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Instrument zur Bestimmung des Stundenwinkels und der Breite Die Erfindung
betrifft ein Instrument zur astronomischen Ortsbestimmung. Der Zweck der Erfindung
besteht darin, ein in erster Linie als Navigationsgerät verwendbares Instrument
auszubilden, das unmittelbar und ohne Rechnung die Ergebnisse für den Stundenwinkel
oder für die Breite des sogenannten Himmelsdreiecks angibt.
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Das Instrument ergibt bei der Beobachtung eines Gestirns mit bekannter
Deklination entweder unmittelbar: a) das Ergebnis für den scheinbaren Stundenwinkel
eines Himmelsdreiecks, dessen Seiten die scheinbare Zenitdistanz und die scheinbare
Poldistanz des beobachteten Gestirns sind, und das Komplement irgendeiner angenommenen
Breite; die an dem Breitenkreis des Instruments eingestellt worden ist, oder b)
das Ergebnis für die Breite eines Himmelsdreiecks, von dem zwei Seiten die scheinbare
Zenit- und Poldistanz des beobachteten Gestirns sind, während der eingeschlossene
Winkel irgendein angenommener Stundenwinkel ist, der auf dem Stundenwinkelkreis
des Instruments eingestellt worden ist.
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Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand
der Zeichnung näher erläutert, in der eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt
ist.
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Fig. i ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine um go ° gedrehte Ansicht der Fig. i ; Fig. 3 ist ein Schnitt längs
der Linie 3-3 der Fig. 2 ; Fig. q. ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung; Fig.
5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. q.; Fig. 6 ist ein Schnitt längs
der Linie 6-6 der Fig. 2 ; Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig. i
; Fig.8 ist eine Ansicht in Richtung der Pfeile 8-8 in der Fig. 7; Fig. 9 ist eine
schematische Darstellung der Linsen und Prismen; Fig. =o ist eine Seitenansicht
eines Teils der Vorrichtung in abgeänderter Ausführung; Fig. =i ist ein Schnitt
längs der Linie ii-ii der Fig. =o.
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Das Instrument stellt im wesentlichen ein auf einem äquatorialen Träger
angeordnetes Fernrohr dar. Es ist sowohl ein genau eingeteilter Breitenkreis als
auch eine Nivelliervorrichtung vorgesehen, die durch Spiegelung im Fernrohrfeld
sichtbar ist und mittels deren das Instrument entweder in bezug auf die Richtung
der Schwere oder auf den scheinbaren Horizont ausgerichtet wird.
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Ein Fernrohr i, dessen Kollimationsachse mit 2 bezeichnet ist, ist
mit einem Okular 3 und einem Objektiv 4 versehen (Fig, i und 9).
Das
Fernrohr i weist einen Ring 5 auf, der ein Fadenkreuz 6 trägt (Fig. 5). Das Fadenkreuz
ist in einem Teil 7 befestigt, der in dem Fernrohr derart beweglich angebracht ist.
daß der Kreuzungspunkt der Fäden mit der Kollimationsachse a des Fernrohrs zusammenfallend
eingestellt werden kann.
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Innerhalb des Fernrohrs i ist ein Prisma 8 angeordnet, das derart
geneigt ist, daß durch die Mitte des hohlen Schaftteils 9 hindurchgehende Lichtstrahlen
rechtwinklig abgelenkt und nach dem Auge io des Beobachters gerichtet werden. Das
Fernrohr weist da, wo der hohle Schaft 9 ansetzt, eine Öffnung auf, durch welche
die durch den Schaft verlaufenden Lichtstrahlen auf das Prisma 8 auftreffen können,
nachdem sie durch eine in dem Schaft liegende Linse ii hindurchgegangen sind (Fig.
7). Am Boden des Schafts 9 ist ein zweites Prisma 12 angeordnet, das die Lichtstrahlen
rechtwinklig reflektieren kann, so daß sie durch einen rohrförmigen Teil 13 hindurchtreten,
der mit dem Schaft 9 ein Ganzes bildet. Ein Rohrteil 14 ist mit dem Teil 13 axial
ausgerichtet (Fig 7) und kann in bezug auf den Teil 13 gedreht werden. Das Rohr
14 ist an einem Kreis 15 befestigt, der drehbar auf dem Rohr 14 angebracht ist.
