Instrumento reflectante

Inventado en 1660 por el holandés Joost van Breen, el spiegelboog (arco espejo) era un bastón cruciforme reflectante . Este instrumento parece haber sido utilizado durante aproximadamente 100 años, principalmente en la Cámara de Zelanda de la VOC ( Compañía Neerlandesa de las Indias Orientales ). ^{[ 1 ]}

El instrumento de Hooke era un instrumento de reflexión simple. Utilizaba un solo espejo para reflejar la imagen de un objeto astronómico hacia el ojo del observador. ^{[ 2 ]} Este instrumento fue descrito por primera vez en 1666 y Hooke presentó un modelo funcional en una reunión de la Royal Society tiempo después.

El dispositivo constaba de tres componentes principales: un brazo índice, un brazo radial y una cuerda graduada . Los tres estaban dispuestos en forma de triángulo, como se muestra en la imagen de la derecha. Una mira telescópica estaba montada en el brazo índice. En el punto de rotación del brazo radial, se instaló un espejo. Este punto de rotación permitía modificar el ángulo entre el brazo índice y el brazo radial. La cuerda graduada estaba conectada al extremo opuesto del brazo radial y podía girar alrededor de dicho extremo. La cuerda se apoyaba contra el extremo más alejado del brazo índice y se deslizaba sobre él. Las graduaciones de la cuerda eran uniformes y, al utilizarla para medir la distancia entre los extremos del brazo índice y el brazo radial, se podía determinar el ángulo entre ellos. Se utilizaba una tabla de cuerdas para convertir una medida de distancia en una medida de ángulo. El uso del espejo daba como resultado que el ángulo medido fuera el doble del ángulo comprendido entre el brazo índice y el brazo radial.

El espejo del brazo radial era lo suficientemente pequeño como para que el observador pudiera ver el reflejo de un objeto en la mitad del campo de visión del telescopio, mientras veía de frente en la otra mitad. Esto le permitía ver ambos objetos simultáneamente. Al alinear los dos objetos en el campo de visión del telescopio, la distancia angular entre ellos se representaba en la cuerda graduada.

Si bien el instrumento de Hooke era novedoso y atrajo cierta atención en su momento, no hay evidencia de que haya sido sometido a pruebas en el mar. ^{[ 2 ]} El instrumento se utilizó poco y no tuvo ningún efecto significativo en la astronomía ni en la navegación.

En 1692, Edmond Halley presentó el diseño de un instrumento reflectante a la Royal Society. ^{[ 2 ]}

Este es un instrumento interesante que combina la funcionalidad de una radiotelescopio con la de un telescopio doble . El telescopio (AB en la imagen adyacente) tiene un ocular en un extremo y un espejo (D) a lo largo de su longitud, con una lente objetivo en el otro extremo (B). El espejo solo obstruye la mitad del campo (izquierda o derecha) y permite ver la lente objetivo en la otra mitad. En el espejo se refleja la imagen de la segunda lente objetivo (C). Esto permite al observador ver ambas imágenes, una directa y otra reflejada, simultáneamente una al lado de la otra. Es fundamental que las distancias focales de las dos lentes objetivo sean iguales y que las distancias del espejo a cada lente sean idénticas. Si no se cumple esta condición, las dos imágenes no pueden enfocarse en un mismo punto .

El espejo está montado en el mástil (DF) de la sección de radio latino del instrumento y gira con él. El ángulo que forma este lado del rombo de radio latino con el telescopio se puede ajustar modificando la longitud de la diagonal del rombo. Para facilitar este ajuste y permitir una regulación precisa del ángulo, se ha instalado un tornillo (EC) que permite al observador modificar la distancia entre los dos vértices (E y C).

El observador apunta al horizonte con la lente directa y a un objeto celeste en el espejo. Al girar el tornillo para alinear las dos imágenes, se ajusta el instrumento. El ángulo se determina midiendo la longitud del tornillo entre E y C y convirtiéndola a un ángulo en una tabla de cuerdas .

Halley especificó que el tubo del telescopio tuviera una sección transversal rectangular. Esto facilita la construcción, pero no es un requisito, ya que se pueden utilizar otras formas de sección transversal. Los cuatro lados de la sección de radio (CD, DE, EF, FC) deben tener la misma longitud para que el ángulo entre el telescopio y el lado de la lente objetivo (ADC) sea exactamente el doble del ángulo entre el telescopio y el espejo (ADF) (o, dicho de otro modo, para garantizar que el ángulo de incidencia sea igual al ángulo de reflexión ). De lo contrario, la colimación del instrumento se verá comprometida y las mediciones resultantes serán erróneas.

El ángulo de elevación del objeto celeste podría haberse determinado leyendo las graduaciones en la escala del cursor; sin embargo, Halley no diseñó el instrumento de esa manera. Esto podría sugerir que el diseño general del instrumento era, por casualidad, similar al de una radio latina y que Halley quizás no estaba familiarizado con ese aparato.

No se sabe si este instrumento fue probado alguna vez en el mar. ^{[ 2 ]}

El cuadrante reflectante de Newton era similar en muchos aspectos al primer cuadrante reflectante de Hadley que le siguió.

Newton le había comunicado el diseño a Edmund Halley alrededor de 1699. Sin embargo, Halley no hizo nada con el documento y este permaneció entre sus papeles hasta que fue descubierto después de su muerte. ^{[ 3 ]} No obstante, Halley sí discutió el diseño de Newton con miembros de la Royal Society cuando Hadley presentó su cuadrante reflector en 1731. Halley observó que el diseño de Hadley era bastante similar al instrumento newtoniano anterior. ^{[ 2 ]}

Como consecuencia de este secretismo involuntario, el invento de Newton tuvo poca influencia en el desarrollo de los instrumentos reflectantes.

