航海必备神器——六分仪

『金蝉脱壳』电影中得到的灵感

六分仪（sextant）属于光学仪器范畴，是英国人在长期航海实践的基础上，利用天文学和测量学的原理，凭借先进的工业制造能力，于十八世纪完成的一项重要发明，标志着人类在认识海洋、征服海洋的过程中科学意识的不断完善，在科学史上具有一定地位。这种发明已久的航海仪器由于受外界人为因素干扰小、操作简单、可靠性强，因此具有长久的实用价值。即使在科学技术高度发达的现代航海实践中，仍然具有不可替代的作用，是世界上所有大中型舰船必须配置的装备。

一、六分仪的发明、原理、构造与使用方法

人类在从陆地走向海洋的过程中,首先要解决在茫茫大海中的定位问题,只有弄清楚自己在什么位置,才能知道怎么去到理想中的彼岸。在海上没有陆地和已知岛屿作为参考点时，只有天体是人们最好的参照物。虽然日月星辰等天体都在随时运行，但它们毕竟有运行规律可循，只要宇宙不爆炸，人们就可以根据自己相对天体的位置推算出自己在海上所在何处。当人类懂得了这个道理之后，就一直在寻求航海时通过观测天体确定自身位置的方法。

在六分仪出现以前人们曾使用过多种精度较低的测天工具。据史料记载，中国元代就使用过“量天尺”，明代使用过“牵星板”。阿拉伯人在十五世纪前后的数百年间使用过“拉线板”。欧洲人在十五世纪使用过四分仪和星盘，十六世纪使用过“十字杆”，十七世纪以后使用过“反测器”。这些发明无论出自哪个民族、哪个时期，都充分显示了人类航海先行者们的不懈探索与高度智慧。

人类进入工业文明时代以后，英国的 J.哈德利（John Hadley，1682—1744）于1730年发明了“双反射八分仪”，这种光学仪器因其刻度弧约为圆周的八分之一而得名。八分仪大大提高了观测精度，在航海史上具有划时代意义。后来为了便于观测月距,人们将刻度弧加长为圆周的六分之一,这就是“六分仪”。以后六分仪成了观测天体高度的航海仪器的通称。到了现代，刻度弧长约为圆周五分之一的观测天体高度的仪器，仍被称作“六分仪”。

航海六分仪是测量天体高度的手提式光学仪器，也可以用来测量地面两物标之间的夹角，为提高读数精度，实际的六分仪活动臂上还附有鼓轮和游标尺，使观测精度可达±0.1′～±0.2′。六分仪的基本结构是一个扇形框架，框架上装有活动臂和望远镜，活动臂最上端装有指标镜；正对望远镜装有半反射式地平镜，安装在六分仪的左侧中部，地平镜旁边还配有滤光片供测量太阳等明亮天体时使用。

六分仪测角原理

六分仪的测角原理基于平面镜反射定理，即光线的入射角等于反射角，目标星体光线连续经过两个平面反射，光线入射方向与最后反射方向的夹角，等于两镜夹角的2倍

即图上角1=角2，角3=角4，角HBA=角3+角4=2倍角3，角OAB=2倍角2

根据三角形外角等于不相邻的两个内角之和的定理，在三角形ABO中

角h=角HBA-角OAB=2倍角3-2倍角2=2倍w（ 角3为三角形的外角）

在海上用六分仪的望远镜看到天体反射影像与水天线H相切时，天体高度h等于定镜与动镜的夹角的2倍，即可直接从刻度弧上读出天体高度h的角度值

通过观测正午太阳高度（看太阳记得加滤镜）计算当地纬度是六分仪最简单的使用方式，当然也可以观察其它星体。

地理知识

当太阳直射点位置一定时，知道当地的正午太阳高度，就可以根据某地与太阳直射点相差多少纬度正午太阳高度就相差多少度的规律，求出当地纬度。

即：正午太阳高度=天体天顶距（90度）-当地地理纬度+-当天天体赤纬角（地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角，其实也就是太阳直射点的纬度），需要在天文历上查询得到。

观测者和太阳直射点都在同半球，就用“-”号；如果一个南半球一个北半球，就用“+”号

用公式就是：

a=观测者用六分仪观测的正午太阳高度角

b=当天的赤纬角

c=当前观测位置纬度

a = 90° -（ c ± b ）

这只是一个粗略的计算方式，忽略了太阳高度的年变化，纬度分布规律，六分仪本身的边差指标差，还有蒙气差，眼高差等未考虑。观测其它星体的计算公司打着太费劲，感兴趣自己找度娘或者观注我们的天体导航课程。

另，除了看太阳，还可看其他天体（只要有相应的天文历），如果恰巧在北半球，可以选择测量北极星，更方便！北极星的高度角，就可以直接看做是当地的纬度，连天文历都不用查。

六分仪测的是纬度，不是经度

经度的测量在航海钟出来以后，调好出发地的时间。比如在出发地，太阳上中天的时间是中午12点。而现在，才11点太阳就上中天了。这说明，你现在的位置在出发地的东边，时差早了1个小时，相当于经度相差15度，全球24时区，差一个小时就是360°乘1/24。

六分仪的主要原理是几何光学中的反射定律。测量天体的地平高度时，观测者手持六分仪，让望远镜镜筒保持水平，并从望远镜中观察被测天体经地平镜反射所成的像；同时要调节活动臂，使被测天体与望远镜中所见的地平线上重合。根据反射定律，此时该天体高度等于地平镜与指标镜夹角的二倍，六分仪圆弧标尺上的刻度显示的就是这一结果，这样观测者就可以直接读出天体高度。

必须说明，得出观测点的天体高度后，还需要配合使用“航海天文历”中提供的有关数据，再根据球面三角学中的定理，最终才能计算出观测点的地理坐标。因为六分仪设计原理可靠，轻便易用，所以它一经发明就能够迅速取代之前操作复杂的星盘，成为在海洋上测量地理坐标的利器，也彻底解决了“精确确定海上位置”这一曾经困扰历史上无数航海家的难题。

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