Come il quadrante Davis, il sestante permette di misurare gli oggetti celesti rispetto all’orizzonte, piuttosto che rispetto allo strumento. Questo permette una precisione eccellente. Inoltre, a differenza del pentagramma, il sestante permette l’osservazione diretta delle stelle. Questo permette l’uso del sestante di notte, quando un bastone posteriore è difficile da usare. Per le osservazioni solari, i filtri permettono l’osservazione diretta del sole.
Poiché la misura è relativa all’orizzonte, il puntatore di misura è un fascio di luce che arriva all’orizzonte. La misura è quindi limitata dalla precisione angolare dello strumento e non dall’errore del seno della lunghezza di un’alidada, come è in un astrolabio marinaresco o in uno strumento simile più vecchio.
Un sestante non richiede una mira completamente stabile, perché misura un angolo relativo. Per esempio, quando un sestante viene usato su una nave in movimento, l’immagine dell’orizzonte e dell’oggetto celeste si muoverà nel campo visivo. Tuttavia, la posizione relativa delle due immagini rimarrà costante, e finché l’utente può determinare quando l’oggetto celeste tocca l’orizzonte, la precisione della misurazione rimarrà elevata rispetto alla grandezza del movimento.
Il sestante non dipende dall’elettricità (a differenza di molte forme di navigazione moderna) o da qualsiasi cosa che dipenda da segnali controllati dall’uomo (come i satelliti GPS). Per queste ragioni è considerato uno strumento di navigazione di riserva eminentemente pratico per le navi.
DesignEdit
La struttura di un sestante ha la forma di un settore che è circa 1⁄6 di un cerchio (60°), da cui il suo nome (sextāns, -antis è la parola latina per “un sesto”). Strumenti più piccoli e più grandi sono (o erano) in uso: l’ottante, il quintante (o pentante) e il quadrante (doppiamente riflettente) coprono settori di circa 1⁄8 di cerchio (45°), 1⁄5 di cerchio (72°) e 1⁄4 di cerchio (90°), rispettivamente. Tutti questi strumenti possono essere definiti “sestanti”.
Allegato al telaio ci sono lo “specchio d’orizzonte”, un braccio di indice che muove lo specchio di indice, un telescopio di puntamento, occhiali da sole, una scala graduata e un calibro micrometrico a tamburo per misurazioni accurate. La scala deve essere graduata in modo che le divisioni di grado segnate registrino il doppio dell’angolo attraverso il quale gira il braccio dell’indice. Le scale dell’ottante, del sestante, del quintante e del quadrante sono graduate da sotto zero a 90°, 120°, 140° e 180° rispettivamente. Per esempio, il sestante mostrato a fianco ha una scala graduata da -10° a 142°, quindi è fondamentalmente un quintante: la cornice è un settore di un cerchio che sottende un angolo di 76° (non 72°) al perno del braccio dell’indice.
La necessità della lettura doppia della scala segue dalla considerazione delle relazioni del raggio fisso (tra gli specchi), il raggio oggetto (dall’oggetto avvistato) e la direzione della normale perpendicolare allo specchio indice. Quando il braccio dell’indice si muove di un angolo, diciamo 20°, anche l’angolo tra il raggio fisso e la normale aumenta di 20°. Ma l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione, quindi anche l’angolo tra il raggio oggetto e la normale deve aumentare di 20°. L’angolo tra la semiretta fissa e la semiretta oggetto deve quindi aumentare di 40°. Questo è il caso mostrato nel grafico a fianco.
Ci sono due tipi di specchi d’orizzonte sul mercato oggi. Entrambi i tipi danno buoni risultati.
I sestanti tradizionali hanno un mezzo specchio d’orizzonte, che divide il campo visivo in due. Da un lato, c’è la vista dell’orizzonte; dall’altro lato, la vista dell’oggetto celeste. Il vantaggio di questo tipo è che sia l’orizzonte che l’oggetto celeste sono luminosi e il più chiaro possibile. Questo è superiore di notte e nella foschia, quando l’orizzonte e/o una stella da avvistare possono essere difficili da vedere. Tuttavia, si deve spazzare l’oggetto celeste per assicurarsi che l’arto più basso dell’oggetto celeste tocchi l’orizzonte.
