1. 六分儀(yi) 的構造

六分儀(yi) 是一種光學儀(yi) 器，可以測量遠方兩(liang) 個(ge) 目標之間的夾角——最常用的是測量天體(ti) 與(yu) 海（地）平線或天體(ti) 與(yu) 天體(ti) 之間的夾角。測出夾角，再查得當天太陽直射點的緯度，就能確定觀測者所在的緯度。這對航海有重大意義(yi) 。自18世紀麵世以來，六分儀(yi) 一直是重要的定位和導航工具。

  

 

六分儀(yi) 簡化之後，就是這樣。

   

包括兩(liang) 大部分。第一部分，包括架體(ti) 、分度弧、望遠鏡、半透明半反射的地平鏡，都是固定住的。

   

這個(ge) 角是60度，但分度弧的刻度是0度到120度。

   

另一部分，是指標臂，以及固定在指標臂上的指標鏡。

   

 

地平鏡與(yu) 指標臂歸零時的指標鏡平行。

   

為(wei) 了更簡化，這裏設定指標臂歸零時，地平鏡、指標鏡、0刻度線，三者平行。

2. 六分儀(yi) 的使用

觀測者通過望遠鏡和地平鏡，注視著遠方的海平線。上中天的太陽，其光線射向了指標鏡。

 

轉動指標臂，讓陽光反射到地平鏡上。觀測者的視野裏，開始出現太陽的影像。六分儀(yi) 的原理動畫如下：

 

當太陽影像與(yu) 海平線相切時，指標臂的指針對準的刻度，就是太陽此時的高度角（太陽高度角就是太陽光的入射方向和地平麵之間的夾角）。六分儀(yi) 的原理動畫:

 

這是極度簡化的操作方法。實際使用時，要有校準和調整的步驟，還要確保六分儀(yi) 垂直於(yu) 地麵（以望遠鏡的光軸為(wei) 軸心，讓整個(ge) 六分儀(yi) 左右搖擺，使得視野中的太陽影像對海平線作鍾擺運動時，不會(hui) 下沉到海平線以下）。並且，使用六分儀(yi) 測天體(ti) 高度，不是隻測一次就得出結論，而是要連續多次測量。

另外，更多時候，是先對準太陽，讓陽光從(cong) 地平鏡和望遠鏡中通過，再慢慢地將海平線拉入視野。

當然了，一開始不必了解這麽(me) 細，先知道大概的原理就行。

有一點需要說明，人類的眼睛不是鈦合金狗眼，承受不住正午陽光的直射，所以六分儀(yi) 裝上了可以活動的濾光片。

 

3. 六分儀(yi) 的原理

現在我們(men) 來看六分儀(yi) 測量天體(ti) 高度角的原理。以下就是證明的過程（其實就是一道初中的幾何證明題，非常簡單）：

   

指標臂角度歸零的時候，地平鏡、指標鏡和0刻度線，這三者是平行的。所以∠2，其實也等於(yu) 指標鏡與(yu) 0刻度線的夾角。

有些六分儀(yi) 的地平鏡，用的不是半反半透的鏡片，而是由一半鏡子一半玻璃拚接而成的。用起來都差不多。

   

4. 怎樣算出自身所在的緯度

觀測者用六分儀(yi) 測到了正午太陽高度角，再從(cong) 天文曆上查到當天的赤緯角（地球赤道平麵與(yu) 太陽和地球中心的連線之間的夾角，其實也就是太陽直射點的緯度）。

 

  有了正午太陽高度角和赤緯角（太陽直射點的緯度）這兩(liang) 項數據，觀測者就知道自己所在的緯度了。

太陽高度角=90°-|觀測者緯度±太陽直射點的緯度|（同減異加——觀測者和太陽直射點都在赤道的同一邊，就用“-”號；如果在赤道的兩(liang) 邊，就用“+”號）