Der Kreis 15 soll nachfolgend mit Stundenwinkelkreis bezeichnet werden.
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Das Fernrohr i ist auf dem Schaft 9 drehbar angeordnet und bewegt
sich über einen kreisförmigen Teil 16. Dieser Kreis 16 soll nachstehend mit Deklinationskreis
bezeichnet werden. Es ist zu bemerken, daß es besser ist, das ganze Fernrohr in
Fig. i rechts von dem Prisma 8 zu setzen, anstatt das Prisma innerhalb des Fernrohrs
anzuordnen, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, so daß das Objektiv 4 die
in Fig.9 dargestellte gestrichelte Lage einnimmt; die Wirksamkeit des Fernrohrs
wird durch eine solche Anordnung nicht verändert.
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In den Fig. i, 4, 6, 7 und 9 ist ein drittes Prisma 17 dargestellt,
das in dem Rohr 14 angeordnet ist und die Lichtstrahlen rechtwinklig ablenkt, so
daß sie auf ein in dem Rohrteil ig liegendes Prisma 18 auftreffen. Das Rohr i9 ist
auf einem Ouadranten 2o drehbar angebracht, der nachfolgend mit Breitenkreis bezeichnet
werden soll. Das Rohr ig ist an einem Ring 21 (Fig. 6) befestigt, der seinerseits
einen über den Breitenkreis 2o gleitenden Arm 22 trägt.
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Das Prisma 18 reflektiert die Lichtstrahlen rechtwinklig, die durch
eine negative Linse 23 hindurchtreten und dann auf die Mitte des Deckglases 24 einer
Libelle 27 mit der Luftblase 25 treffen (Fig. 6). In Fig. 3 ist das Deckglas
24 und die Luftblase 25 in der Draufsicht dargestellt. Auf dem Glas befindet sich
ein Kreis 26, der dauernd mit dem Fadenkreuz 6 auf Grund der Prismenanordnung zentriert
gehalten wird. Die verschiedenen Teile des Instruments können in bezug aufeinander
bewegt werden, ohne daß die scheinbare Lage des Kreises 26 in bezug auf das Fadenkreuz
6 verändert wird.
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In Wirklichkeit gelangen die Lichtstrahlen von der Libelle 27 in das
Instrument, in dem sie den in Fig. 9 dargestellten Verlauf bis zum Auge io des Beobachters
nehmen. Die Anordnung der verschiedenen Teile gestattet, daß die Kollimationsachse
2 um die Achse des Schafts 9 und der Stundenwinkelkreis 15 um die Achse des Rohres
13 gedreht werden kann. Weiter ist die Anordnung derart, daß das Rohr ig um den
Breitenkreis 2o gedreht werden kann.
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In den Fig. io und ii ist eine Vorrichtung zum Nivellieren des Horizonts
dargestellt, in der eine Verbindung von Spiegeln oder total reflektierenden Prismen
50 vorgesehen ist, um zwei Punkte, vorzugsweise zwei etwa 9o" auseinanderliegende
Punkte des Horizonts, anzuvisieren. Mittels Stellschrauben 51 kann die Senkrechte
auf diesen reflektierenden Flächen 5o in bezug auf die Nivelliervorrichtung selbst
bis zu einem Betrag geneigt werden, der gleich der Hälfte der Neigung des Horizonts
ist, damit nach der Reflexion die Strahlen von den Horizontpunkten immer parallel
zu einer festen Linie in der Nivelliervorrichtung bleiben, wenn diese Linie senkrecht
steht. Diese Linie entspricht der Achse einer Libellen-Nivelliervorrichtung.
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Alle Instrumenteinstellungen können mittels Nonius vorgenommen werden.
So trägt z. B. das Fernrohr i einen Arm 28, der sich auf dem Deklinationskreis 16
bewegt. Von diesem Arm 28 wird ein Nonius 29 getragen, der eine genaue Einstellung
gestattet. In ähnlicher Weise trägt der starr mit dem Rohr 13 und dem Schaft 9 befestigte
Halteteil 30 (Fig. 2) einen Nonius 31, mit dessen Hilfe eine genaue Einstellung
des Stundenwinkelkreises herbeigeführt werden kann. Ebenso ist auch der Arm 22 mit
einem NoniuS 32 versehen (Fig: 2), der in bezug auf den Breitenkreis 2o eingestellt
werden kann.