I sestanti a orizzonte intero utilizzano uno specchio dell’orizzonte semi-argentato per fornire una visione completa dell’orizzonte. Questo rende facile vedere quando l’arto inferiore di un oggetto celeste tocca l’orizzonte. Dal momento che la maggior parte degli avvistamenti sono del sole o della luna, e la foschia è rara senza nuvole, i vantaggi in condizioni di scarsa luminosità dello specchio semi-orizzontale sono raramente importanti nella pratica.
In entrambi i tipi, specchi più grandi danno un campo visivo più ampio, e quindi rendono più facile trovare un oggetto celeste. I sestanti moderni hanno spesso specchi di 5 cm o più grandi, mentre quelli del XIX secolo raramente avevano uno specchio più grande di 2,5 cm (un pollice). In gran parte, questo è dovuto al fatto che gli specchi piatti di precisione sono diventati meno costosi da produrre e da argentare.
Un orizzonte artificiale è utile quando l’orizzonte è invisibile, come accade nella nebbia, nelle notti senza luna, in una calma, quando si osserva attraverso una finestra o su un terreno circondato da alberi o edifici. Ci sono due disegni comuni di orizzonte artificiale. Un orizzonte artificiale può consistere semplicemente in una pozza d’acqua schermata dal vento, permettendo all’utente di misurare la distanza tra il corpo e il suo riflesso, e dividere per due. Un altro design consente il montaggio di un tubo pieno di fluido con bolla direttamente al sestante.
La maggior parte dei sestanti hanno anche dei filtri da utilizzare per la visualizzazione del sole e per ridurre gli effetti della foschia. I filtri di solito consistono in una serie di vetri progressivamente più scuri che possono essere utilizzati singolarmente o in combinazione per ridurre la foschia e la luminosità del sole. Tuttavia, sono stati prodotti anche sestanti con filtri polarizzatori regolabili, dove il grado di oscurità viene regolato ruotando il telaio del filtro.
La maggior parte dei sestanti monta un monocolo a 1 o 3 potenze per la visione. Molti utenti preferiscono un semplice tubo di mira, che ha un campo visivo più ampio e luminoso ed è più facile da usare di notte. Alcuni navigatori montano un monocolo amplificatore di luce per aiutare a vedere l’orizzonte nelle notti senza luna. Altri preferiscono usare un orizzonte artificiale illuminato.
I sestanti professionali usano una misura di grado a scatto e una regolazione a vite che legge al minuto, 1/60 di grado. La maggior parte dei sestanti include anche un verniero sul quadrante della vite senza fine che legge a 0,1 minuti. Poiché 1 minuto di errore è circa un miglio nautico, la migliore precisione possibile della navigazione celeste è di circa 0,1 miglia nautiche (200 m). In mare, i risultati entro diverse miglia nautiche, ben entro il raggio visivo, sono accettabili. Un navigatore molto abile ed esperto può determinare la posizione con una precisione di circa 0,25 miglia nautiche (460 m).
Un cambiamento di temperatura può deformare l’arco, creando imprecisioni. Molti navigatori acquistano custodie resistenti alle intemperie in modo che il loro sestante possa essere collocato all’esterno della cabina per equilibrarsi con le temperature esterne. Le strutture standard del telaio (vedi illustrazione) dovrebbero compensare l’errore angolare differenziale dovuto alle variazioni di temperatura. L’impugnatura è separata dall’arco e dal telaio in modo che il calore del corpo non deformi il telaio. I sestanti per uso tropicale sono spesso dipinti di bianco per riflettere la luce del sole e rimanere relativamente freschi. I sestanti di alta precisione hanno un telaio e un arco in invar (uno speciale acciaio a bassa espansione). Alcuni sestanti scientifici sono stati costruiti in quarzo o ceramica con espansioni ancora più basse. Molti sestanti commerciali usano ottone o alluminio a bassa espansione. L’ottone è a bassa espansione rispetto all’alluminio, ma i sestanti in alluminio sono più leggeri e meno faticosi da usare. Alcuni dicono che sono più precisi perché la mano trema meno. I sestanti con telaio in ottone massiccio sono meno suscettibili di oscillare in caso di vento forte o quando la nave lavora con mare grosso, ma come già detto sono sostanzialmente più pesanti. Sono stati prodotti anche sestanti con telaio in alluminio e archi in ottone. Essenzialmente, un sestante è intensamente personale per ogni navigatore, ed egli sceglierà qualsiasi modello che abbia le caratteristiche che gli si addicono meglio.
