
Usage
Afin d'utiliser l'instrument, le navigateur placerait la girouette d'ombre à un endroit anticipant l'altitude du soleil. Tenant l'instrument devant lui, avec le soleil dans son dos, il tient l'instrument de sorte que l'ombre projetée par la girouette d'ombre tombe sur la girouette d'horizon à côté de la fente. Il déplace ensuite la girouette de façon à observer l'horizon sur une ligne allant de la girouette à travers la fente de la girouette d'horizon tout en maintenant simultanément la position de l'ombre. Cela lui permet de mesurer l'angle entre l'horizon et le soleil comme la somme de l'angle lu sur les deux arcs.
Puisque le bord de l'ombre représente la branche du soleil, il doit corriger la valeur du demi - diamètre du soleil.
Instruments dérivés du quadrant Davis
Le quadrant d'Elton dérivé du quadrant Davis. Il a ajouté un bras d'index avec des niveaux à bulle pour fournir un horizon artificiel.
Demi-croix
La demi-croix était un instrument contemporain du quadrant Davis. C'était populaire en dehors de l'Angleterre.
Le tableau vertical était comme un demi-tableau sur une traverse , d'où le nom de demi-croix . Il supportait une palette d'ombre (A sur la figure 4 ) qui pouvait être réglée sur l'une des plusieurs hauteurs (trois selon May, quatre selon de Hilster). En définissant la hauteur de la palette d'ombre, la plage d'angles pouvant être mesurés a été définie. Le tableau arrière pouvait être glissé le long du bâton et l'angle lu sur l'une des échelles graduées du bâton.
La girouette de visée (C) et la girouette d'horizon (B) étaient alignées visuellement avec l'horizon. L'ombre de la girouette d'ombre étant projetée sur la girouette d'horizon et alignée avec l'horizon, l'angle a été déterminé. En pratique, l'instrument était précis mais plus lourd que le quadrant Davis.
Charrue
La charrue était le nom donné à un instrument inhabituel qui a existé pendant une courte période. C'était en partie inter-personnel et en partie backstaff. Dans la figure 5 , A est le tableau arrière qui projette son ombre sur la palette horizon à B . Il fonctionne de la même manière que le personnel de la figure 1 . C est la girouette de visée. Le navigateur utilise la girouette de visée et la palette d'horizon pour aligner l'instrument horizontalement. La palette de visée peut être déplacée de gauche à droite le long du bâton. D est un tableau arrière comme on le trouve sur un cross-staff. Ce tableau comporte deux aubes qui peuvent être rapprochés ou éloignés du personnel pour émuler des tableaux de différentes longueurs. Le tableau arrière peut être déplacé sur le bâton et utilisé pour mesurer les angles.
Personnel Almucantar
Le bâton Almucantar est un appareil spécifiquement utilisé pour mesurer l'altitude du soleil à basse altitude.
Inter-personnel
Le cross-staff était normalement un instrument d'observation directe. Cependant, plus tard, il a été modifié pour être utilisé avec des observations de retour.
Quadrant
Il y avait une variation du quadrant - le quadrant d'observation Back - qui a été utilisé pour mesurer l'altitude du soleil en observant l'ombre projetée sur une girouette d'horizon.
Bâton croisé Thomas Hood
Thomas Hood a inventé ce bâton en 1590. Il pouvait être utilisé pour l'arpentage, l'astronomie ou d'autres problèmes géométriques.
Il se compose de deux composants, un tableau arrière et une cour. Le tableau arrière est le composant vertical et est gradué de 0 ° en haut à 45 ° en bas. Au sommet du tableau arrière, une palette est montée pour projeter une ombre. La cour est horizontale et est graduée de 45 ° à 90 °. Le tableau arrière et la cour sont reliés par un raccord spécial (la double prise de la figure 6 ) qui permet des ajustements indépendants du tableau vertical et de la cour horizontalement.
Il était possible de construire l'instrument avec la cour en haut du tableau arrière plutôt qu'en bas.
