1. 六分儀的構(gòu)造

六分儀是一種光學(xué)儀器，可以測量遠(yuǎn)方兩個(gè)目標(biāo)之間的夾角——最常用的是測量天體與海（地）平線或天體與天體之間的夾角。測出夾角，再查得當(dāng)天太陽直射點(diǎn)的緯度，就能確定觀測者所在的緯度。這對航海有重大意義。自18世紀(jì)面世以來，六分儀一直是重要的定位和導(dǎo)航工具。

  

 

六分儀簡化之后，就是這樣。

   

包括兩大部分。第一部分，包括架體、分度弧、望遠(yuǎn)鏡、半透明半反射的地平鏡，都是固定住的。

   

這個(gè)角是60度，但分度弧的刻度是0度到120度。

   

另一部分，是指標(biāo)臂，以及固定在指標(biāo)臂上的指標(biāo)鏡。

   

 

地平鏡與指標(biāo)臂歸零時(shí)的指標(biāo)鏡平行。

   

為了更簡化，這里設(shè)定指標(biāo)臂歸零時(shí)，地平鏡、指標(biāo)鏡、0刻度線，三者平行。

2. 六分儀的使用

觀測者通過望遠(yuǎn)鏡和地平鏡，注視著遠(yuǎn)方的海平線。上中天的太陽，其光線射向了指標(biāo)鏡。

 

轉(zhuǎn)動指標(biāo)臂，讓陽光反射到地平鏡上。觀測者的視野里，開始出現(xiàn)太陽的影像。六分儀的原理動畫如下：

 

當(dāng)太陽影像與海平線相切時(shí)，指標(biāo)臂的指針對準(zhǔn)的刻度，就是太陽此時(shí)的高度角（太陽高度角就是太陽光的入射方向和地平面之間的夾角）。六分儀的原理動畫:

 

這是極度簡化的操作方法。實(shí)際使用時(shí)，要有校準(zhǔn)和調(diào)整的步驟，還要確保六分儀垂直于地面（以望遠(yuǎn)鏡的光軸為軸心，讓整個(gè)六分儀左右搖擺，使得視野中的太陽影像對海平線作鐘擺運(yùn)動時(shí)，不會下沉到海平線以下）。并且，使用六分儀測天體高度，不是只測一次就得出結(jié)論，而是要連續(xù)多次測量。

另外，更多時(shí)候，是先對準(zhǔn)太陽，讓陽光從地平鏡和望遠(yuǎn)鏡中通過，再慢慢地將海平線拉入視野。

當(dāng)然了，一開始不必了解這么細(xì)，先知道大概的原理就行。

有一點(diǎn)需要說明，人類的眼睛不是鈦合金狗眼，承受不住正午陽光的直射，所以六分儀裝上了可以活動的濾光片。

 

3. 六分儀的原理

現(xiàn)在我們來看六分儀測量天體高度角的原理。以下就是證明的過程（其實(shí)就是一道初中的幾何證明題，非常簡單）：

   

指標(biāo)臂角度歸零的時(shí)候，地平鏡、指標(biāo)鏡和0刻度線，這三者是平行的。所以∠2，其實(shí)也等于指標(biāo)鏡與0刻度線的夾角。

有些六分儀的地平鏡，用的不是半反半透的鏡片，而是由一半鏡子一半玻璃拼接而成的。用起來都差不多。

   

4. 怎樣算出自身所在的緯度

觀測者用六分儀測到了正午太陽高度角，再從天文歷上查到當(dāng)天的赤緯角（地球赤道平面與太陽和地球中心的連線之間的夾角，其實(shí)也就是太陽直射點(diǎn)的緯度）。

 

  有了正午太陽高度角和赤緯角（太陽直射點(diǎn)的緯度）這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，觀測者就知道自己所在的緯度了。

太陽高度角=90°-|觀測者緯度±太陽直射點(diǎn)的緯度|（同減異加——觀測者和太陽直射點(diǎn)都在赤道的同一邊，就用“-”號；如果在赤道的兩邊，就用“+”號）