I sestanti per aerei sono ora fuori produzione, ma avevano caratteristiche speciali. La maggior parte aveva orizzonti artificiali per permettere di prendere la mira attraverso un finestrino a filo della testa. Alcuni avevano anche mediatori meccanici per fare centinaia di misurazioni per vista per compensare le accelerazioni casuali nel fluido dell’orizzonte artificiale. I sestanti per aerei più vecchi avevano due percorsi visivi, uno standard e l’altro progettato per l’uso in aerei a cabina aperta che permetteva di vedere direttamente sopra il sestante in grembo. I sestanti per aerei più moderni erano periscopici con solo una piccola proiezione sopra la fusoliera. Con questi, il navigatore precomputava la loro vista e poi notava la differenza tra l’altezza osservata e quella prevista del corpo per determinare la loro posizione.
Prendere una vistaModifica
Una vista (o misura) dell’angolo tra il sole, una stella, o un pianeta, e l’orizzonte viene fatta con il ‘telescopio stellare’ montato sul sestante usando un orizzonte visibile. Su una nave in mare, anche nei giorni di nebbia, una vista può essere fatta da un’altezza bassa sopra l’acqua per dare un orizzonte più definito e migliore. I navigatori tengono il sestante per l’impugnatura con la mano destra, evitando di toccare l’arco con le dita.
Per una vista del sole, si usa un filtro per ovviare all’abbagliamento come i “paralumi” che coprono sia lo specchio indice che lo specchio dell’orizzonte, progettati per evitare danni agli occhi. Impostando la barra di indice a zero, il sole può essere visto attraverso il telescopio. Rilasciando la barra di indice (sia rilasciando una vite di bloccaggio, o su strumenti moderni, utilizzando il pulsante di rilascio rapido), l’immagine del sole può essere portato fino a circa il livello dell’orizzonte. È necessario ribaltare il paralume dello specchio dell’orizzonte per essere in grado di vedere l’orizzonte, e poi si gira la vite di regolazione fine all’estremità della barra di indice fino a quando la curva inferiore (l’arto inferiore) del sole tocca appena l’orizzonte. “Facendo oscillare il sestante intorno all’asse del telescopio si assicura che la lettura venga effettuata con lo strumento in posizione verticale. L’angolo del mirino viene quindi letto dalla scala sull’arco, facendo uso del micrometro o della scala verniero fornita. Un metodo alternativo è quello di stimare l’attuale altitudine (angolo) del sole dalle tabelle di navigazione, quindi impostare la barra di indice su quell’angolo sull’arco, applicare le ombre adatte solo allo specchio di indice, e puntare lo strumento direttamente all’orizzonte, facendolo oscillare da un lato all’altro fino a quando un lampo dei raggi del sole è visto nel telescopio. Le regolazioni fini sono poi fatte come sopra. Questo metodo ha meno probabilità di successo per l’avvistamento di stelle e pianeti.
L’avvistamento di stelle e pianeti si fa normalmente durante il crepuscolo nautico all’alba o al tramonto, mentre sia i corpi celesti che l’orizzonte del mare sono visibili. Non c’è bisogno di usare sfumature o di distinguere l’arto inferiore, poiché il corpo appare come un semplice punto nel telescopio. La luna può essere avvistata, ma sembra muoversi molto velocemente, sembra avere dimensioni diverse in momenti diversi, e a volte solo l’arto inferiore o superiore può essere distinto a causa della sua fase.
