Octant (instrument) - Octant (instrument)
L' octant , également appelé quadrant réfléchissant , est un instrument de mesure utilisé principalement en navigation . C'est un type d' instrument réfléchissant .
Étymologie
Le nom octant dérive du latin octans signifiant huitième partie d'un cercle , car l'arc de l'instrument est un huitième de cercle.
Le quadrant réfléchissant provient de l'instrument utilisant des miroirs pour refléter le chemin de la lumière vers l'observateur et, ce faisant, double l'angle mesuré. Cela permet à l'instrument d'utiliser un huitième de tour pour mesurer un quart de tour ou un quadrant .
Origine de l'octant
Quadrant réfléchissant de Newton
CD – bras index
G – miroir horizon
H – miroir index
PQ – arc gradué
Le quadrant réfléchissant d' Isaac Newton a été inventé vers 1699. Une description détaillée de l'instrument a été donnée à Edmond Halley , mais la description n'a été publiée qu'après la mort de Halley en 1742. On ne sait pas pourquoi Halley n'a pas publié l'information au cours de sa vie. , car cela a empêché Newton d' obtenir le crédit de l' invention qui est généralement attribué à John Hadley et Thomas Godfrey .
Un exemplaire de cet instrument a été construit par Thomas Heath (fabricant d'instruments) et a peut-être été exposé dans la vitrine de Heath avant sa publication par la Royal Society en 1742.
L'instrument de Newton utilisait deux miroirs, mais ils étaient utilisés dans un arrangement quelque peu différent des deux miroirs trouvés dans les octants et les sextants modernes . Le schéma de droite montre la configuration de l'instrument.
L'arc de 45° de l'instrument (PQ), était gradué avec 90 divisions d'un demi-degré chacune. Chacune de ces divisions a été subdivisée en 60 parties et chaque partie divisée en sixièmes. Il en résulte que l'arc est marqué en degrés, minutes et sixièmes de minute (10 secondes). Ainsi, l'instrument pourrait avoir des lectures interpolées à 5 secondes d'arc. Cette finesse de graduation n'est possible qu'en raison de la grande taille de l'instrument - le seul télescope de visée mesurait trois à quatre pieds de long.
Un télescope de visée (AB), de trois ou quatre pieds de long, était monté le long d'un côté de l'instrument. Un miroir d'horizon était fixé à un angle de 45° devant l' objectif du télescope (G). Ce miroir était suffisamment petit pour permettre à l'observateur de voir l'image dans le miroir d'un côté et de voir directement devant lui de l'autre. Le bras index (CD) tenait un miroir index (H), également à 45° par rapport au bord du bras index. Les côtés réfléchissants des deux miroirs se font nominalement face, de sorte que l'image vue dans le premier miroir est celle réfléchie par le second.
Avec les deux miroirs parallèles, l'index indique 0°. La vue à travers le télescope voit directement devant vous d'un côté et la vue du miroir G voit la même image réfléchie par le miroir H (voir le dessin détaillé à droite). Lorsque le bras d'indexation est déplacé de zéro à une valeur élevée, le miroir d'indexation reflète une image qui est dans une direction éloignée de la ligne de visée directe. Au fur et à mesure que le mouvement du bras index augmente, la ligne de visée du miroir index se déplace vers S (vers la droite sur l'image détaillée). Cela montre une légère lacune avec cet arrangement de miroir. Le miroir d'horizon bloquera la vue du miroir d'index à des angles approchant 90 °.
La longueur du télescope de visée semble remarquable, étant donné la petite taille des télescopes des instruments modernes. C'était probablement le choix de Newton d'un moyen de réduire les aberrations chromatiques . Les télescopes à courte focale , avant le développement des lentilles achromatiques , produisaient un degré d'aberration inacceptable, à tel point qu'il pouvait affecter la perception de la position d'une étoile. Longueurs focales étaient la solution, et ce télescope aurait probablement eu à la fois une longueur focale à long objectif et une longueur de longue focale oculaire . Cela réduirait les aberrations sans grossissement excessif.
