航海学讲义之天体高度的测定

航海六分仪

一、航海六分仪(Marine Sextant)

1．结构

由架体、测角读数装置和光学系统三大部分组成。

测角读数装置：刻度弧、指标杆、小鼓轮和小游标

光学系统主要有定镜、动镜、望远镜和滤光片。

刻度弧(Arc)：主弧0︒～130︒，用于读取物标夹角的正角读数

余弧从 0︒～-5︒，是负角度数，用于六分仪误差的测定

指标杆(Index bar)：以刻度弧中心为转轴，末端装有度数指标且可沿刻度弧移动的杆状半径。

望远镜(Telescope)：用于放大物标的单筒正影望远镜。

动镜(Index Mirror)：物标镜，位于刻度弧的中心。

定镜(Horizontal Glass)：地平镜，镜面一半可透视，一半可反射，位于望远镜的光轴上且与光轴成75︒的固定角度。

弹簧夹(Clip)：装在指标杆末端且随指标杆移动的止动夹。

小鼓轮(Drum)：小鼓轮与弹簧夹和小游标装在一起。

小游标尺(Vernier)：装在小鼓轮右边的一条短尺，用来读取测角的小数分。小游标尺共分 5格，每格为0.′2。

2． 测角读数

（1）小游标设计原理：

小游标尺上n 个格等于小鼓轮上( n －1)个格的宽度：

n

K n k )1(-= 小鼓轮上1格刻度与小游标尺上1格刻度的差值

n

K k K =- K －k 的数值是小游标尺的最小刻度，称为六分仪的最小读数。

国产六分仪的最小读数是 0′.2。

（2）六分仪的测角读数

①正角读法

整度：在刻度弧；

整分：小鼓轮

小数：小游标尺

②负角读法

实际读数是：-(60′- 小鼓轮读数)

（3）测角原理

h ＝2ω

ω是动镜平面与定镜平面的夹角。当测者看到天体的反射影像与水天线相切时，天体高度h 就等于动镜平面与定镜平面夹角ω的两倍。

2.六分仪误差的检查和校正

动镜平面与定镜平面平行时，指标杆应指在刻度弧的0︒处；通过动镜、定镜的入射光线和反射光线要与刻度弧平面平行，而且，两镜面要与刻度弧平面互相垂直；指标杆的转轴应位于刻度弧的中心和各镜片前、后两面都要互相平行，等等。

（1）永久性误差

① 不可校正误差:

偏心差(Eccentric Error)：指标杆转轴不位于刻度弧中心而引起的测角误差； 棱性差( Prismatic Error ，Optional Error):各种镜片前、后镜面不平行而引起的测角误差

刻度差(Divide Error,worm and rack error):各种刻度尺分划不准确而引起的误差。

②器差(Instrument Error， S)

不可校正误对测角读数的综合影响误差，称为器差。

器差S的大小直接影响六分仪的产品质量：当 S＜40″时，六分仪为一级产品；当40″＜S＜2.′0时，六分仪为二级产品；当 S＞ 2.′0时，航海上不能用来测天。

六分仪在出厂前，由厂家负责对器差的测定，测定表列入六分仪证书，并附一份贴在每一架六分仪的箱盖内，以方便测者在观测物标夹角时进行器差改正使用。

（2）可改正误差

顺序：先动镜误差，再定镜误差，最后测定和缩小指标差。

①垂直差(Perpendicular Error)或动镜误差

原因：动镜平面不垂直于刻度弧平面时所引起的测角误差；这些误差检查、校正的

检查方法：把指标杆放在刻度弧35︒左右，右手平拿六分仪，或平放在桌面上，刻度弧朝外，眼睛从动镜的右前方望去，同时可看到动镜里、外的两段刻度弧。如动镜里的反射影像与动镜外的直射影像相衔接成一体时，表明动镜平面与六分仪刻度弧平面相垂直，无需进行垂直差的校正；如刻度弧的直射影像与反射影像不衔接而是错开，则动镜平面不垂直于刻度弧平面，有垂直差。

校正方法：用专用小扳手慢慢地转动动镜背面的校正小螺帽，直到动镜里、外两段的刻度弧影像相衔接为止。

②定镜差或边差( Side Error)

原因：定镜平面不垂直于刻度弧平面时所引起的测角误差

检查方法：右手正握六分仪，将指标杆放在刻度弧的 0︒附近，调整好望远镜的焦距，对准一个天体进行观察(最好利用二等星体，白天可利用太阳)，在定镜中可以看到天体的直射影像和反射影像。慢慢的转动小鼓轮，使天体的反射影像上下移动，当在直射影像的水平位置时，两影像完全重合，表示定镜无有误差，镜面与刻度弧平面垂直；当两影像在左右水平位置上不重合时，则定镜镜面不垂直于刻度弧平面，有边差。

校正方法：用专用小扳手慢慢地转动定镜背面离架体较远的校正小螺帽，直到定镜里的两影像完全重合为止。

③指标差(Index Error)

原因：当两镜面平行时而指标杆不指在刻度弧0︒上的测角误差。

一般情况下，在六分仪每次使用之前都要先进行指标差的测定，测定方法通常有三种：

a 利用水天线测定指标差

先将六分仪的指标杆放在刻度弧的0︒上，竖握六分仪对准水天线，从定镜的视野中，可以看到水天线的直射影像和反射影像。当两影像衔接在一起成一条直线时，说明该六分仪没有指标差；当水天线的两影像错开不衔接时，说明该六分仪需测定指标差。

测定方法：慢慢地转动小鼓轮，使水天线的两影像成一条直线，读取六分仪的测角读数( m)，指标差i＝0︒-m

b 利用星体测定指标差

观测星体高度时，可以利用星体测定指标差，但一般情况下不要选择太亮的星体。测定时先把指标杆放在刻度弧的0︒上，对准一星体， 在定镜的视野中可以看到该天体的直射影像和反射影像。当两影像重合时，六分仪没有指标差；当上、下两影像不重合时，说明该六分仪有指标差。转动小鼓轮使两影像重合，读取测角读数，求得指标差 i 。

c 利用太阳测定指标差

测定方法：选用适当的滤光片,，把六分仪的指标杆先放到刻度弧 0︒上，对准太阳，在定镜的视野中可看到太阳的直射影像和反射影像。慢慢地转动小鼓轮，使太阳的上边缘与反射影像相切，读取测角读数(m 1)(指标杆向余弧方向移动，直接从小鼓轮上读取的读数，要从60′中减去此值为m 1)；然后，再使太阳的下边缘与太阳的反射影像相切，读取测角读数(m 2)

2

0021m m m i +-=-= 利用太阳测定指标差的优点：可以检查观测的质量。

4

m -m =R 12⊙，R ⊙──观测太阳半径值。 观测的太阳半径(R ⊙)可与《航海天文历》中列出的

当天太阳半径相比较：如果太阳观测半径与当日半径相

差只要小于0.′2时，就说明指标差可靠。否则，不可

使用。

例：1996年 9月22日，利用太阳测定指标差，测

得太阳上切读数m1＝－33.＇8，测得太阳下切读数m2

＝＋30.＇4，由《航海天文历》查得当天半径为16.＇0，

求六分仪的指标差，并检查其观测质量。

解：