Ναυτικά όργανα: Ο Εξάντας

Ο ναυτικός εξάντας ή παλέστρα αποτελεί είδος γωνιομετρικού οργάνου, με το οποίο μετρούμε στη θάλασσα τα ύψη των ουρανίων σωμάτων, καθώς και τις κατακόρυφες και οριζόντιες γωνίες των γήινων αντικειμένων.

Η αρχή λειτουργίας του εξάντα βασίζεται στο φαινόμενο της ανακλάσεως. Είναι γνωστό από την οπτική ότι η γωνία προσπτώσεως που σχηματίζεται από την οπτική ακτίνα σε επίπεδο, είναι ίση με τη γωνία ανακλάσεως. Στο ναυτικό εξάντα για τη μέτρηση των γωνιακών αποστάσεων εφαρμόζεται η αρχή της διπλής ανακλάσεως.

Έστω ότι έχουμε δύο καθρέφτες Α και Β, από τους οποίους ο Α είναι κινητός και ο Β ακίνητος.

Οι καθρέφτες αυτοί σχηματίζουν την οξεία γωνία Γ. Έστω ακόμα ότι θέλουμε να μετρήσουμε τη γωνιακή απόσταση δύο αντικειμένων Σ και Σ'. Η οπτική ακτίνα ΣΑ του αντικειμένου Σ προσπίπτει διαδοχικά στους καθρέφτες Α και Β και παίρνει την τελική κατεύθυνση ΒΟ όπου στο σημείο Ο είναι το μάτι του παρατηρητή. Οι ΑΚ και ΒΚ είναι οι κάθετες των καθρεφτών Α και Β, που τέμνονται στο Κ. Για να επιτευχθεί η συνθήκη αυτή μετρήσεως της γωνιακής αποστάσεως των δύο αντικειμένων, πρέπει να παρατηρήσουμε το Σ μέσω διπλής ανακλάσεως με τους δύο καθρέφτες και το Σ' απευθείας μέσω διαφανούς τμήματος γυαλιού του ακίνητου καθρέφτη.

Αν στρέψουμε κατάλληλα τον κινητό καθρέφτη Α, η προσπίπτουσα ακτίνα ΣΑ ανακλάται πρώτα στον καθρέφτη Α. Στη συνέχεια ανακλάται για δεύτερη φορά στον ακίνητο καθρέφτη και τελικά καταλήγει στο μάτι του παρατηρητή Ο. Ώστε, τη στιγμή αυτή θα συμπέσουν η τελική ανακλώμενη ΒΟ και η ακτίνα Σ'Ο, του αντικειμένου που βλέπουμε απευθείας. Έτσι θα συμπέσουν και τα αντικείμενα Σ και Σ'. Κατά τη στιγμή αυτή της συμπτώσεως του ειδώλου του Σ με το αντικείμενο Σ', που βλέπουμε απευθείας, οι δύο καθρέφτες θα σχηματίζουν γωνία Γ, η οποία, όπως αποδείχθηκε, είναι το μισό της γωνίας Ο των αντικειμένων. Αν το αντικείμενο Σ είναι αστέρι και επιθυμούμε να μετρήσουμε το ύψος του, τότε, αντί για το αντικείμενο Σ', θα παρατηρήσουμε απευθείας τον ορατό ορίζοντα, στον οποίο θα φροντίσουμε να φέρουμε το είδωλο της διπλής ανακλάσεως του Σ, με κατάλληλη στροφή του κινητού καθρέφτη. Για τη μέτρηση όμως της γωνιακής αποστάσεως δύο αντικειμένων, πρέπει να διπλασιάζουμε κάθε φορά τη μετρούμενη γωνία των καθρεφτών. Επειδή όμως αυτό αποτελεί μια πρόσθετη διαδικασία, οι υποδιαιρέσεις στο τόξο αναγνώσεως των γωνιών παριστάνουν γωνίες διπλάσιες από τις αντίστοιχες των καθρεπτών.

Ο ναυτικός εξάντας είναι όργανο ακριβείας και ήταν βασικό όργανο μέτρησης από τον 18ο αιώνα μέχρι τις αρχές του 20ου , σήμερα έχει περιπέσει σε αχρηστία γιατί έχουν κατασκευασθεί άλλα όργανα. Χρησιμοποιείται από το ναυτιλλόμενο κυρίως για τη μέτρηση υψών ουρανίων σωμάτων αλλά και για τη μέτρηση οριζοντίων και κατακόρυφων γωνιών γήινων αντικειμένων. Κατά την παρατήρηση του ύψους, ο εξάντας κρατείται κατακόρυφος και το είδωλο ουράνιου σώματος έρχεται σε επαφή με τον ορίζοντα με την κατάλληλη μετακίνηση του κανόνα, στον οποίο είναι προσαρμοσμένος ο μεγάλος, κινητός καθρέφτης. Η ανάγνωση του εξάντα αντιστοιχεί στη χρονική στιγμή παρατηρήσεως. Το ύψος ενός ουρανίου σώματος στον εξάντα είναι το τόξο του κάθετου κύκλου από τον ορατό ορίζοντα μέχρι το ουράνιο σώμα.