Les inventeurs de l'octant
Deux hommes développèrent indépendamment l'octant vers 1730 : John Hadley (1682-1744), un mathématicien anglais, et Thomas Godfrey (1704-1749), un vitrier à Philadelphie . Alors que les deux ont un droit légitime et égal à l'invention, Hadley obtient généralement la plus grande part du crédit. Cela reflète le rôle central que Londres et la Royal Society ont joué dans l'histoire des instruments scientifiques au XVIIIe siècle.
Deux autres créateurs d'octants au cours de cette période sont Caleb Smith, un courtier d'assurance anglais très intéressé par l'astronomie (en 1734) et Jean-Paul Fouchy, professeur de mathématiques et astronome en France (en 1732).
Les versions de Hadley
Hadley a produit deux versions du quadrant réfléchissant. Seul le second est bien connu et est l'octant familier.
Quadrant réfléchissant de Hadley
Le premier quadrant réfléchissant de Hadley était un appareil simple avec un cadre couvrant un arc de 45°. Dans l'image de droite, tirée de l'article de Hadley dans les Philosophical Transactions of the Royal Society, vous pouvez voir la nature de sa conception. Un petit télescope de visée était monté sur le cadre le long d'un côté. Un grand miroir d'index a été monté au point de rotation du bras d'index. Un deuxième miroir d'horizon plus petit était monté sur le cadre dans la ligne de mire du télescope. Le miroir d'horizon permet à l'observateur de voir l'image du miroir d'index dans une moitié de la vue et de voir un objet éloigné dans l'autre moitié. Un abat-jour était monté au sommet de l'instrument pour permettre d'observer un objet brillant. L'ombre pivote pour lui permettre de s'écarter des observations stellaires.
En observant à travers le télescope, le navigateur apercevrait un objet directement devant lui. Le deuxième objet serait vu par réflexion dans le miroir d'horizon. La lumière dans le miroir d'horizon est réfléchie par le miroir d'index. En déplaçant le bras d'indexation, le miroir d'indexation peut révéler n'importe quel objet jusqu'à 90 ° de la ligne de visée directe. Lorsque les deux objets sont dans la même vue, leur alignement permet au navigateur de mesurer la distance angulaire entre eux.
Très peu de conceptions originales de quadrants réfléchissants ont été produites. L'un, construit par Baradelle, fait partie des collections du Musée de la Marine , Paris.
L'octant de Hadley
La deuxième conception de Hadley avait la forme familière aux navigateurs modernes. L'image à droite, également tirée de sa publication de la Royal Society, montre les détails.
Il a placé un miroir d'index sur le bras d'index. Deux miroirs horizontaux étaient fournis. Le miroir supérieur, dans la ligne du télescope de visée, était suffisamment petit pour permettre au télescope de voir directement devant lui ainsi que de voir la vue réfléchie. La vue réfléchie était celle de la lumière du miroir d'index. Comme dans l'instrument précédent, la disposition des miroirs permettait à l'observateur de voir simultanément un objet droit devant lui et d'en voir un réfléchi dans le miroir d'indexation vers le miroir d'horizon puis dans le télescope. Le déplacement du bras index a permis au navigateur de voir n'importe quel objet à moins de 90° de la vue directe.
La différence significative avec cette conception était que les miroirs permettaient de tenir l'instrument verticalement plutôt qu'horizontalement et offraient plus de place pour configurer les miroirs sans souffrir d'interférences mutuelles.
Le deuxième miroir d'horizon était une innovation intéressante. Le télescope était amovible. Il pourrait être remonté de sorte que le télescope puisse voir le deuxième miroir d'horizon du côté opposé du cadre. En montant les deux miroirs d'horizon à angle droit l'un par rapport à l'autre et en permettant le mouvement du télescope, le navigateur pouvait mesurer des angles de 0 à 90° avec un miroir d'horizon et de 90° à 180° avec l'autre. Cela a rendu l'instrument très polyvalent. Pour des raisons inconnues, cette fonctionnalité n'a pas été implémentée sur les octants d'usage général.
En comparant cet instrument à la photo d'un octant typique en haut de l'article, on peut voir que les seules différences significatives dans le design plus moderne sont :
- L'emplacement du miroir d'horizon et du télescope ou de la pinnule de visée est plus bas.