正午太陽高度角、太陽直射點的緯度、觀測者的緯度，這3個(ge) 量，隻要知道其中任意兩(liang) 個(ge) ，就可以求出第三個(ge) 。

如果測量的是北極星，那就更方便了。北極星的高度角，就可以直接看做是當地的緯度，連天文曆都不用查。

5. 怎樣求經度

現在，緯度已經求出來了。經度該如何求呢？

舉(ju) 個(ge) 例子，假設你的鍾表，顯示的是你出發地的時間。在出發地，太陽上中天的時間是中午12點。而現在，才11點太陽就上中天了。這說明，你現在的位置在出發地的東(dong) 邊，經度相差15度。

 

  現在已經算出了觀測者所處的經度。如果還想更精確一點，就得校正平太陽日和真太陽日的差值所帶來的誤差。

真太陽日，是太陽連續兩(liang) 次經過上中天的時間間隔，也就是一天真正的長度。真太陽日，是長短不等的。也就是說，太陽上中天的時間，不一定是正午12點鍾。比如今天早幾秒，明天晚幾秒。

平太陽日，是真太陽日的全年平均值。平太陽上中天的時刻都是正午12點整。

為(wei) 了精確地求得自身所在的經度，觀測者需要先用平太陽，算出自身所處位置與(yu) 基準位置（比如出發地）之間的經度差。再通過查閱天文曆，來校正平太陽和真太陽的差值所產(chan) 生的誤差。

6. 航海鍾發明之前

在沒有無線電定位等方法的時候，航海過程中要確定自己的位置，需要六分儀(yi) 、航海鍾、天文曆這三樣東(dong) 西。

但是走時精確的航海鍾，是在發明六分儀(yi) 之後很久才出現的。在此之前，航海家們(men) 的常用導航工具，是六分儀(yi) 和星表。

陸地上的天文台長期觀測，積累了豐(feng) 富的天文數據，其中包括任意時刻月亮在星空上的位置，將其記錄在星表裏。在海上的水手們(men) ，用八分儀(yi) 或六分儀(yi) 測定月亮在天球上的位置，再對照星表，得出當地時間。其實就是把星空當做是表盤，把月亮看做是指針，以此來確定當地時間，得出當前地點與(yu) 基準地點（比如出發地）的時間差，進而算出當地的經度。這就是“天鍾法”當中的“月距法”。

“月距法”的精確度還不錯，但比不上後來的“時鍾法”。在使用便捷性方麵，“月距法”更是遠遠不及“時鍾法”。

走時精確的時鍾普及以後，“月距法”就沒什麽(me) 人用了。

7. 六分儀(yi) 麵世之前

回到六分儀(yi) 上。直到今天，六分儀(yi) 仍是被廣泛認可的備用定位儀(yi) 器。

 

  現在的六分儀(yi) ，分度弧的刻度多是從(cong) -5度到130度或140度，測量範圍都明顯大於(yu) 120度，實際上算是“五分儀(yi) ”。但因為(wei) 習(xi) 慣，還叫六分儀(yi) 。

 

  而更早之前，人們(men) 用過八分儀(yi) 。顧名思義(yi) ，八分儀(yi) 的分度弧是45度，是一周360度的八分之一，測量範圍是90度。六分儀(yi) 出現後，八分儀(yi) 就被淘汰了。

 

  前麵說了，六分儀(yi) 和八分儀(yi) 的功用，是測量天體(ti) 的高度角或者天體(ti) 與(yu) 天體(ti) 之間的夾角。這東(dong) 西是18世紀才發明的。在此之前，人們(men) 用什麽(me) 來實現類似功能呢？那就五花八門了，普遍使用的有星盤、直角儀(yi) 等，效果都不太好。所以要再配合羅盤指向，以及通過計算海船和水流的速度，在航海圖上推算實時位置、標記航跡的方法來定位和導航。多種方法相互對比驗證，不斷修正，減小誤差。