Dopo che una vista è stata presa, viene ridotta a una posizione guardando diverse procedure matematiche. La riduzione di vista più semplice è quella di disegnare il cerchio di uguale altitudine dell’oggetto celeste avvistato su un globo. L’intersezione di questo cerchio con una traccia di dead-reckoning, o un altro avvistamento, dà una posizione più precisa.
I sestanti possono essere usati molto accuratamente per misurare altri angoli visibili, per esempio tra un corpo celeste e un altro e tra punti di riferimento a terra. Usato orizzontalmente, un sestante può misurare l’angolo apparente tra due punti di riferimento come un faro e una guglia di una chiesa, che può poi essere usato per trovare la distanza al largo o in mare (purché la distanza tra i due punti di riferimento sia nota). Usato verticalmente, una misura dell’angolo tra la lanterna di un faro di altezza nota e il livello del mare alla sua base può anche essere usato per la distanza fuori.
RegolazioneModifica
A causa della sensibilità dello strumento è facile battere gli specchi fuori regolazione. Per questo motivo un sestante dovrebbe essere controllato frequentemente per gli errori e regolato di conseguenza.
Ci sono quattro errori che possono essere regolati dal navigatore, e dovrebbero essere rimossi nel seguente ordine.
Errore di perpendicolarità Questo è quando lo specchio indice non è perpendicolare alla cornice del sestante. Per verificarlo, posizionate il braccio dell’indice a circa 60° sull’arco e tenete il sestante in posizione orizzontale con l’arco lontano da voi alla lunghezza del braccio e guardate nello specchio indice. L’arco del sestante dovrebbe sembrare continuare senza interruzioni nello specchio. Se c’è un errore, allora le due viste appariranno interrotte. Regolare lo specchio fino a quando il riflesso e la vista diretta dell’arco sembrano essere continui. Errore laterale Si verifica quando il vetro/specchio dell’orizzonte non è perpendicolare al piano dello strumento. Per verificarlo, prima azzerate il braccio dell’indice e poi osservate una stella attraverso il sestante. Poi ruotate la vite tangente avanti e indietro in modo che l’immagine riflessa passi alternativamente sopra e sotto la vista diretta. Se nel passare da una posizione all’altra, l’immagine riflessa passa direttamente sopra l’immagine non riflessa, non esiste alcun errore laterale. Se passa da un lato, c’è un errore laterale. L’utente può tenere il sestante su un lato e osservare l’orizzonte per controllare il sestante durante il giorno. Se ci sono due orizzonti c’è un errore laterale; regolare il vetro/specchio dell’orizzonte fino a quando le stelle si fondono in una sola immagine o gli orizzonti si fondono in uno solo. L’errore laterale è generalmente irrilevante per le osservazioni e può essere ignorato o ridotto a un livello che è semplicemente scomodo. Errore di collimazione Questo è quando il telescopio o il monoculare non è parallelo al piano del sestante. Per verificarlo è necessario osservare due stelle distanti 90° o più. Portate le due stelle in coincidenza a sinistra o a destra del campo visivo. Muovete leggermente il sestante in modo che le stelle si spostino dall’altra parte del campo visivo. Se si separano c’è un errore di collimazione. Poiché i sestanti moderni utilizzano raramente telescopi regolabili, non hanno bisogno di essere corretti per l’errore di collimazione. Errore di indice Si verifica quando gli specchi dell’indice e dell’orizzonte non sono paralleli tra loro quando il braccio dell’indice è impostato su zero. Per testare l’errore dell’indice, azzerate il braccio dell’indice e osservate l’orizzonte. Se l’immagine riflessa e quella diretta dell’orizzonte sono in linea, non c’è errore di indice. Se una è sopra l’altra, regolare lo specchio indice fino a quando i due orizzonti si fondono. Questo può essere fatto di notte con una stella o con la luna.
Addestramento moderno della Marina
Dopo un interregno di 15 anni, la Marina degli Stati Uniti ha ricominciato l’addestramento al sestante come dispositivo di navigazione di riserva, secondo le istruzioni del 30° Capo delle Operazioni Navali, in quanto non dipende dai sistemi elettrici.