- Le contreventement interne du cadre est plus central et robuste.
- La position des abat-jour du miroir d'indexation se situe sur le trajet entre les miroirs d'index et d'horizon plutôt qu'au sommet de l'instrument.
- Plusieurs nuances sont utilisées pour permettre différents niveaux d'ombrage.
- Des ombres séparées sont prévues sur le miroir d'horizon pour viser une position basse du soleil avec un horizon très lumineux.
- Le deuxième miroir d'horizon et l' alidade qui l' accompagne ne sont pas fournis.
Astroscope de Smith
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Caleb Smith , un courtier d'assurance anglais très intéressé par l'astronomie, avait créé un octant en 1734. Il l'appelait Astroscope ou Sea-Quadrant . Il a utilisé un prisme fixe en plus d'un miroir d'indexation pour fournir des éléments réfléchissants. Les prismes offrent des avantages par rapport aux miroirs à une époque où les miroirs en métal spéculum poli étaient inférieurs et l' argenture d'un miroir et la production de verre avec des surfaces planes et parallèles étaient difficiles.
Dans le dessin de droite, l'élément d'horizon (B) pourrait être un miroir ou un prisme. Sur le bras index, le miroir index (A) tournait avec le bras. Un télescope de visée était monté sur le châssis (C). L'index n'a pas utilisé de vernier ou autre dispositif à l'échelle (D). Smith a appelé le bras d'index de l'instrument une étiquette , à la manière d'Elton pour le quadrant de son marin .
Divers éléments de conception de l'instrument de Smith l'ont rendu inférieur à l'octant de Hadley et il n'a pas été utilisé de manière significative. Par exemple, un problème avec l'astroscope était cet angle de la ligne de mire de l'observateur. En regardant vers le bas, il avait plus de difficulté à observer qu'une orientation avec la tête dans une orientation normale.
Avantages de l'octant
L'octant offrait un certain nombre d'avantages par rapport aux instruments précédents.
La vue était facile à aligner car l'horizon et l'étoile semblent se déplacer ensemble lorsque le navire tangue et roule. Cela a également créé une situation où l'erreur d'observation dépendait moins de l'observateur, car il pouvait voir directement les deux objets à la fois.
Avec l'utilisation des techniques de fabrication disponibles au 18ème siècle, les instruments étaient capables de lire très précisément. La taille des instruments a été réduite sans perte de précision. Un octant pourrait être la moitié de la taille d'un quadrant Davis sans augmentation de l'erreur.
En utilisant des ombres sur les chemins lumineux, on pouvait observer le soleil directement, tandis que déplacer les ombres hors du chemin lumineux permettait au navigateur d'observer les étoiles faibles. Cela a rendu l'instrument utilisable de nuit comme de jour.
En 1780, l'octant et le sextant avaient presque complètement remplacé tous les instruments de navigation précédents.
Fabrication de l'octant
Les premiers octants étaient principalement construits en bois, les versions ultérieures incorporant des composants en ivoire et en laiton. Les premiers miroirs étaient en métal poli, car la technologie pour produire des miroirs en verre argenté avec des surfaces planes et parallèles était limitée. À mesure que les techniques de polissage du verre s'amélioraient, des miroirs en verre ont commencé à être fournis. Ceux-ci utilisaient des revêtements d'amalgame d'étain contenant du mercure; les revêtements d'argent ou d'aluminium n'étaient disponibles qu'au XIXe siècle. La mauvaise qualité optique des premiers miroirs en métal spéculum poli signifiait que les viseurs télescopiques n'étaient pas pratiques. Pour cette raison, la plupart des premiers octants utilisaient plutôt une simple pinnule d' observation à l'œil nu .
Les premiers octants ont conservé certaines des caractéristiques communes aux backstaves , telles que les transversales sur l'échelle. Cependant, tels que gravés, ils ont montré que l'instrument avait une précision apparente de seulement deux minutes d'arc tandis que le backstaff semblait être précis à une minute. L'utilisation de l'échelle vernier a permis de lire l'échelle à une minute, améliorant ainsi la valeur marchande de l'instrument. Ceci et la facilité de fabrication des verniers par rapport aux transversaux, conduisent à l'adoption du vernier sur octants produit plus tard au 18ème siècle.
