ASTRONOMISCHE NAVIGATIE

Astronomische Navigatie houdt in de plaatsbepaling door middel van de hoogtemeting van hemellichamen als zon en sterren. In principe is het instrument daartoe een sextant. Maar met eenvoudige hulpmiddelen en materialen als hout, papier, karton, touw, spiegelglas  en vindingrijkheid zijn er ook mogelijkheden. Zoals het maken van een kwadrant, een octant of een sextant.

Hoogtemeting van hemellichamen

In de huidige tijd wordt er genavigeerd op satellietnavigatie, verschijnen posities en locaties op digitale beeldschermen. Tot minder dan een halve eeuw geleden navigeerden zeelieden, maar ook piloten in de luchtvaart op de zon, de planeten en de sterren. Dat deden zij met behulp van een sextant en exacte tijdwaarneming. Op deze pagina grijpen we terug naar deze hulpmiddelen, al ontdekkende hoe de astronomische navigatie ofwel de astronavigatie nog altijd werkt. Door de hoogte boven de horizon te meten van hemellichamen met behulp van een zelfgemaakt sextant, een kwadrant en een meetlat. De principes van de astronomische navigatie.

Navigeren op de Poolster

Zeelieden zoals de Vikingen bemerkten dat hoe meer noordwaarts zij voeren, hoe meer de Poolster hoger aan de nachtelijke hemel boven hen kwam te staan. Zeilden zij zuidwaarts dan zagen zij de Polaris lager aan de hemel en dichter bij de horizon. Op de evenaar van de aarde staat de Polaris ofwel Poolster (indien waarneembaar) vlak boven de horizon, recht in het noorden. Daarmee fungeerde de Poolster ook als een ‘kompas’, een aanduiding voor de noordelijke richting. Maar ook als aanduiding van hun positie op aarde. Of zij de aarde als bolvormig of plat beschouwden, dat blijft in deze een vraag. Maar voor de Vikingen gold: hoe lager de Poolster, hoe verder van huis.

Sterrenbeeld Grote – en Kleine Beer met voor de navigatie geselecteerde sterren

Sterhoogte meten met een kwadrant

Een leuk experiment is het maken van een kwadrant uit stevig papier of hout. In een klein uurtje tijd is er wel een kwadrant gezaagd uit bijvoorbeeld een plaat multiplex, een houten knop aan de achterzijde gelijmd voor houvast, een gaatje in diezelfde hoek geboord om het touwtje van het schietlood te doen, met een lus om de houten knop. Met pen, potlood of likjes verf zo nauwkeurig mogelijk een verdeling booggraden op de rand, met eventueel de breedtegraden op 66°33’ de noordelijke- en de zuidelijke poolcirkels. Allemaal zo nauwkeurig mogelijk, een graad op de houten rand van het kwadrant is vertaald naar de aardbol een afstand van 60 Zeemijlen ofwel zo’n 111,12 kilometer. Maar het is een mooie bevinding dat het werkt. Richt bij een heldere hemel op de Poolster en je leest de breedtegraad af. Een andere ‘methode’ is de onderstaande: een kartonnen kwadrant zoals op onderstaande foto met houtlijm lijmen op een houten achtergrond. Een handgreep aan de achterzijde, en blank lakken van zowel de voor- als achterzijde maakt er een duurzaam instrument van.

Sterrenbeeld Orion en omgeving met voor de navigatie geselecteerde sterren

Kwadrant

Astronomische Navigatie
Kartonnen kwadrant aangebracht op multiplex, voorzien van RVS gewicht
astronomische navigatie met een kwadrant
Hoogtemeting met kwadrant

Sterhoogte meten met een kwadrant

In de rechte hoek van het kwadrant is een schietlood bevestigd, dat vrij naar beneden hangende loodrecht op de horizon en richting het middelpunt van de aarde zal staan, en in het verlengde van het schietlood boven de Aangenomen Waarnemer het Zenit aan zal duiden. Het principe is dat de Aangenomen Waarnemer zo nauwkeurig mogelijk over de zijde heenkijkende de Polaris ofwel Poolster in het zicht neemt, met de rechte hoek van het kwadrant van zich af. Het vrij naar beneden (ofwel naar het middelpunt van de aarde wijzende en recht op de schijnbare horizon staande) schietlood duidt een aantal booggraden aan. Anders dan bij een hoogtemeting met een sextant is een zichtbare horizon niet nodig, als de Poolster maar wordt gezien. Omdat de Poolster ofwel Polaris in het verlengde van de denkbeeldige aardas staat komt het aantal afgelezen booggraden overeen met de breedte waarop de Aangenomen Waarnemer zich bevindt.

