《航海学》课程教学资源（实验指导）天文航海学试验业务指导书

天文航海学试验业务指导书实验的目的-通过实验，使学生熟悉六分仪的结构、测角原理、方法和步骤。使学生能够正确、快捷地使用六分仪观测天体高度。实验时数二、4学时三、、实验要求1：了解六分仪的结构、测角原理及读数的正确读取。2：掌握六分仪误差的检查、校正及测定方法。3：掌握六分仪测天的要领、步骤及注意事项。四、主要设备六分仪、秒表、五、主要步骤1：六分仪的结构六分仪有下列构件构成：（1）刻度弧（2）指标杆（3）动镜（4）定镜（5）微动鼓轮（6）游标（7）滤光镜组（8）照明装置（9）松紧夹（10）手柄（11）调整螺丝（12）单简望远镜（13）镜筒支架（14）架体2：测角原理六分仪基于二条平面镜反射定理即：光线的入射角等于反射角；光线连续经过两个平面镜反射，光线入射方向与最后反射出方向的夹角，等于两镜夹角的两倍。3：测角读数的读取六分仪的刻度弧上，从0°向左到130°叫主弧，读数为正。从0°向右到50一小段弧长叫余弧，读数为负。测角读数分别由刻度弧、鼓轮和游标尺三个部份读出。六分仪测角读数为：（1）主弧读数从分度弧读取整度数从鼓轮读取分数从游标读取分的小数（2）余弧读数余弧读数与主弧数大体相同，由于机械构造上的原理，鼓轮倒转时从60、50、40…………分数由大向小反向变化，指示臂才向右移动。因此，鼓轮倒转一周，指示臂右移1°。所以，应用60减去从鼓轮和游标上读取的分和分的小数，其差为正确读数。4：航海六分仪的检查和校正六分仪的测角误差主要有六个：其中三个为永久性误差，其余为可校正误差。永久性误差：永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的固定误差。（1）偏心差：指标臂的转轴中心与刻度弧的圆心不重合。（2）棱性差：动镜、固定镜及滤光片前后镜表面互助不平行，各镜表面不平而引起的（3）刻度差：刻度弧、鼓轮和游标的分划度不准所致。综合这三项系统误差叫六分仪的器差S，出厂前已测定好，可以从六分仪箱盖上的鉴定书中，以测角为引数查取，供观测高度后的修正。可校正误差：准确的六分仪读数必须满足：动镜和定镜与刻度弧平面要垂直；指标臂指0°时，动镜和定镜要互助平行。每次使用六分仪之前，均应依次按以下三步校正来满足上述条要求

天文航海学试验业务指导书 一、 实验的目的 通过实验，使学生熟悉六分仪的结构、测角原理、方法和步骤。使学生能够正 确、快捷地使用六分仪观测天体高度。 二、 实验时数 4学时 三、 实验要求 1：了解六分仪的结构、测角原理及读数的正确读取。 2：掌握六分仪误差的检查、校正及测定方法。 3：掌握六分仪测天的要领、步骤及注意事项。 四、 主要设备 六分仪、秒表、 五、 主要步骤 1：六分仪的结构 六分仪有下列构件构成：（1）刻度弧（2）指标杆（3）动镜（4）定镜（5）微动 鼓轮（6）游标（7）滤光镜组（8）照明装置（9）松紧夹（10）手柄（11）调整螺丝 （12）单筒望远镜（13）镜筒支架（14）架体 2：测角原理 六分仪基于二条平面镜反射定理即：光线的入射角等于反射角；光线连续经过两 个平面镜反射，光线入射方向与最后反射出方向的夹角，等于两镜夹角的两倍。 3：测角读数的读取 六分仪的刻度弧上，从0 0向左到130 0叫主弧，读数为正。从0 0向右到5 0一小段弧长 叫余弧，读数为负。测角读数分别由刻度弧、鼓轮和游标尺三个部份读出。 六分仪测角读数为： （1）主弧读数 从分度弧读取整度数 从鼓轮读取分数 从游标读取分的小数 （2）余弧读数 余弧读数与主弧数大体相同，由于机械构造上的原理，鼓轮倒转时从60ˊ、 50ˊ、40ˊ.分数由大向小反向变化，指示臂才向右移动。因此，鼓轮倒转一周， 指示臂右移1º。所以，应用60ˊ减去从鼓轮和游标上读取的分和分的小数，其差为正 确读数。 4：航海六分仪的检查和校正 六分仪的测角误差主要有六个：其中三个为永久性误差，其余为可校正误差。 永久性误差： 永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的固定误差。 （1）偏心差：指标臂的转轴中心与刻度弧的圆心不重合。 （2）棱性差：动镜、固定镜及滤光片前后镜表面互助不平行，各镜表面不平而引起的 （3）刻度差：刻度弧、鼓轮和游标的分划度不准所致。 综合这三项系统误差叫六分仪的器差S，出厂前已测定好，可以从六分仪箱盖上的 鉴定书中，以测角为引数查取，供观测高度后的修正。 可校正误差： 准确的六分仪读数必须满足：动镜和定镜与刻度弧平面要垂直；指标臂指0°时， 动镜和定镜要互助平行。每次使用六分仪之前，均应依次按以下三步校正来满足上述 条要求

（1）垂直差（动镜差Perpendicularerror）原因：动镜面不垂直于刻度弧平面。检查与校正：将指标臂移至35。左右，左手平握六分仪，刻度弧朝外。眼晴置于动镜后，同时斜视动镜中的反射弧影与直接看到的真弧成一延续的弧线时，表示没有动镜差，如果不成一延续的弧线而产生高低位置时，表明动镜差存在，需要校正。可用校正板手慢慢转动镜面后的校正螺钉，边看边转动直到消除动镜差（反射和实际弧象位于同一弧线上）。（2）边差（定镜差Sideerror）原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。检查与校正：加适量滤光片，将指标臂放在0°，六分仪保持垂直对准太阳（或星体），并且慢慢地正、反转鼓轮，仔细观察太阳和其影象是否有左右公开现象。（3）指标差i的测定（Indexerror）0°与动、定两镜平行时的读数mo的符号相反，则有：i=0一mo原因：两镜平行时指标不指0°。检查与校正：①利用水天线测定指标差指标臂放在0°。，去掉滤光片，调好焦距。对准水线方向转动鼓轮，使直射和反射水天线一高一低现象严密相接成一直线。此时读数为mo，则i=0一m。②利用星体测定指标差观测星体高度时，应利用星体测定指标差。所选用的星体不宜太亮，这样能重合得准。高度也不宜过高，便于观测。测定方法与上述测水天线相同。③利用太阳测定指标差由于测太阳影象重合不易，所以一般均测影、实象上下相切。指标臂放在0，配好滤光片对准太阳，转动鼓轮，上切一次读数为m1，再下切一次读数为m2，两次相切读数的平均值等于两象重合的读数mo，即：因此，指标差I=0一mo用太阳测指标差的优点是可以检查观测的质量，下切读数m2与上切读数m之差等于太阳视半径的4倍，由观测求出太阳视半径：m2—m1R=4这样，测定的太阳视半径R可与《航海天文历》中列出当天太阳视半径值相比较。两者一致，说明观测可靠，所测指标差可用。如两者相差超过0。2，应重新测定指标差。最后应指出，当指标差超过6时，就应缩小它。方法是：将指标臂置于0%0、0处，通过调整定镜下面螺钉，使星体或水天线重合。调整指标差后，定镜的垂直性被破坏。因此，还得重新校正定镜的垂直性，再测定指标差，重复上述校正方法直至指标差小于6为止。5：观测前的准备工作（1）如室内外温度相差较大，应提前半小时左右将六分仪箱子放到室外遮阴的通风处，使六分仪逐渐适应露天的温度。(2）准备好观测记录簿、铅笔等。（3）检查、校正六分仪动镜、定镜，调整好望远镜焦距，根据需要选配好滤光片。（4）测定指标差、记下观测值。6：观测天体高度的注意事项

（1）垂直差（动镜差Perpendicular error） 原因：动镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：将指标臂移至35°左右，左手平握六分仪，刻度弧朝外。眼睛置于动镜 后，同时斜视动镜中的反射弧影与直接看到的真弧成一延续的弧线时，表示没有动镜 差，如果不成一延续的弧线而产生高低位置时，表明动镜差存在，需要校正。可用校 正板手慢慢转动镜面后的校正螺钉，边看边转动直到消除动镜差（反射和实际弧象位 于同一弧线上）。 （2）边差（定镜差Side error） 原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：加适量滤光片，将指标臂放在0°，六分仪保持垂直对准太阳（或星 体），并且慢慢地正、反转鼓轮，仔细观察太阳和其影象是否有左右公开现象。 （3）指标差i的测定（Index error） 0°与动、定两镜平行时的读数m0的符号相反，则有：i=0－m0 原因：两镜平行时指标不指0°。 检查与校正： ①利用水天线测定指标差 指标臂放在0°，去掉滤光片，调好焦距。对准水线方向转动鼓轮，使直射和反射 水天线一高一低现象严密相接成一直线。此时读数为m0，则i＝0—m。 ②利用星体测定指标差 观测星体高度时，应利用星体测定指标差。所选用的星体不宜太亮，这样能重合 得准。高度也不宜过高，便于观测。测定方法与上述测水天线相同。 ③利用太阳测定指标差 由于测太阳影象重合不易，所以一般均测影、实象上下相切。指标臂放在0 0，配 好滤光片对准太阳，转动鼓轮，上切一次读数为m1，再下切一次读数为m2，两次相切 读数的平均值等于两象重合的读数m0，即：因此，指标差I=0—m0 用太阳测指标差的优点是可以检查观测的质量，下切读数m2与上切读数m1之差等于太 阳视半径的4倍，由观测求出太阳视半径： m2——m1 R=—————— 4 这样，测定的太阳视半径R⊙可与《航海天文历》中列出当天太阳视半径值相比较。两 者一致，说明观测可靠，所测指标差可用。如两者相差超过0ˊ。2，应重新测定指标 差。 最后应指出，当指标差超过6 /时，就应缩小它。方法是：将指标臂置于0 000 /、0 处，通过调整定镜下面螺钉，使星体或水天线重合。调整指标差后，定镜的垂直性被 破坏。因此，还得重新校正定镜的垂直性，再测定指标差，重复上述校正方法直至指 标差小于6 /为止。 5：观测前的准备工作 （1）如室内外温度相差较大，应提前半小时左右将六分仪箱子放到室外遮阴的通风 处，使六分仪逐渐适应露天的温度。 （2）准备好观测记录簿、铅笔等。 （3）检查、校正六分仪动镜、定镜，调整好望远镜焦距，根据需要选配好滤光片。 （4）测定指标差、记下观测值。 6：观测天体高度的注意事项

（1）观测位置要合适，要选在避风、避浪、避震、视野宽阔，测天要迅速而准确。水天线不清时，位置低些好。风浪大时，水天线呈锯齿波形，位置高些好。（2）当太阳下方有云层，海上有薄雾或临近两种不同颜色海水交汇的海面时，在天边往往呈现一条或儿条阴影和水天线相混淆。这时，应注意识别真假水天线，用望远镜能够隐约地到最高、最远的一条是真水天线。（3）掌握六分仪的技术质量状况。7：观测天体高度的要领将指标臂移到0，竖拿六分仪，望远镜对准观测的天体，调整好焦距。如测太阳，还应选配滤光片，由于望远镜的视野有限，可微左眼协助搜索，直到要观测的天体出现在望远镜的视野内。这时在定镜右半侧镜子中看到的便是要观测的天体的反射影像。然后，左手捏紧指标杆的弹簧夹。右手握住把手慢慢地向下转动六分仪架体，使望远镜逐渐朝向水天线，而左手则平稳地调整指标杆，保持天体的反射影像在望远镜的视野中，直到同时看到天体和水天线为止。如测太阳，则在望远镜光轴已基本转到水天线位置时，移开定镜前的深色滤光片或改用浅色的。接着转动鼓轮，调整天体反射影像的位置。如天体在下降，把天体反射影像拉到水天线上面一点；如天体在上开，则把天体反射影像拉到水天线下面一点。若观测太阳或月亮，则是以准备观测的上边缘或下边缘为基准，来调整它的反射影像的位置。通常是测太阳的下边高度，上午观测，太阳高度在上升把它的下边缘与水天线重叠稍许，重叠部份看起来象个白点；下午观测，太阳高度在下降，则把它的下边缘拉到水天线的上方，略微离开一点，两者的间隙象是自段黑线，在白点消失或黑线断开的瞬间，就是准确相切的时间。如果是观测星体，则事先用星球仪或索星卡求出观测刻天体的概略高度和方位。把天体高度定在六分仪上，然后将望远镜略向天体方位方向的水天线，以六分仪垂线为轴线，沿水天线左右来回搜索，直到要观测的天体反射影象出现在望远镜视野内，然后，转动鼓轮，调整天体反射影像的位置，如同上述。测量高度时，要求六分仪刻度弧平面与天体垂直圈重合，即要求六分仪刻度弧平面垂直于水天线，而且与天体的方位一致。