Como o quadrante Davis, o sextante permite a medição de objectos celestes em relação ao horizonte, em vez de em relação ao instrumento. Isto permite uma precisão excelente. Além disso, ao contrário do retroprojecto, o sextante permite observações directas de estrelas. Isto permite a utilização do sextante à noite, quando é difícil a utilização de um retroprojecto. Para observações solares, os filtros permitem a observação directa do sol.
Desde que a medição é relativa ao horizonte, o ponteiro de medição é um feixe de luz que chega até ao horizonte. A medição é assim limitada pela precisão angular do instrumento e não pelo erro senoidal do comprimento de uma alidade, como acontece no astrolábio de um marinheiro ou instrumento semelhante mais antigo.
Um sextante não requer uma mira completamente fixa, porque mede um ângulo relativo. Por exemplo, quando um sextante é utilizado num navio em movimento, a imagem tanto do horizonte como do objecto celestial deslocar-se-á no campo de visão. Contudo, a posição relativa das duas imagens permanecerá estável, e enquanto o utilizador puder determinar quando o objecto celeste toca o horizonte, a precisão da medição permanecerá elevada em comparação com a magnitude do movimento.
O sextante não depende de electricidade (ao contrário de muitas formas de navegação moderna) ou, para isso, de qualquer coisa dependente de sinais controlados pelo homem (tais como os satélites GPS). Por estas razões, é considerado um instrumento de navegação eminentemente prático para navios.
DesignEdit
O quadro de um sextante tem a forma de um sector que é aproximadamente 1⁄6 de um círculo (60°), daí o seu nome (sextāns, -antis é a palavra latina para “um sexto”). Tanto instrumentos menores como maiores estão (ou foram) em uso: o octante, quintante (ou pentante) e os sectores (duplamente reflectores) do quadrante de vão de aproximadamente 1⁄8 de um círculo (45°), 1⁄5 de um círculo (72°) e 1⁄4 de um círculo (90°), respectivamente. Todos estes instrumentos podem ser denominados “sextantes”.
Attached to the frame are the “horizon mirror”, um braço índice que move o espelho índice, um telescópio de visão, sombras solares, uma escala graduada e um medidor de tambor micrómetro para medições precisas. A escala deve ser graduada para que as divisões de graus marcados registem o dobro do ângulo pelo qual gira o braço indicador. As escalas do octante, sextante, quintante e quadrante são graduadas de abaixo de zero a 90°, 120°, 140° e 180° respectivamente. Por exemplo, o sextante mostrado ao lado tem uma escala graduada de -10° a 142°, pelo que é basicamente um quintante: a moldura é um sector de um círculo que subtrai um ângulo de 76° (não 72°) no pivô do braço índice.
A necessidade da leitura da escala dupla segue-se considerando as relações do raio fixo (entre os espelhos), o raio do objecto (do objecto avistado) e a direcção do normal perpendicular ao espelho índice. Quando o braço índice se move por um ângulo, digamos 20°, o ângulo entre o raio fixo e o normal também aumenta em 20°. Mas o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, pelo que o ângulo entre o raio do objecto e o normal deve também aumentar 20°. O ângulo entre o raio fixo e o raio do objecto deve, portanto, aumentar 40°. Este é o caso mostrado no gráfico ao lado.
Existem hoje dois tipos de espelhos de horizonte no mercado. Ambos os tipos dão bons resultados.
Os sextantes tradicionais têm um espelho meio-horizonte, que divide o campo de visão em dois. De um lado, há uma vista do horizonte; do outro, uma vista do objecto celestial. A vantagem deste tipo é que tanto o horizonte como o objecto celestial são brilhantes e tão claros quanto possível. Isto é superior à noite e na névoa, quando o horizonte e/ou uma estrela a ser avistada pode ser difícil de ver. No entanto, é necessário varrer o objecto celeste para garantir que o membro mais baixo do objecto celeste toque o horizonte.
Os sextantes de todo o horizonte usam um espelho de horizonte de meia-prata para proporcionar uma visão completa do horizonte. Isto facilita a visualização quando o membro inferior de um objecto celestial toca o horizonte. Uma vez que a maioria das vistas são do sol ou da lua, e a nebulosidade é rara sem nevoeiro, as vantagens de luz fraca do espelho de meio-horizonte são raramente importantes na prática.
Em ambos os tipos, espelhos maiores dão um campo de visão maior, e assim facilitam a procura de um objecto celeste. Os sextantes modernos têm frequentemente espelhos de 5 cm ou maiores, enquanto os sextantes do século XIX raramente tinham um espelho maior do que 2,5 cm. Em grande parte, isto deve-se ao facto de os espelhos planos de precisão terem crescido menos caros de fabricar e de prata.
Um horizonte artificial é útil quando o horizonte é invisível, como ocorre no nevoeiro, em noites sem lua, numa calma, quando se vê através de uma janela ou em terra rodeada por árvores ou edifícios. Há dois desenhos comuns de horizontes artificiais. Um horizonte artificial pode consistir simplesmente numa piscina de água protegida do vento, permitindo ao utilizador medir a distância entre o corpo e o seu reflexo, e dividir por dois. Outro desenho permite a montagem de um tubo cheio de fluido com bolha directamente para o sextante.