Varios fabricantes ofrecían instrumentos con escalas distintas a un octavo o un sexto de círculo. Uno de los más comunes era el quintante o quinto de círculo (arco de 72° con lectura hasta 144°). También existían otros tamaños, pero los tamaños poco comunes nunca se popularizaron. Muchos instrumentos presentan escalas que llegan, por ejemplo, a 135°, pero simplemente se les denomina sextantes. De igual modo, existen octantes de 100°, pero no se consideran tipos de instrumentos independientes.

Existía interés por instrumentos mucho más grandes para fines especiales. En particular, se fabricaron varios instrumentos de círculo completo, clasificados como círculos reflectantes y círculos repetitivos .

El círculo reflectante fue inventado por el geómetra y astrónomo alemán Tobias Mayer en 1752, ^{[ 6 ]} cuyos detalles se publicaron en 1767. ^{[ 3 ]} Su desarrollo precedió al sextante y estuvo motivado por la necesidad de crear un instrumento de topografía superior. ^{[ 3 ]}

El círculo reflectante es un instrumento circular completo graduado a 720° (para medir distancias entre cuerpos celestes, no es necesario leer un ángulo mayor de 180°, ya que la distancia mínima siempre será menor de 180°). Mayer presentó una descripción detallada de este instrumento a la Junta de Longitud y John Bird utilizó la información para construir uno de dieciséis pulgadas de diámetro para su evaluación por la Marina Real. ^{[ 11 ]} Este instrumento fue uno de los utilizados por el almirante John Campbell durante su evaluación del método de distancia lunar . Se diferenciaba en que estaba graduado a 360° y era tan pesado que se le proporcionó un soporte que se sujetaba a un cinturón. ^{[ 11 ]} No se consideró mejor que el octante de Hadley y era menos conveniente de usar. ^{[ 3 ]} Como resultado, Campbell recomendó la construcción del sextante.

Jean-Charles de Borda perfeccionó aún más el círculo reflectante. Modificó la posición de la mira telescópica de tal manera que el espejo pudiera usarse para recibir una imagen desde ambos lados con respecto al telescopio. Esto eliminó la necesidad de asegurarse de que los espejos fueran precisamente paralelos al leer el cero. Esto simplificó el uso del instrumento. Se realizaron más refinamientos con la ayuda de Etienne Lenoir . Ambos perfeccionaron el instrumento hasta su forma definitiva en 1777. ^{[ 3 ]} Este instrumento era tan distintivo que recibió el nombre de círculo de Borda o círculo repetidor . ^{[ 6 ] [ 12 ]} Borda y Lenoir desarrollaron el instrumento para levantamientos geodésicos . Dado que no se usaba para mediciones celestes, no utilizaba doble reflexión y sustituía dos miras telescópicas. Como tal, no era un instrumento reflectante. Fue notable por ser igual al gran teodolito creado por el renombrado fabricante de instrumentos, Jesse Ramsden .

Josef de Mendoza y Ríos rediseñó el círculo reflectante de Borda (Londres, 1801). El objetivo era utilizarlo junto con sus Tablas Lunares publicadas por la Royal Society (Londres, 1805). Realizó un diseño con dos círculos concéntricos y una escala vernier , y recomendó promediar tres lecturas consecutivas para reducir el error. El sistema de Borda no se basaba en un círculo de 360°, sino en 400 grados (Borda dedicó años a calcular sus tablas con un círculo dividido en 400°). Las tablas lunares de Mendoza se utilizaron durante casi todo el siglo XIX (véase Distancia lunar (navegación) ).

Edward Troughton también modificó el círculo reflectante. Creó un diseño con tres brazos índice y nonio . Esto permitió realizar tres lecturas simultáneas para compensar el error.

Como instrumento de navegación, el círculo reflectante fue más popular entre la armada francesa que entre la británica. ^{[ 6 ]}

El sextante Bris no es un sextante propiamente dicho, sino un instrumento de reflexión basado en el principio de doble reflexión y sujeto a las mismas reglas y errores que los octantes y sextantes comunes. A diferencia de estos últimos, el sextante Bris es un instrumento de ángulo fijo capaz de medir con precisión unos pocos ángulos específicos, a diferencia de otros instrumentos de reflexión que pueden medir cualquier ángulo dentro de su rango. Es especialmente adecuado para determinar la altitud del sol o la luna .

Francis Ronalds inventó un instrumento para registrar ángulos en 1829 modificando el octante. Una desventaja de los instrumentos reflectantes en aplicaciones de topografía es que la óptica exige que el espejo y el brazo índice giren la mitad de la separación angular entre ambos objetos. Por lo tanto, es necesario leer y anotar el ángulo, y utilizar un transportador para dibujarlo en un plano. La idea de Ronalds fue configurar el brazo índice para que girara el doble del ángulo del espejo, de modo que pudiera usarse para trazar una línea con el ángulo correcto directamente sobre el dibujo. Utilizó un sector como base de su instrumento y colocó el cristal del horizonte en un extremo y el espejo índice cerca de la bisagra que conectaba las dos reglas. Los dos elementos giratorios estaban unidos mecánicamente y el tubo que sostenía el espejo tenía el doble del diámetro de la bisagra para obtener la relación angular requerida. ^{[ 13 ]}