找天体垂直圈的方法是：以望远镜光轴为轴，左右摇摆六分仪，则在望远镜视野中看到天体的反射影像也作弧线状的摆动。弧线的最低点是天体垂直圈的方向，测者应转动身体，调整六分仪望远镜的方向，使弧线的最低点处于望远镜视野中央，这样六分仪的方向和天体方位一致，即六分仪处于垂直位置了。在等待相切的过程中，由于天体方位不断变化，天体垂直圈也随之改变，天体反射影像摆动弧线的最低点也随之在水天线上移动。因此应继续摆动六分仪，让天体反射影像继续划出弧线，测者继续调整望远镜方向，以保持弧线最低点处于望远镜视野中央。随着天体反射影像逐渐接近水天线，摆幅也应随之减小，等待天体反射影像在视野中央弧线最低点上与水天线准确相切。要领可归纳为：大摆找切线，小摆找切点，微摆等相切。当天体反射影像与水天线刚好相切时，立即启动或按停秒表，以便确定测天时的世界时。六、注意事项由于测天的时间问题，该项实验有时要在中午（中天）、早晚（测星）进行

（1）观测位置要合适，要选在避风、避浪、避震、视野宽阔，测天要迅速而准确。水 天线不清时，位置低些好。风浪大时，水天线呈锯齿波形，位置高些好。 （2）当太阳下方有云层，海上有薄雾或临近两种不同颜色海水交汇的海面时，在天边 往往呈现一条或几条阴影和水天线相混淆。这时，应注意识别真假水天线，用望 远镜能够隐约地到最高、最远的一条是真水天线。 （3）掌握六分仪的技术质量状况。 7：观测天体高度的要领 将指标臂移到0，竖拿六分仪，望远镜对准观测的天体，调整好焦距。如测太阳， 还应选配滤光片，由于望远镜的视野有限，可微睁左眼协助搜索，直到要观测的天体 出现在望远镜的视野内。这时在定镜右半侧镜子中看到的便是要观测的天体的反射影 像。然后，左手捏紧指标杆的弹簧夹。右手握住把手慢慢地向下转动六分仪架体，使 望远镜逐渐朝向水天线，而左手则平稳地调整指标杆，保持天体的反射影像在望远镜 的视野中，直到同时看到天体和水天线为止。如测太阳，则在望远镜光轴已基本转到 水天线位置时，移开定镜前的深色滤光片或改用浅色的。接着转动鼓轮，调整天体反 射影像的位置。如天体在下降，把天体反射影像拉到水天线上面一点；如天体在上 升，则把天体反射影像拉到水天线下面一点。若观测太阳或月亮，则是以准备观测的 上边缘或下边缘为基准，来调整它的反射影像的位置。通常是测太阳的下边高度，上 午观测，太阳高度在上升把它的下边缘与水天线重叠稍许，重叠部份看起来象个白 点；下午观测，太阳高度在下降，则把它的下边缘拉到水天线的上方，略微离开一 点，两者的间隙象是自段黑线，在白点消失或黑线断开的瞬间，就是准确相切的时 间。 如果是观测星体，则事先用星球仪或索星卡求出观测刻天体的概略高度和方位。 把天体高度定在六分仪上，然后将望远镜略向天体方位方向的水天线，以六分仪垂线 为轴线，沿水天线左右来回搜索，直到要观测的天体反射影象出现在望远镜视野内， 然后，转动鼓轮，调整天体反射影像的位置，如同上述。 测量高度时，要求六分仪刻度弧平面与天体垂直圈重合，即要求六分仪刻度弧平 面垂直于水天线，而且与天体的方位一致。找天体垂直圈的方法是：以望远镜光轴为 轴，左右摇摆六分仪，则在望远镜视野中看到天体的反射影像也作弧线状的摆动。弧 线的最低点是天体垂直圈的方向，测者应转动身体，调整六分仪望远镜的方向，使弧 线的最低点处于望远镜视野中央，这样六分仪的方向和天体方位一致，即六分仪处于 垂直位置了。在等待相切的过程中，由于天体方位不断变化，天体垂直圈也随之改 变，天体反射影像摆动弧线的最低点也随之在水天线上移动。因此应继续摆动六分 仪，让天体反射影像继续划出弧线，测者继续调整望远镜方向，以保持弧线最低点处 于望远镜视野中央。随着天体反射影像逐渐接近水天线，摆幅也应随之减小，等待天 体反射影像在视野中央弧线最低点上与水天线准确相切。 要领可归纳为：大摆找切线，小摆找切点，微摆等相切。 当天体反射影像与水天线刚好相切时，立即启动或按停秒表，以便确定测天时的 世界时。 六、注意事项 由于测天的时间问题，该项实验有时要在中午（中天）、早晚（测星）进行