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六分儀は、2つの可視物体間の角度距離を測定する、二重反射式の航海計器です。主な用途は、天体航法において天体と地平線との間の角度を測定することです。
この角度、つまり高度を推定することは、対象物を視認または射撃すること、または視準を取ることとして知られています。角度と測定された時刻は、海図または航空図上の位置線を計算するために使用できます。たとえば、正午に太陽を、または（北半球では）夜に北極星を視認して、緯度を推定します（視準補正を使用）。ランドマークの高さを視認すると、距離の尺度が得られ、水平に保持された六分儀は、チャート上の位置のためにオブジェクト間の角度を測定できます。[ 1 ]六分儀は、月と他の天体（星や惑星など）の間の月の距離を測定して、グリニッジ標準時、ひいては経度を決定するためにも使用できます。
この装置の原理は、1731年頃にジョン・ハドレーとトーマス・ゴッドフリーによって初めて実装されましたが、後にアイザック・ニュートンの未発表の著作にも見られました。[ 2 ]
1922年、ポルトガルの航海士であり海軍士官でもあったカルロス・ヴィエガス・ガゴ・コウティーニョは、航空航法用に六分儀を改良した。
デイビス四分儀と同様に、六分儀は天体を測定器本体ではなく地平線に対して測定できるため、非常に高い精度が得られます。また、バックスタッフとは異なり、六分儀は星を直接観測できるため、バックスタッフでは難しい夜間でも使用できます。太陽観測には、フィルターを使用することで太陽を直接観測できます。
測定は地平線を基準とするため、測定指針は地平線まで届く光線となる。したがって、測定精度は機器の角度精度によって制限され、航海用アストロラーベや同様の古い機器のようにアリダードの長さの正弦誤差によって制限されることはない。
六分儀は相対的な角度を測定するため、必ずしも完全に安定した照準を必要としません。例えば、航行中の船上で六分儀を使用する場合、視野内では地平線と天体の像が共に動きます。しかし、2つの像の相対的な位置関係は一定に保たれるため、天体が地平線に接するタイミングをユーザーが判断できれば、動きの大きさに比べて測定精度は高いまま維持されます。
六分儀は（現代の多くの航海機器とは異なり）電気や（GPSのような）人間が制御する信号に依存しません。そのため、船舶にとって非常に実用的な予備航海ツールと考えられています。
六分儀のフレームは、円の約 1/6 (60°) の扇形をしており、 [ 3 ]そのためその名前が付けられています ( sextāns、sextantisはラテン語で「6 分の 1」を意味します)。より小さいものと大きいものの両方の機器が使用されています (または使用されていました)。 八分儀、五分儀(または五分儀)、および (二重反射) 四分儀[ 4 ]は、それぞれ円の約1/8 (45°)、円の1/5 (72°)、 および円の1/4 (90°) の扇形をカバーします。これらの機器はすべて「六分儀」と呼ばれることがあります。
フレームには、「水平鏡」、インデックスミラー を動かすインデックスアーム、照準望遠鏡、サンシェード、目盛付きスケール、および正確な測定のためのマイクロメータードラムゲージが取り付けられています。目盛は、インデックスアームが回転する角度の2倍を目盛が示すようにする必要があります。八分儀、六分儀、五分儀、四分儀の目盛は、それぞれ0°未満から90°、120°、140°、180°まで目盛されています。たとえば、図示されている六分儀は、-10°から142°まで目盛がされていますが、これは基本的に五分儀です。フレームは、インデックスアームの支点で76°の角度をなす円の扇形です。
目盛りを2倍にする必要があるのは、固定光線（鏡の間）、物体光線（視準対象物からの光線）、および指標鏡に垂直な法線の方向の関係を考慮すると明らかです。指標アームが例えば20°移動すると、固定光線と法線の間の角度も20°増加します。しかし、入射角は反射角と等しいので、物体光線と法線の間の角度も20°増加する必要があります。したがって、固定光線と物体光線の間の角度は40°増加する必要があります。これが図に示されているケースです。