SEXTANT

The sextant is an instrument that can be used to determine the angle between a celestial object and the horizon. Used in conjunction with the transit tables, it is a simple matter to calculate the latitude of one’s position.

The predecessors of the sextant included the astrolab and the octant, both of which operated on the same principle. The modern version of the sextant was independently invented in the 1730’s by John Hadley in England and Thomas Godfrey in the United States.

Ένας αρχαίος πρόγονος του εξάντα...

Ο μηχανισμός αυτός ανασύρθηκε μαζί με εκπληκτικής ομορφιάς αγάλματα από το ναυάγιο το 1900 όταν εντοπίστηκε από Καλύμνιους δύτες. Έμεινε για χρόνια στα υπόγεια του Αρχαιολογικού Μουσείου έως ότου οι επιστήμονες αρχίσουν να το εξετάζουν. Φωτογραφήθηκε με ακτίνες Χ όπου διαπιστώθηκε ένας μεγάλος αριθμός από γρανάζια. Ο Αμερικανός ερευνητής καθηγητής Ντέρεκ Σόλα Πράις, (πέθανε το 1983), αφιέρωσε πολλά χρόνια για να το ανασυνθέσει και να καταλάβει τη λειτουργία του.

Γενικά μπορούμε να πούμε ότι ο Αστρολάβος ή μηχάνημα των Αντικυθήρων αποτελείται από 4 κύρια μέρη και είχε έναν εξαιρετικά πολύπλοκο μηχανισμό. Ο μηχανισμός αυτός αποτελείται από 30 οδοντωτούς τροχούς, που η διάμετρος τους ποικίλλει από τα 132 μέχρι τα 9 χιλιοστά. Οι τροχοί έμπαιναν σε κίνηση, με διαφορετική ταχύτητα ο ένας από τον άλλο, κάτι που το πετύχαιναν με την βοήθεια ενός χειροκίνητου άξονα. Ο άξονας διαπερνούσε τις πλευρές του κιβωτίου και εν συνεχεία κινούσε τους δείκτες πάνω στις διαβαθμισμένες πλάκες. Τόσο οι πλάκες όσο και οι θυρίδες του κιβωτίου καλύπτονταν από επιγραφές στα ελληνικά κάτι δηλαδή σαν οδηγίες χρήσης. Ο καθένας από αυτούς είχε έναν δακτύλιο που είτε είχε γραμμένους τους μήνες του έτους είτε την ετήσια κίνηση του Ήλιου μέσα στο ζωδιακό κύκλο καθώς και άλλα που δεν έχει εξηγηθεί η σημασία τους. Παρόλ αυτά παραμένει άγνωστο το νόημα πολλών άλλων υποδιαιρέσεων αλλά και ο σκοπός πολλών συμπλεγμάτων δίσκων.

Αξίζει να αναφερθούν και κάποια άλλα μέρη όπως κάποια σημεία που έδειχναν τις ώρες της ανατολής και δύσης των κυριότερων αστεριών. Όλο το κατασκεύασμα είχε γίνει με βάση την αριθμητική της βαβυλωνιακής αστρονομίας, την εποχή που η Βαβυλώνα ήταν κάτω από την κυριαρχία των Ελλήνων.

Και στις 2 πλευρές του οργάνου υπάρχουν ομόκεντροι δίσκοι που αποτελούν μέρος του οργάνου. Μεταξύ τους δεν εμφανίζουν καμία σχέση και οι επιγραφές που φέρουν, είναι αδύνατο να διαβαστούν. Στην πίσω πλευρά υπάρχουν 2 ομόκεντρα ζεύγη, που παρείχαν προφανώς πληροφορίες για τις θέσεις του Ήλιου και της Σελήνης στο Ζωδιακό κύκλο.
Από τα 4 τμήματα του Αστρολάβου το πιο μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει αυτό που χαρακτηρίζεται ως τμήμα C και που έφερε τον μπροστινό ωρολογιακό δίσκο και το παράπηγμα. Ο Πράις υποθέτει ότι η πλευρά αυτή είχε στο κέντρο τον δίσκο και 2 τμήματα πάνω και κάτω από αυτόν. Έτσι τα άλλα 2 μέρη τα όριζε ως εξής: επιγραφή (πάνω), ωρολογιακός δίσκος (κέντρο) και παράπηγμα (κάτω).

Ο ωρολογιακός δίσκος είχε 2 δακτυλίους, τον εσωτερικό, που μάλλον ήταν ακίνητος και περιείχε τον Ζωδιακό, και τον εξωτερικό που ήταν περιστρεφόμενος. Και οι 2 έχουν υποδιαιρέσεις κατά διαστήματα μιας μοίρας και μεγαλύτερα ανά 30 μοίρες. Και στους δακτυλίους υπάρχουν διάφορα ονόματα κυρίως πλανητών.

Συνοψίζοντας οι δακτύλιοι του Αστρολάβου αποτελούν την μοναδική επιστημονικά υποδιαιρεμένη πλάκα που διασώθηκε από την αρχαιότητα γι αυτό και κρίνεται σημαντική η ανακάλυψή του.