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Nachfolgend soll die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Einzelteile
der Vorrichtung näher erläutert werden.
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Die Kollimationsachse 2 des Fernrohrs i liegt parallel zur Ebene des
Deklinationskreises 16 und kann frei um die Achse dieses Kreises gedreht werden.
Eine solche Drehung wird am Deklinationskreis 16 abgelesen, der, wie aus Fig. 4
ersichtlich ist, in Winkelgrade eingeteilt ist, die, von zwei auf gegenüberliegenden
Seiten des Kreises liegenden Nullpunkten aus beginnend, nach beiden Seiten hin bis
9o ° ansteigen.
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Der Deklinationskreis 16 steht senkrecht zur Ebene des Stundenwinkelkreises
15 und dreht
sich um dessen Achse. Eine solche Drehung wird am Stundenwinkelkreis
abgelesen, der in Stunden von o bis 12 eingeteilt ist (Fig. z). Die Einteilung kann
auch, wenn es erwünscht ist, Winkelgrade oder andere Einheiten darstellen.
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Der Breitenkreis 2o steht senkrecht zum Stundenwinkelkreis 15 und
ist starr mit diesem verbunden. Der Kreis 2o ist in Winkel von o-' bis go-' eingeteilt
(Fig.2), obgleich auch eine andere Einteilung zur :Inwendung kommen kann.
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Die N iv ellierv orrichtung 27 ist an dem Breitenkreis 2o angebracht
und kann sich frei um dessen Achse drehen. Die Drehung wird an dem Breitenkreis
abgelesen.
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Der Deklinationskreis 16 zeigt in zwei Stellungen des Fernrohrs r
o ° an, wenn die Kollimationsachse des Fernrohrs parallel zur Ebene des Stundenwinkelkreises
15 liegt. Der Stundenwinhelkreis 15 zeigt in zwei Stellungen Null an, wenn der Deklinationskreis
16 parallel zum Breitenkreis 2o liegt, und kann in irgend-,welchen Zeit- oder Bogeneinheiten
eingeteilt sein; in Fig. r sind zwei Skalen angegeben, deren Werte in umgekehrter
Richtung steigen. Der Breitenkreis .2o zeigt o ° an, wenn die Achse der Nivelliervorrichtung
27 parallel zur Ebene des Stundenwinkelkreises 15 liegt, und er zeigt go
` an, wenn die Achse senkrecht zur Ebene dieses Kreises steht. Der Schnittpunkt
des Fadenkreuzes 6 in der Brennebene des Fernrohrobjektivs stellt die Kollimationsachse
des Fernrohrs dar.
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Mittels einer Serie von total reflektierenden Prismen oder Spiegeln
und geeigneten Linsen wird, wie bereits oben beschrieben, ein Bild der Libelle oder
des Horizonts einer anderen Nivelliervorrichtung in derBrennebene desFernrohrobjektivs
entworfen und dem beobachteten Gestirn überlagert sichtbargemacht. Dermittlere Strahl
dieses Lichtbündels (s. Fig. g) verläuft von der Libelle oder einer anderen Vorrichtung
zur Nivellierung des Horizonts längs der Achse der Niv elliervorrichtung bis zur
Achse des Breitenkreises und dann längs der Achse dieses Kreises bis zur Achse des
Stundenwinkelkreises. Der Strahl läuft nun längs der Achse des Stundenwinkelkreises
bis zur Achse des Deklinationskreises, dann längs dieser Achse bis zu einer reflektierenden
Fläche, die sich unmittelbar vor oder hinter dem Fernrohrobjektiv befindet, und
von da nach der Brennebene des Objektivs. Geeignete Linsen vereinigen das Lichtbündel
in einem Punkt der Brennebene.
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Der Schaft g, durch den die Achse des Deklinationskreises 16 verläuft,
liegt in einem Abstand vom Stundenwinkelkreis 15, um bei der Beobachtung als Handgriff
für das Instrument dienen zu können. Vor dem Fernrohr sind geeignete Blendgläser
281 angeordnet, um, wenn die Sonne beobachtet wird, deren Licht abschwächen zu können.