現在市販されている水平鏡には2種類あります。どちらのタイプも良好な結果が得られます。
伝統的な六分儀には、視野を二分割する半水平鏡が備えられています。片側には地平線が、もう片側には天体が見えます。このタイプの六分儀の利点は、地平線と天体の両方が明るく鮮明に見えることです。これは、地平線や観測対象の星が見えにくい夜間や霞がかかった状況で特に有効です。ただし、天体の最下端が地平線に接するように、天体を掃引する必要があります。
全地平線六分儀は、地平線を全面に映し出すために、半分銀メッキされた地平線鏡を使用します。これにより、天体の下端が地平線に接する瞬間を容易に確認できます。しかし、観測対象は太陽や月がほとんどであり、曇天でない限り霞が発生することは稀であるため、半地平線鏡の低照度下での利点は、実際にはあまり重要ではありません。
どちらのタイプでも、鏡が大きいほど視野が広くなり、天体を見つけやすくなります。現代の六分儀は5cm 以上の鏡を備えていることが多いのに対し、19世紀の六分儀は2.5cm（1インチ）を超える鏡を備えているものはほとんどありませんでした。これは主に、精密な平面鏡の製造コストと銀メッキ コストが低下したためです。
人工水平儀は、霧、月明かりのない夜、無風状態、窓越しに観測する場合、あるいは木々や建物に囲まれた土地で観測する場合など、水平線が見えない状況で役立ちます。人工水平儀には、大きく分けて2つの一般的な設計があります。1つは、風を遮る水槽を設置し、物体とその反射像との距離を測って2で割るというシンプルな方法です。もう1つは、気泡の入った液体入りの管を六分儀に直接取り付ける方法です。
ほとんどの六分儀には、太陽を観測したり、霞の影響を軽減したりするためのフィルターが備えられています。これらのフィルターは通常、濃淡の異なる複数のガラスで構成されており、単独で使用することも、組み合わせて使用することで、霞や太陽の明るさを軽減できます。ただし、フィルターのフレームを回すことで濃淡を調整できる、偏光フィルター付きの六分儀も製造されています。
ほとんどの六分儀には、視認用に1倍または3倍の単眼鏡が取り付けられています。多くのユーザーは、より広く明るい視野を持ち、夜間でも使いやすいシンプルな照準管を好みます。航海士の中には、月明かりのない夜に水平線を確認するために、光増幅式の単眼鏡を取り付ける人もいます。また、照明付きの人工水平儀を使用することを好む人もいます。
プロの六分儀は、クリックストップ式の度数測定と、1分（1/60度）まで読み取れるウォーム調整機構を使用します。ほとんどの六分儀には、ウォームダイヤル上に0.1分まで読み取れるバーニアも付いています。1分の誤差は約1海里なので、天体航法の最高の精度は約0.1海里（190m ）です。海上では、数海里以内の精度であれば、目視範囲内で許容範囲内です。熟練した経験豊富な航海士は、約0.25海里（460m ）の精度で位置を特定できます。[ 5 ]
温度変化によって六分儀の弧が歪み、不正確さが生じる可能性があります。多くの航海士は、六分儀を船室の外に置いて外気温と平衡状態になるように、耐候性ケースを購入します。標準的なフレーム設計（図を参照）は、温度変化による角度誤差の差を均一化するように設計されています。ハンドルは弧とフレームから分離されているため、体温によってフレームが歪むことはありません。熱帯地域で使用する六分儀は、太陽光を反射して比較的低温を保つために、白く塗装されていることがよくあります。高精度六分儀は、インバー（特殊な低膨張鋼）製のフレームと弧を備えています。一部の科学用六分儀は、さらに膨張率の低い石英やセラミックで作られています。多くの市販の六分儀は、低膨張の真鍮またはアルミニウムを使用しています。真鍮はアルミニウムよりも膨張率が低いですが、アルミニウム製の六分儀は軽量で、使用時の疲労も少なくなります。手の震えが少ないため、より正確であると言う人もいます。真鍮製の頑丈なフレームを持つ六分儀は、強風時や荒波の中でも揺れにくいという利点がありますが、前述の通り重量はかなり重くなります。アルミニウム製のフレームと真鍮製の弧を持つ六分儀も製造されています。結局のところ、六分儀は航海士一人ひとりにとって非常に個人的なものであり、それぞれが自分に最も適した機能を備えたモデルを選ぶことになります。