Les octants ont été produits en grand nombre. En bois et en ivoire, leur prix relativement bas par rapport à un sextant tout laiton en fait un instrument populaire. La conception a été standardisée avec de nombreux fabricants utilisant le même style de cadre et des composants. Différents ateliers pouvaient fabriquer différents composants, avec des menuisiers spécialisés dans les cadres et d'autres dans les composants en laiton. Par exemple, Spencer, Browning and Rust, un fabricant d'instruments scientifiques en Angleterre de 1787 à 1840 (fonctionnant sous le nom de Spencer, Browning and Co. après 1840) a utilisé un diviseur Ramsden pour produire des échelles graduées en ivoire. Ceux-ci étaient largement utilisés par d'autres et les initiales SBR pouvaient être trouvées sur les octants de nombreux autres fabricants.
Des exemples de ces octants très similaires sont dans les photos de cet article. L'image en haut est essentiellement le même instrument que celui des photos de détail. Cependant, ils proviennent de deux fabricants d'instruments différents - la tige est étiquetée Crichton - London, vendue par J Berry Aberdeen tandis que les images détaillées sont celles d'un instrument de Spencer, Browning & Co. London . La seule différence évidente est la présence de nuances d'horizon sur l'octant de Crichton qui ne le sont pas sur l'autre.
Ces octants étaient disponibles avec de nombreuses options. Un octant de base avec des graduations directement sur la charpente en bois était le moins cher. Ceux-ci ont renoncé à une lunette de visée, utilisant à la place une pinule de visée à un ou deux trous. Des écailles d'ivoire augmenteraient le prix, de même que l'utilisation d'un index en laiton ou d'un vernier.
La disparition de l'octant
En 1767, la première édition de l'Almanach nautique tabulait les distances lunaires , permettant aux navigateurs de trouver l'heure actuelle à partir de l'angle entre le soleil et la lune. Cet angle est parfois supérieur à 90°, et donc impossible à mesurer avec un octant. Pour cette raison, l' amiral John Campbell , qui a mené des expériences à bord d'un navire avec la méthode de la distance lunaire, a suggéré un instrument plus grand et le sextant a été développé.
À partir de cette époque, le sextant est l'instrument qui connaît un développement et des améliorations importants et est l'instrument de choix des navigateurs navals. L'octant a continué à être produit jusqu'au XIXe siècle, bien qu'il s'agisse généralement d'un instrument moins précis et moins cher. Le prix inférieur de l'octant, y compris les versions sans télescope, en fait un instrument pratique pour les navires des flottes marchandes et de pêche.
Une pratique courante chez les navigateurs jusqu'à la fin du XIXe siècle était d'utiliser à la fois un sextant et un octant. Le sextant a été utilisé avec beaucoup de précautions et uniquement pour les lunaires , tandis que l'octant a été utilisé pour les mesures de routine de l'altitude méridienne du soleil chaque jour. Cela a protégé le sextant très précis et plus cher, tout en utilisant l'octant plus abordable où il fonctionne bien.
octant bulle
Du début des années 1930 à la fin des années 1950, plusieurs types d' instruments à bulle d'octant civils et militaires ont été produits pour être utilisés à bord d'avions. Tous étaient équipés d'un horizon artificiel en forme de bulle, qui était centré pour aligner l'horizon d'un navigateur volant à des milliers de pieds au-dessus de la terre ; certains avaient des fonctions d'enregistrement.
Utilisation et réglage
L'utilisation et le réglage de l'octant sont essentiellement identiques au sextant du navigateur .
Autres instruments réfléchissants
Hadley n'était pas le premier quadrant réfléchissant. Robert Hooke a inventé un quadrant réfléchissant en 1684 et avait écrit sur le concept dès 1666. Hooke était un instrument à réflexion unique. D'autres octants ont été développés par Jean-Paul Fouchy et Caleb Smith au début des années 1730, mais ils ne sont pas devenus significatifs dans l'histoire des instruments de navigation.
Voir également
Les références
Liens externes
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