Ολόκληρο, λοιπόν, το όργανο πρέπει να κοιτάζεται με τον κάθετο αυτό προσανατολισμό. Θα πρέπει, δηλαδή να το τοποθετούσαν οριζόντια πάνω σ ένα τραπέζι και να κοίταζαν μια μια τις πλευρές του, ή να το κρατούσαν κάθετα σε τρόπο που να μπορούσαν ν ανοίγουν ταυτόχρονα τις μπροστινές πόρτες και την πίσω πόρτα ή πόρτες. Πιστεύω πως η τελευταία περίπτωση είναι πιο κομψή και πιο πιθανή, αλλά δεν μπορούμε να αποκλείσουμε την πιθανότητα πως ολόκληρο το όργανο ήταν φορητό και μπορούσε να τοποθετηθεί πάνω σε τραπέζι και να περιστρέφεται ανάλογα. Οι πόρτες είναι πολύ λεπτές και θα πρέπει να πρόσφεραν ελάχιστη προστασία στους εύθραυστους ωρολογιακούς δίσκους και δείκτες, εκτός αν ήταν ντυμένες με φύλλα ξύλου που όχι μόνο περιστρέφονται πιο εύκολα σε μεντεσέδες από μέταλλο, αλλά και προσφέρουν μεγαλύτερη προστασία. Αν το όργανο ήταν φορητό και χρησιμοποιούνταν οριζόντια, θα μπορούσαμε σχεδόν σίγουρα να πούμε πως ολόκληρος ο μηχανισμός είχε σχεδιαστεί για να ρυθμίζεται μ ένα χερούλι και τότε θα μπορούσαμε να συμπεράνουμε σαφώς πως λειτουργούσε σαν αποδεικτικός υπολογιστής των ημερολογιακών κύκλων που βρίσκονται ενσωματωμένοι στους ωρολογιακούς δίσκους.

Αν, απεναντίας, πράγμα που μοιάζει πολύ πιθανό, ολόκληρο το κουτί βρισκόταν προσαρμοσμένο πάνω σε κάποιο βάθρο σε κάθετη θέση, οι μπρος και πίσω πόρτες του θα μπορούσαν ν ανοίγουν ταυτόχρονα και έτσι το μηχάνημα θα φαίνονταν πολύ πιο εντυπωσιακό καθώς όλοι οι δίσκοι θα ξεπρόβαλαν σε αυτήν την θέση. Επίσης το μηχάνημα θα μπορούσε να λειτουργήσει και σε αυτήν την θέση όπως ακριβώς περιγράψαμε παραπάνω, ίσως όμως να μπορούσε να κινείται αυτόματα συνδέοντας τον άξονά του από τον κεντρικό τροχό μ ένα υδραυλικό ρολόι, ίσως μ έναν κοχλία που θα μετακινούσε ένα - ένα τα γρανάζια κάθε μέρα.

Μολονότι το διαφορικό γρανάζι μπορεί να πρωτοεμφανίστηκε στον Αστρολάβο στην προσπάθεια να επιδειχτούν οι κινήσεις του Ήλιου και της Σελήνης σε τέλειο συνδυασμό με τις φάσεις της Σελήνης δεν παύει να είναι εκπληκτικό ότι ένα εξάρτημα σαν αυτό είναι περίεργο να παρουσιάζεται τόσο νωρίς. «Είναι δύσκολο ακόμη και σήμερα να εξηγηθεί η θεωρία αυτού του συστήματος οδοντωτών τροχών ακόμα και σ ένα ακροατήριο που να γνώριζε ένα σωρό μηχανικά και ηλεκτρονικά μηχανήματα», γράφει ο Σόλα Πράις. Πρέπει σίγουρα να καταχωρηθεί σαν μια μεγάλη εφεύρεση είτε την έκανε ο Αρχιμήδης γιατί ξέρουμε ότι έχει ασχοληθεί με τέτοιου είδους μηχανισμό, είτε κάποιος άλλος, νεώτερος, της σχολής του Ποσειδωνίου.

Συμπερασματικά, λοιπόν, το μηχάνημα των Αντικυθήρων ή, όπως επεκράτησε να λέγεται, Αστρολάβος, αποτελεί έναν πρωτοποριακό μηχανισμό, μια πραγματικά επαναστατική ανακάλυψη στον τομέα της μηχανικής για την εποχή του -80 π.Χ. περίπου-, του οποίου ο εφευρέτης μας είναι ουσιαστικά άγνωστος.

Ο μηχανισμός αυτός αποτελεί τον κρίκο μιας προηγμένης μηχανικής παράδοσης, που άρχισε ασφαλώς πολύ πριν τον Αρχιμήδη. Η παρουσία αυτού του μηχανισμού δίνει αφορμή να υποθέσουμε ότι πρέπει να προϋπήρχε σχετική παράδοση που κορυφώθηκε με την κατασκευή του και που φυσικά συνεχίστηκε.

• ΠΗΓΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ - ΣΧΕΔΙΩΝ: Εφημερίδα 2ου Γυμνασίου Θεσσαλονίκης - Canada under the stars