Initialement, le tableau arrière et la cour sont réglés de manière à ce que les deux soient joints à leurs réglages respectifs à 45 °. L'instrument est tenu de manière à ce que la cour soit horizontale (le navigateur peut voir l'horizon le long de la cour pour l'aider). La douille est desserrée de sorte que le tableau arrière soit déplacé verticalement jusqu'à ce que l'ombre de la palette soit projetée à 90 ° de la cour. Si le mouvement du tableau arrière seul peut accomplir cela, l'altitude est donnée par les graduations du tableau arrière. Si le soleil est trop haut pour cela, l'ouverture horizontale de la cour dans la douille est desserrée et la cour est déplacée pour permettre à l'ombre de se poser sur la marque à 90 °. La cour cède alors l'altitude.
C'était un instrument assez précis, car les graduations étaient bien espacées par rapport à une portée croisée conventionnelle . Cependant, il était un peu lourd et difficile à manipuler dans le vent.
Benjamin Cole quadrant
Un ajout tardif à la collection de backstaves dans le monde de la navigation, cet appareil a été inventé par Benjamin Cole en 1748.
L'instrument se compose d'une portée avec un quadrant pivotant à une extrémité. Le quadrant a une palette d'ombre , qui peut éventuellement prendre une lentille comme le verre Flamsteed du quadrant Davis, à l'extrémité supérieure de l'échelle graduée (A sur la figure 7 ). Cela projette une ombre ou projette une image du soleil sur la girouette d'horizon (B). L'observateur regarde l'horizon à travers un trou dans la girouette de visée (D) et une fente dans la girouette d'horizon pour s'assurer que l'instrument est de niveau. Le composant quadrant pivote jusqu'à ce que l'horizon et l'image ou l'ombre du soleil soient alignés. L'altitude peut alors être lue à partir de l'échelle du quadrant. Afin d'affiner la lecture, un vernier circulaire est monté sur la portée (C).
Le fait qu'un tel instrument ait été introduit au milieu du XVIIIe siècle montre que le quadrant était encore un instrument viable même en présence de l' octant .
Le scientifique anglais George Adams a créé en même temps un backstaff très similaire. La version d'Adam garantissait que la distance entre le verre Flamsteed et la girouette d'horizon était la même que la distance entre la girouette et la girouette de visée.
Quadrant d'arc croisé
Edmund Gunter a inventé le quadrant d'arc croisé , également appelé l' arc du marin , vers 1623. Il tire son nom de la similitude avec l' arbalète de l'archer .
Cet instrument est intéressant en ce que l'arc est de 120 ° mais n'est gradué qu'en arc de 90 °. Ainsi, l'espacement angulaire d'un degré sur l'arc est légèrement supérieur à un degré. Des exemples d'instrument peuvent être trouvés avec une graduation de 0 ° à 90 ° ou avec deux segments en miroir de 0 ° à 45 ° centrés sur le milieu de l'arc.
L'instrument a trois aubes, une girouette d'horizon (A sur la figure 8 ) qui a une ouverture en elle pour observer l'horizon, une girouette d'ombre (B) pour projeter une ombre sur la girouette d'horizon et une girouette de visée (C) que le navigateur permet de visualiser l'horizon et l'ombre au niveau de la girouette d'horizon. Cela permet de garantir que l'instrument est de niveau tout en mesurant simultanément l'altitude du soleil. L'altitude est la différence entre les positions angulaires des aubes d'ombre et de visée.
Avec certaines versions de cet instrument, la déclinaison du soleil pour chaque jour de l'année était marquée sur l'arc. Cela permettait au navigateur de régler la girouette d'ombre sur la date et l'instrument lirait directement l'altitude.
Les références
- Ephraim Chambers, Cyclopædia, The First Volume, 1728 expliquant l'utilisation d'un backstaff
- Maurice Daumas, Instruments scientifiques des dix-septième et dix-huitième siècles et leurs créateurs , Portman Books, Londres 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- Gerard L'Estrange Turner, Instruments scientifiques anciens , Blandford Press Ltd. 1980 ISBN 0-7137-1068-3
Remarques
Liens externes
- "Backstaff" sur answers.com - Bon diagramme de la façon dont un backstaff est utilisé.
- Attribution
Cet article incorpore le texte d'une publication maintenant dans le domaine public : Chambers, Ephraim , éd. (1728). Cyclopædia, ou un dictionnaire universel des arts et des sciences (1ère éd.). James et John Knapton et coll. Manquant ou vide |title= ( aide )