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Wenn der Stundenwinkel festgestellt werden soll, wird die scheinbare
Deklination des zu beobachtenden Gestirns auf dem Deklinationskreis 16 eingestellt.
Die genaue Deklination für irgendeine gegebene Zeit wird aus einem astronomischen
Jahrbuch oder einem nautischen Kalender entnommen. Nachdem die genaue Deklination
auf dem Kreis 16 eingestellt ist, wird die Breite oder die angenommene Breite auf
dem Breitenkreis eingestellt. Wird die Beobachtung auf einem Schiff vorgenommen,
so kann die Breite durch ungefähre Berechnung ermittelt werden, d. h. durch die
übliche Bestimmung des wahrscheinlichen Kurses und der von der letzten bekannten
Lage zurückgelegten Entfernung.
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Die Luftblase der Libelle oder der Schnittpunkt der Horizontlinien
kann jetzt im Mittelpunkt des Kreises 26 und im Gesichtsfeld gehalten werden, während
das Instrument um seine vertikale Achse gedreht wird. Wenn dies geschieht, beschreibt
die Kollimationsachse des Fernrohrs einen Almukantharat (kleiner Kreis parallel
zum Horizont). Durch Einstellen des Stundenwinkelkreises kann die Höhe dieses Almukantharats
geändert und im allgemeinen durch das Gestirn hindurchgehend eingestellt werden.
Man kann dann das Gestirn und die Luftblase 25 oder den Schnittpunkt der Horizontlinien
mit der Mitte des Fernrohrfeldes zusammenfallen lassen.
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Nachdem dies geschehen ist, bildet nunmehr die Angabe auf dem Stundenwinkelkreis
den scheinbaren Stundenwinkel des Gestirns, der aus einem Himmelsdreieck abgeleitet
werden könnte, das aus der angenommenen Breite und dem scheinbaren Zenit- und Poldistanzen
des Gestirns gebildet wird.
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Für die Breite: An dem Deklinationskreis 16 wird die scheinbare Deklination
des Gestirns und an dem Stundenwinkelkreis der scheinbare Stundenwinkel (oder ein
angenommener scheinbarer Stundenwinkel) eingestellt. Die Luftblase der Libelle oder
der Schnittpunkt der Horizontlinien kann jetzt zentriert gehalten werden, während
das ganze Instrument wie bei der Feststellung des Stundenwinkels um eine senkrechte
Achse gedreht wird. Die Kollimationsachse des Fernrohrs beschreibt jetzt wieder
einen Almukantharat, dessen Höhe geändert werden kann, bis er durch das Gestirn
hindurchgeht, und zwar durch Verändern der Einstellung auf dem Breitenkreis 2o;
dabei wird der Strahl von der Nivelliervorrichtung mit der Kollimationsachse zentriert
gehalten. Wenn das Gestirn und der Strahl von der Nivelliervorrichtung beide im
Fernrohr zentriert sind, dann ist die Angabe des Breitenkreises 2o
das
Ergebnis für die Breite eines Himmelsdreiecks, das den angenommenen Stundenwinkel
und die Zenit- und Poldistanzen des beobachteten Gestirns enthält.
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Für die Ortslinie: Es werden die Beobachtungen wie in dem Abschnitt
für die Feststellung des Stundenwinkels oder der Breite angestellt. Der beobachtete
(oder angenommene) Stundenwinkel wird, wenn die Sonne beobachtet wird, mit der wahren
Zeit von Greenwich oder mit der Sternzeit von Greenwich und der Rektaszension des
Gestirns kombiniert, wenn irgendein anderes Gestirn beobachtet wird, um die entsprechende
Länge zu erhalten. Dann wird diese Länge und die Breite, die, je nachdem der Fall
liegt, beobachtet oder angenommen worden ist, aufgezeichnet. Darauf wird eine weitere
Beobachtung mit einem abweichenden .Wert der angenommenen Größe angestellt und die
sich daraus ergebende Länge und Breite auf gleiche Weise aufgezeichnet. Eine durch
diese beiden Punkte gezogene Linie ist die Ortslinie oder Sommerlinie.