A maioria dos sextantes também tem filtros para utilizar ao ver o sol e reduzir os efeitos da névoa. Os filtros consistem geralmente numa série de vidros progressivamente mais escuros que podem ser utilizados individualmente ou em combinação para reduzir a névoa e a luminosidade do sol. Contudo, foram também fabricados sextantes com filtros de polarização ajustáveis, onde o grau de escuridão é ajustado torcendo a moldura do filtro.
A maioria dos sextantes monta um monocular de 1 ou 3 potências para visualização. Muitos utilizadores preferem um tubo de visão simples, que tem um campo de visão mais amplo e mais brilhante e é mais fácil de usar à noite. Alguns navegadores montam um monocular amplificador de luz para ajudar a ver o horizonte em noites sem lua. Outros preferem usar um horizonte artificial iluminado.
Sextantes profissionais usam uma medida de grau de click-stop e um ajuste de verme que lê até um minuto, 1/60 de um grau. A maioria dos sextantes também inclui um vernier no mostrador de vermes que lê até 0,1 minuto. Uma vez que 1 minuto de erro é cerca de uma milha náutica, a melhor precisão possível de navegação celestial é de cerca de 0,1 milhas náuticas (200 m). No mar, os resultados dentro de várias milhas náuticas, bem dentro do alcance visual, são aceitáveis. Um navegador altamente qualificado e experiente pode determinar a posição a uma precisão de cerca de 0,25 milhas náuticas (460 m).
Uma alteração na temperatura pode empenar o arco, criando imprecisões. Muitos navegadores compram caixas à prova de intempéries para que o seu sextante possa ser colocado fora da cabine para chegar a um equilíbrio com as temperaturas exteriores. Os modelos de armação padrão (ver ilustração) devem igualizar o erro angular diferencial das mudanças de temperatura. A pega é separada do arco e da armação para que o calor do corpo não empenue a armação. Os sextantes para uso tropical são frequentemente pintados de branco para reflectir a luz solar e permanecem relativamente frescos. Os sextantes de alta precisão têm uma armação e arco invariáveis (um aço especial de baixa expansão). Alguns sextantes científicos foram construídos em quartzo ou cerâmica com expansões ainda mais baixas. Muitos sextantes comerciais utilizam latão de baixa expansão ou alumínio. O latão é de menor expansão do que o alumínio, mas os sextantes de alumínio são mais leves e menos cansativos de usar. Alguns dizem que são mais precisos porque a mão treme menos. Os sextantes de estrutura sólida de latão são menos susceptíveis a oscilar em ventos fortes ou quando o navio está a trabalhar em mares fortes, mas como foi referido, são substancialmente mais pesados. Os sextantes com armações de alumínio e arcos de latão também têm sido fabricados. Essencialmente, um sextante é intensamente pessoal para cada navegador, e eles escolherão o modelo que tiver as características que melhor lhes convêm.
Sextantes de aeronaves estão agora fora de produção, mas tinham características especiais. A maioria tinha horizontes artificiais para permitir uma visão através de uma janela de descarga. Alguns também tinham médias mecânicas para fazer centenas de medições por mira para compensação de acelerações aleatórias no fluido do horizonte artificial. Os sextantes de aeronaves mais antigas tinham dois caminhos visuais, um padrão e o outro concebido para utilização em aeronaves a céu aberto que permitiam uma visão directamente sobre o sextante na volta de uma pessoa. Os sextantes de aviões mais modernos eram periscópicos com apenas uma pequena projecção acima da fuselagem. Com estes, o navegador pré-calculou a sua visão e depois notou a diferença na altura observada versus a altura prevista do corpo para determinar a sua posição.
Tomando uma visãoEditar
Uma visão (ou medida) do ângulo entre o sol, uma estrela, ou um planeta, e o horizonte é feito com o ‘telescópio estrelado’ ajustado ao sextante usando um horizonte visível. Numa embarcação no mar, mesmo em dias nublados, a visão pode ser feita a partir de uma altura baixa acima da água para dar um horizonte mais definido e melhor. Os navegadores seguram o sextante pela sua pega na mão direita, evitando tocar no arco com os dedos.
Para uma visão do sol, é utilizado um filtro para superar o brilho, tal como “sombras” que cobrem tanto o espelho índice como o espelho horizonte concebido para evitar danos oculares. Ao colocar a barra índice a zero, o sol pode ser visto através do telescópio. Soltando a barra de índice (quer soltando um parafuso de aperto, quer em instrumentos modernos, usando o botão de aperto rápido), a imagem do sol pode ser baixada até aproximadamente ao nível do horizonte. É necessário inverter a sombra do espelho do horizonte para poder ver o horizonte, e depois o parafuso de ajuste fino na extremidade da barra indicadora é rodado até a curva inferior (o membro inferior) do sol tocar apenas o horizonte. “Balançar” o sextante sobre o eixo do telescópio assegura que a leitura está a ser feita com o instrumento segurado verticalmente. O ângulo da mira é então lido a partir da escala no arco, fazendo uso da escala micrómetro ou vernier fornecida. A hora exacta da mira também deve ser anotada simultaneamente, e a altura do olho acima do nível do mar registada.