Astronomische Navigatie
Hoogte van de Poolster: Poolshoogte Ho° = Breedte AW°

Disclaimer:

Niet toepasbaar op de zon, uitsluitend op de maan, sterren en planeten.
Zonlicht brengt ernstig en verblindend letsel aan het menselijk oog!

Sterhoogte bepalen met een meetlat

Hoogtemeting met een meetlat
De hoogte van een hemellichaam kan genomen worden met een meetlat, waarbij de ‘lengtematen’ omgezet kunnen worden in ‘booggraden’ volgens Henk Bezemer

Een ‘maak het zelf’ instrument om de hoogte in booggraden van hemellichamen te meten is de volgende: vele malen goedkoper en simpeler dan een sextant maar best nauwkeurig: Neem een meetlat met een onderverdeling in centimeters. We weten: de omtrek van een cirkel omvat 360°. Uit de formule Pi * D (ca. 3,14 maal de diameter van de cirkel) kan de omtrek van de cirkel worden bepaald.

Omtrek = π * d
360° = π * d
360° = π * 2 r

Bij een omtrek van 360 centimeter komt iedere centimeter van de omtrek van die cirkel overeen met 1°. De diameter volgt uit 360° / 3,14 = 114,6 centimeter. Gedeeld door twee geeft de straal R = 57,3 centimeter. Nemen we een touwtje van 57,3 centimeter lengte aan de lineaal zoals op de tekening tussen de tanden, dan kan iedere centimeter op de meetlat beschouwen als 1° van de boog en iedere millimeter als 6’. Één graad is verdeeld in 60′ en één centimeter in 10 millimeters, dus een millimeter op de meetlat bedraagt 60’ / 10 = 6′.

Disclaimer:

Niet toepasbaar op de zon, uitsluitend op de maan, sterren en planeten.
Zonlicht brengt ernstig en verblindend letsel aan het menselijk oog!

Zelfbouw oefensextant 1

Een sextant is een kostbaar instrument. Toebehorend aan de noodzakelijke uitrustingstukken van zeeschepen voor de plaatsbepaling op volle zee. Zelfs bij wet verplicht dient er een sextant aanwezig te zijn wanneer het vaargebied dat vereist, mochten electronica satellietnavigatiesystemen falen. In zekere zin is het bezit van een sextant ook een statussymbool. Natuurlijk kunnen kapiteins en stuurlieden gebruik maken van het aan boord bevindende sextant. Maar een eigen sextant wil wel wat zeggen. Nog altijd is een sextant een kostbaar bezit, al blijft het in de huidige tijd veelal ongebruikt opgeborgen. Uit pure nostalgie gaan we proberen een werkend oefensextant maken. Met eenvoudig gereedschap uit multiplex. Hoe nauwkeurig kunnen we een werkend instrument construeren?

Hout en eenvoudig gereedschap

Als gereedschap gebruiken we een figuurzaag, vijlen, een boormachine en schuurpapier. Hoe nauwkeurig kunnen we het meetinstrument maken, met in gedachten de instrumentmakers uit de zestiende en zeventiende eeuw? Maar ook de vraag waar we in de praktijk tegenaan gaan lopen. Zoals de passing van de bewegende delen en de positie van de spiegels en de kijker. Wat het zonnefilter betreft: het zonlicht temperen is noodzakelijk om de ogen niet te beschadigen. De vroege instrumentmakers bedachten daar van alles voor, van de glaasjes in met roet of vet, wij zoeken het in gekleurd glas. Wij bedenken iets anders. Hierbij de maak van het instrument stap voor stap.