航空機用六分儀は現在生産されていませんが、特別な機能を備えていました。ほとんどの六分儀には、天井の窓から視準できるように人工水平儀が備えられていました。また、人工水平儀の液体のランダムな加速度を補正するために、視準ごとに数百回の測定を行う機械式平均器を備えたものもありました。古い航空機用六分儀には2つの視準経路があり、1つは標準的なもので、もう1つはオープンコックピットの航空機で使用するために設計されたもので、膝の上に置いた六分儀の真上から視準できるようになっていました。より新しい航空機用六分儀は潜望鏡式で、胴体上部に小さな突起があるだけでした。これらの六分儀では、航法士は事前に視準を計算し、観測された機体の高さと予測された機体の高さの差を記録することで、機体の位置を判断しました。
太陽、恒星、または惑星と地平線の間の角度の観測（または測定）は、可視地平線を使用して六分儀に取り付けられた「星望遠鏡」で行われます。海上の船では、霧の日でも、より明確で良好な地平線を得るために、水面から低い高さから観測を行うことができます。航海士は六分儀を右手に持ち、指で弧に触れないようにします。[ 6 ]
太陽観測では、反射光を抑えるためにフィルターを使用します。例えば、インデックスミラーと水平ミラーの両方を覆う「シェード」は、目の損傷を防ぐように設計されています。まず、インデックスバーをゼロに設定し、シェードで両方のミラーを覆った状態で、望遠鏡を通して両方のミラーに太陽が見えるようになるまで六分儀を太陽に向け、次に、太陽の真下の水平線が両方のミラーに見えるまで垂直に下げます。水平線をより鮮明に見るためには、水平ミラーのシェードを跳ね上げる必要があります。インデックスバーを解放し（クランプネジを緩めるか、最新の機器ではクイックリリースボタンを使用）、目盛りのより高い値に移動させると、最終的に太陽の像がインデックスミラーに再び現れ、水平ミラーの水平線とほぼ同じ高さに合わせることができます。次に、インデックスバーの端にある微調整ネジを回して、太陽の下側の曲線（下縁）が水平線にちょうど触れるようにします。望遠鏡の軸を中心に六分儀を「振る」ことで、測定器を垂直に保持した状態で読み取りが行われます。次に、付属のマイクロメーターまたはバーニアスケールを使用して、弧上の目盛りから視角を読み取ります。同時に、視を行った正確な時刻と、海抜からの目の高さも記録する必要があります。[ 6 ]
別の方法としては、航海表から太陽の現在の高度（角度）を推定し、その角度にインデックスバーをアーク上に設定し、インデックスミラーにのみ適切な遮光板を取り付け、望遠鏡に太陽光線が閃くまで機器を左右に動かして、地平線に直接向けます。その後、上記と同様に微調整を行います。この方法は、星や惑星の観測には成功する可能性が低いです。[ 6 ]
星や惑星の観測は通常、夜明けや夕暮れ時の航海薄明時に行われ、天体と海の水平線の両方が見える。天体は望遠鏡の中では単なる点として見えるため、遮光板を使用したり、下縁を区別したりする必要はない。月も観測できるが、非常に速く動いているように見え、時間によって大きさが異なり、月の満ち欠けによって下縁または上縁しか区別できない場合もある。[ 6 ]
観測が行われた後は、いくつかの数学的手法を用いて位置を特定します。最も単純な観測値算出方法は、観測対象の天体の等高度円を地球儀上に描くことです。その円と推測航法による軌跡、あるいは別の観測結果との交点から、より正確な位置が求められます。
六分儀は、例えば天体同士の間や陸上のランドマーク間の角度など、他の可視角度を非常に正確に測定するために使用できます。水平に使用すれば、六分儀は灯台と教会の尖塔などの2つのランドマーク間の見かけの角度を測定でき、それによって（2つのランドマーク間の距離が既知であれば）沖合または海までの距離を求めることができます。垂直に使用すれば、高さが既知の灯台の灯室と基部の海面との間の角度の測定も、沖合までの距離を求めるために使用できます。[ 6 ]
この機器は感度が高いため、ミラーの調整が狂いやすい。そのため、六分儀は頻繁に誤差をチェックし、必要に応じて調整する必要がある。
航海士が調整できるエラーは4つあり、以下の順序で修正する必要があります。
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