Um método alternativo é estimar a altitude actual (ângulo) do sol a partir de tabelas de navegação, depois colocar a barra índice a esse ângulo no arco, aplicar sombras adequadas apenas ao espelho índice, e apontar o instrumento directamente para o horizonte, varrendo-o de um lado para o outro até que um flash dos raios do sol seja visto no telescópio. São então feitos ajustes finos, como acima. Este método tem menos probabilidades de ser bem sucedido na visão de estrelas e planetas.
As vistas de estrelas e planetas são normalmente tomadas durante o crepúsculo náutico ao amanhecer ou ao anoitecer, enquanto que tanto os corpos celestes como o horizonte do mar são visíveis. Não há necessidade de usar sombras ou de distinguir o membro inferior, uma vez que o corpo aparece como um mero ponto no telescópio. A lua pode ser avistada, mas parece mover-se muito rapidamente, parece ter tamanhos diferentes em momentos diferentes, e por vezes apenas o membro inferior ou superior pode ser distinguido devido à sua fase.
Após uma visão, é reduzida a uma posição através da observação de vários procedimentos matemáticos. A redução da visão mais simples é desenhar o círculo de igual altitude do objecto celestial avistado num globo. A intersecção desse círculo com um rasto de contagem morta, ou outro avistamento, dá uma localização mais precisa.
Sextantes podem ser usados com muita precisão para medir outros ângulos visíveis, por exemplo entre um corpo celeste e outro e entre pontos de referência em terra. Utilizado horizontalmente, um sextante pode medir o ângulo aparente entre dois pontos de referência, como um farol e uma torre de igreja, que pode então ser utilizado para encontrar a distância ao largo ou ao mar (desde que a distância entre os dois pontos de referência seja conhecida). Utilizado verticalmente, uma medida do ângulo entre a lanterna de um farol de altura conhecida e o nível do mar na sua base também pode ser utilizado para a distância off.
AdjustmentEdit
P>Due à sensibilidade do instrumento é fácil de derrubar os espelhos fora de ajuste. Por este motivo, um sextante deve ser verificado frequentemente para detectar erros e ajustado em conformidade.
Existem quatro erros que podem ser ajustados pelo navegador, e devem ser removidos pela seguinte ordem.
Erro de perpendicularidade Isto é quando o espelho índice não é perpendicular à moldura do sextante. Para testar isto, colocar o braço índice a cerca de 60° no arco e manter o sextante na horizontal, com o arco afastado de si, ao comprimento do braço e olhar para o espelho índice. O arco do sextante deve parecer continuar sem ser quebrado no espelho. Se houver um erro, então as duas vistas parecerão estar quebradas. Ajustar o espelho até que a reflexão e a visão directa do arco pareçam ser contínuas. Erro lateral Isto ocorre quando o vidro/espelho do horizonte não é perpendicular ao plano do instrumento. Para testar isto, primeiro zerar o braço índice e depois observar uma estrela através do sextante. Em seguida, rodar o parafuso tangente para trás e para a frente de modo a que a imagem reflectida passe alternadamente acima e abaixo da vista directa. Se ao mudar de uma posição para outra, a imagem reflectida passa directamente sobre a imagem não reflectida, não existe qualquer erro lateral. Se a imagem passar para um lado, existe erro lateral. O utilizador pode segurar o sextante de lado e observar o horizonte para verificar o sextante durante o dia. Se houver dois horizontes, existe erro lateral; ajustar o horizonte vidro/espelho até as estrelas se fundirem numa só imagem ou os horizontes se fundirem numa só. O erro lateral é geralmente inconsequente para observações e pode ser ignorado ou reduzido a um nível que é meramente inconveniente. Erro de colimação Isto é quando o telescópio ou monocular não é paralelo ao plano do sextante. Para o verificar, é necessário observar duas estrelas a 90° ou mais de distância. Trazer as duas estrelas para a coincidência, quer à esquerda quer à direita do campo de visão. Mova ligeiramente o sextante para que as estrelas se movam para o outro lado do campo de visão. Se as estrelas se separarem, há erro de colimação. Como os sextantes modernos raramente usam telescópios ajustáveis, não precisam de ser corrigidos por erro de colimação. Erro de índice Isto ocorre quando o índice e os espelhos do horizonte não são paralelos entre si quando o braço índice é colocado a zero. Para testar o erro de índice, zerar o braço de índice e observar o horizonte. Se a imagem reflectida e directa do horizonte estiverem em linha, não há erro de índice. Se um estiver acima do outro, ajustar o espelho índice até os dois horizontes se fundirem. Isto pode ser feito durante a noite com uma estrela ou com a lua.
Modern Navy TrainingEdit
Após um interregno de 15 anos, a Marinha dos EUA começou a treinar novamente no sextante como dispositivos de navegação de apoio, conforme instruído pelo 30º Chefe de Operações Navais na medida em que não depende de sistemas eléctricos.