Homemade sextant
Uit multiplex zijn de onderdelen gezaagd voor een zelfbouw oefensextant sextant

Kimspiegel, indexspiegel, merktekens

In grote lijnen is er wel een idee hoe het oefensextant eruit gaat zien en hoe één en ander te maken. Maar helemaal vast ligt het plan niet. Zo bleek tijdens het maken dat de horizon- of kimspiegel dichter bij het menselijk ook moest worden gebracht voor een goed beeld. Waarbij gelijk het idee kwam om de kimspiegel een draaipunt te geven, om een ‘0º instelling’ mogelijk te maken. Een andere uitdaging waren de merktekens op de rand, hoe deze aan te brengen. Pennenstrepen, inkepingen? De brainwave kwam: een zaagsnede en deze met contrasterend materiaal vullen. Weliswaar alleen nog bruikbaar voor grove metingen van 10º. Over tussenliggende aanduidingen denken we nog na, eveneens over een vizier.

De spiegels zijn met tweecomponentenlijm op het hout gelijmd, beide spiegels staan haaks op het frame en op de indexarm. De indexspiegel staat vast op de beweegbare indexarm, de kimspiegel kan worden versteld om te komen tot een 0° instelling.

Gradenboog

De grove gradenboog op de buitenrand blijft nog wel een punt. Van streep tot streep worden 10° (booggraden) geteld, ofwel 600’ (boogminuten). In 1° bevinden zich 60’ wat overeenkomt met 60 Zeemijlen over een grootcirkel zoals een meridiaan of de evenaar. 1 Zeemijl meet een afstand van 1852 meter. 1° over een grootcirkel meet daarmee afgerond 111,1 kilometer. Nauwkeurige metingen en plaatsbepaling zoals met een ‘echt’ sextant gaan we dus niet bereiken. De aflezing blijft grof. Desondanks komen er merktekens om de 5° op de boogrand.

Vizier

Een eerste vizier is er gemaakt van een blokje hout en daar een conisch gat in geveild. Maar dit vizier was meer hinderlijk dan functioneel, het zicht bleef ook na verruimen van het kijkglas te klein. Zonder vizier bleek het instrument functioneler dan met. Toch is het belangrijk om het menselijk oog in een bepaalde positie te brengen ten opzichte van de horizonspiegel. Het vizier is een eenvoudig kijkgat geworden. En dat werkt goed. Dan terug naar de gradenboog: tussen de 10° zijn nu de 5° aangebracht, ook zijn er extra merktekens aangebracht aan het begin en einde van de schaal om de omvang van de gradenboog te vergroten.

Homemade sextant
Het vizier is zo aangebracht dat de kimspiegel volledig in het oog komt

Zonnefilters ontbreken

Zoals het oefensextant nu is kan het alleen gebruikt worden voor waarneming van sterren en aardse objecten. Maar onontkoombaar wordt bij het ‘zonnetje schieten’ het menselijk oog blootgesteld aan de zon. Met grote kans op letsel of blindheid! Via de spiegels schijnt de zon immers recht in het oog, wordt recht in de zon gekeken.

Disclaimer:

Niet toepasbaar op de zon, uitsluitend op de maan, sterren en planeten.
Zonlicht brengt ernstig en verblindend letsel aan het menselijk oog!

Zelfbouw Sextant 2 (klik op afbeelding)

Homemade sextant
Een tweede zonnefilter gemaakt met een dubbele sterkte, met twee UV-glazen op elkaar aangebracht. Zo kan er gekozen worden tussen ‘enkel-‘ en ‘dubbelglas’.

Astronomische Navigatie

Zonnetje schieten

De bovenstaande uitleg en benaderingen zijn zo betrouwbaar mogelijk uitgelegd. Maar de uitleg geeft geen garantie tot een veilige navigatie ter land, ter zee of in de lucht. Het bovenstaande is uitsluitend bedoeld om het begrip van en de belangstelling voor de astronomische navigatie te verbreden.