正午太陽高度角、太陽直射點(diǎn)的緯度、觀測者的緯度，這3個(gè)量，只要知道其中任意兩個(gè)，就可以求出第三個(gè)。

如果測量的是北極星，那就更方便了。北極星的高度角，就可以直接看做是當(dāng)?shù)氐木暥龋�連天文歷都不用查。

5. 怎樣求經(jīng)度

現(xiàn)在，緯度已經(jīng)求出來了。經(jīng)度該如何求呢？

舉個(gè)例子，假設(shè)你的鐘表，顯示的是你出發(fā)地的時(shí)間。在出發(fā)地，太陽上中天的時(shí)間是中午12點(diǎn)。而現(xiàn)在，才11點(diǎn)太陽就上中天了。這說明，你現(xiàn)在的位置在出發(fā)地的東邊，經(jīng)度相差15度。

 

  現(xiàn)在已經(jīng)算出了觀測者所處的經(jīng)度。如果還想更精確一點(diǎn)，就得校正平太陽日和真太陽日的差值所帶來的誤差。

真太陽日，是太陽連續(xù)兩次經(jīng)過上中天的時(shí)間間隔，也就是一天真正的長度。真太陽日，是長短不等的。也就是說，太陽上中天的時(shí)間，不一定是正午12點(diǎn)鐘。比如今天早幾秒，明天晚幾秒。

平太陽日，是真太陽日的全年平均值。平太陽上中天的時(shí)刻都是正午12點(diǎn)整。

為了精確地求得自身所在的經(jīng)度，觀測者需要先用平太陽，算出自身所處位置與基準(zhǔn)位置（比如出發(fā)地）之間的經(jīng)度差。再通過查閱天文歷，來校正平太陽和真太陽的差值所產(chǎn)生的誤差。

6. 航海鐘發(fā)明之前

在沒有無線電定位等方法的時(shí)候，航海過程中要確定自己的位置，需要六分儀、航海鐘、天文歷這三樣?xùn)|西。

但是走時(shí)精確的航海鐘，是在發(fā)明六分儀之后很久才出現(xiàn)的。在此之前，航海家們的常用導(dǎo)航工具，是六分儀和星表。

陸地上的天文臺長期觀測，積累了豐富的天文數(shù)據(jù)，其中包括任意時(shí)刻月亮在星空上的位置，將其記錄在星表里。在海上的水手們，用八分儀或六分儀測定月亮在天球上的位置，再對照星表，得出當(dāng)?shù)貢r(shí)間。其實(shí)就是把星空當(dāng)做是表盤，把月亮看做是指針，以此來確定當(dāng)?shù)貢r(shí)間，得出當(dāng)前地點(diǎn)與基準(zhǔn)地點(diǎn)（比如出發(fā)地）的時(shí)間差，進(jìn)而算出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度。這就是“天鐘法”當(dāng)中的“月距法”。

“月距法”的精確度還不錯(cuò)，但比不上后來的“時(shí)鐘法”。在使用便捷性方面，“月距法”更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及“時(shí)鐘法”。

走時(shí)精確的時(shí)鐘普及以后，“月距法”就沒什么人用了。

7. 六分儀面世之前

回到六分儀上。直到今天，六分儀仍是被廣泛認(rèn)可的備用定位儀器。

 

  現(xiàn)在的六分儀，分度弧的刻度多是從-5度到130度或140度，測量范圍都明顯大于120度，實(shí)際上算是“五分儀”。但因?yàn)榱?xí)慣，還叫六分儀。

 

  而更早之前，人們用過八分儀。顧名思義，八分儀的分度弧是45度，是一周360度的八分之一，測量范圍是90度。六分儀出現(xiàn)后，八分儀就被淘汰了。

 

  前面說了，六分儀和八分儀的功用，是測量天體的高度角或者天體與天體之間的夾角。這東西是18世紀(jì)才發(fā)明的。在此之前，人們用什么來實(shí)現(xiàn)類似功能呢？那就五花八門了，普遍使用的有星盤、直角儀等，效果都不太好。所以要再配合羅盤指向，以及通過計(jì)算海船和水流的速度，在航海圖上推算實(shí)時(shí)位置、標(biāo)記航跡的方法來定位和導(dǎo)航。多種方法相互對比驗(yàn)證，不斷修正，減小誤差。