奇妙的四分仪(如何制作简易的四分仪)

时间:2023-12-11 13:19:01

你在前一章中制作完成的高度计不仅仅可以用于确定高度,在这一节中,我们将要用它来制作一个新的装置。这个装置可以用来确定纬度,让你知道你是处于赤道北部还是南部。这个神奇的装置,我们叫它四分仪,也被称为六分仪或星盘。

你如何通过观察星星来确定自己的位置?就像你使用高度计通过吸管观察物体并测量仪器上的读数一样,你可以通过观察北极星或极星并读取不同的仪表值来确定高度角(赤纬角)。通过测量北极星的仰角,你可以确定你当前所处位置的纬度。

需要什么

▲高度计

▲量角器

▲胶带

奇妙的四分仪(如何制作简易的四分仪)

定义

纬度(北纬为正数,南纬为负数)是指过椭圆球面上某点作法线,该点法线与赤道平面的线面角,其数值在0到90度之间。位于赤道以此的点的纬度叫北纬,记为N;位于赤道以南的点的纬度称南纬,记为S。

纬线同经线一样是人类为度量方便而假设出来的辅助线,定义为地球表面某点随地球自转所形成的轨迹。任何一根纬线都是圆形而且两两平行。

纬度线之间的距离

如果将地球的周长(大约40076千米)除以360度,则每个纬度间的地球表面距离刚好超过111千米。在纬度为90度的北极,北极星在头顶上方。在纬度为0度的赤道上,北极星在0度高度的地平线上。在赤道和北极之间,它在地平线以上的角度是对地面纬度的直接测量。

在远古时代,当航海家离开本国港口时,会简单地测量北极星的高度,他们是采用本实验的方式来计算纬度的。在经过漫长的航行后返回,他只需适当的向北或向南航行,然后酌情左转或右转并“横跨纬度航行”,保持与北极星在一个恒定的角度就可以了。

海军的四分仪,是由木头或黄铜制成的四分之一圆圈,在1450年左右被广泛用于导航,然而它的使用记录至少可以追溯到1200年。使用你的四分仪来测量北极星的高度并计算你的纬度。

注意:量角器跨度为180度。有几个星星对导航很重要,但最著名的导航星是北极星和南十字星。北极星是大熊座星座的一部分,通常称为小北斗星。南十字星是由四颗星组成的星座,其中两颗指向地球南极。

怎么做

如图3-11所示,在高度计顶部中心附近打一个孔,将回形针放入其中。

奇妙的四分仪(如何制作简易的四分仪)

图3-11

然后,将量角器翻转倒置,使0位于左侧。将量角器贴到高度计的中心,使回形针指向90度,如图3-12所示。

奇妙的四分仪(如何制作简易的四分仪)

图3-12

你现在的纬度等于90度减去回形针上量角器指示的角度,如图3-13所示。在一个晴朗的夜晚,找到北斗七星(也称为大熊座星座)。小北斗星位于北斗七星的正上方。北斗七星的最右边的两颗星指向了小北斗的“手柄”上的一颗星星。

可以肯定的是那就是北极星。寻找小熊座右侧的仙后座星座。仙后座形成W形,位置最低的恒星也指向北极星。(北斗七星和仙后座一起“挡”住北极星)

如果你位于北极,北极星将直接在头顶正上方的夜空中。如果你利用四分仪直接看到它,回形针会摆动到0度标记。

如果你在赤道上用四分仪看北极星,它将出现在地平线上,并且量角器上的读数将是90度,因为回形针是垂直向下的。在北极星和赤道之间的中点处,量角器的回形针会显示45度。

已知洛杉矶处在北纬34°的位置上,所以当你通过吸管看到北极星的时候量角器会显示56°;90°-56°=34°。

奇妙的四分仪(如何制作简易的四分仪)

图3-13