버트의 태양 컴퍼스

버트의 태양나침반이나 천문나침반은 자력 대신 태양의 방향을 이용하는 측량기기다. 윌리엄 오스틴 버트는 1835년에 태양열 나침반을 발명했다. 태양나침반은 지구 표면에서 관측자의 위치를 알면 지정된 시간에 태양으로 향하는 방향을 비슷한 정밀도로 계산할 수 있다는 원리에 따라 작용한다. 방향은 행성의 회전 축에 상대적인 태양의 각도로 설명할 수 있다.

이 각도는 위도에 의한 각도로 구성되며, 계절에 의한 각도와, 낮의 시간에 의한 각도와 결합된다. 이러한 각도는 나침반에 하루 중 선택된 시간 동안 설정되고, 나침반 베이스는 제공된 정신 수준을 사용하여 수평을 설정한 다음, 지정된 시간에 태양과 일직선을 이루므로 태양의 이미지가 교차 그래팅 대상에 투영된다. 이 시점에서 나침반 기지는 진정한 남북으로 정렬될 것이다. 그런 다음 이 정렬에서 제자리에 고정되고, 그 후에는 조준 암을 회전시켜 어떤 랜드마크나 비콘과 정렬할 수 있으며, 방향은 버니어로부터 진정한 북쪽에 대한 각도로 판독할 수 있다.

이 장치는 철광석 함량이 높고 일관성이 없고 알 수 없는 국소 자기 변동에 있을 때 불규칙한 판독값을 보이는 측량사가 사용하는 정상적인 자기 나침반의 문제를 피했다. 이 도구는 공공 토지, 주 경계선, 철도 노선 등을 조사할 때 미국 정부의 선택일 정도로 정확성이 높은 것으로 나타났다. 그것은 여러 기관으로부터 상을 받았고 19세기부터 20세기까지 평가관들에 의해 사용되었다.

역사

버트는 1833년에 미국의 부조사관이 되었고 오하이오 강 북서쪽에 있는 영토의 정부 토지를 조사하기 시작했다.^[1] 1834년까지 그와 그의 조사팀은 미시간 하반도의 영토를 측량하고 있었다. 그는 1835년까지 새로운 정착민들에 의해 이용될 미시간 반도의 토지를 측량하고 있었다.^[2] 여기서 그는 자기장 매력에 의해 작용하는 그의 민감한 나침반이 그 분야를 방해하는 지역의 철광석 퇴적물 때문에 불규칙하게 요동치고 있다는 것을 발견했다. 버트는 진정한 북쪽을 찾기 위해 자력이 아닌 햇빛에 의존하는 기구 부착물을 고안했다. 그는 그 결과물을 True Meridian Finding 도구라고 불렀다.^[3] 그것은 지방 토지 집단 구역의 철광석 퇴적물로부터의 간섭에 의해 야기된 측량사의 나침반의 질량을 극복했다.^[4]

버트는 미시건 조사에서 이 태양 계기를 처음 사용했다.^[5] 그는 1844년 미시간 주의 상류 반도를 조사한 후 마르케트 카운티의 네게우니에서 철광석의 대량 매장량을 발견했다.^[6] 이것은 마퀘트 철광대라고 알려지게 될 것이다.^[7] 그의 선원들은 거의 동시에 주 하반도에서 작은 철광석 매장량을 발견했다.^[8] 그가 미시간 주에서 이러한 철제 퇴적물을 우연히 발견한 것은 미국의 산업 혁명에 크게 기여했다.^[9] 미시간주 구리나라의 칼루메트와 헤클라 광산이 버트의 악기로 발견되어 세계 최고의 구리 생산국이 되었다.^[10]

버트의 태양 컴퍼스는 천문학적 테이블이 있는 태양의 위치를 사용하며, 측량사들이 더 정확한 라인을 달릴 수 있게 해 시간을 많이 절약한다. 버트는 1835년에 전문 악기 제작자인 윌리엄 제임스 영에 의해 만들어진 자신의 악기 모델을 가지고 있었다.^[11] 그리고 나서 그는 이 태양 나침반을 필라델피아에 있는 프랭클린 연구소의 위원회에 제출했다.^[12] 그들은 그것의 특성을 살핀 다음 버트에게 20달러의 금과 존 스콧 메달을 수여했다.^[13] 버트는 1836년 2월 25일 태양열 컴퍼스 혁신 특허를 얻었다.^[14] 그 후 버트의 태양나침반 또는 천문나침반으로 일컬어졌다. 그는 1836–1837 시즌에 아이오와 주의 다섯 번째 주요 자오선을 조사하기 위해 그것을 사용했다.^[15][16]

Burt는 보다 정확한 정확도로 조작하기 쉽게 하기 위해 특정 역학으로 수년에 걸쳐 악기를 개선했다.^[11] 1840년, 그는 개선된 태양열 나침반에 대한 또 다른 특허를 받았다.^[17] 그는 업데이트된 버전의 악기를 프랭클린 연구소에 다시 제출했고, 그들은 그 악기가 첫 번째 버전보다 더 정확하고 사용하기 쉽다는 것을 발견했다.^[12] 연방토지청(Federal Land Office) 총조사관 E. S. 헤인즈는 1840년 12월 버트의 조사기구를 조사하여 1841년 서한에서 4년간의 조사경험으로 대부분의 조사관이 사용하던 일반적인 나침반보다 기술면에서 우수한 것으로 나타났다고 보고했다.^[18] 연방토지청장은 미국 전역의 평가관들에게 서신을 보내 버트의 나침반은 평가관 헨리 웨어에 의해 제조되고 있으며 구매가 가능하다는 것을 알렸다.^[15]

버트는 1849년 아들과 함께 워싱턴으로 건너가 만료를 앞둔 1835년 태양열 나침반 원천특허 갱신 신청을 했다.^[19] 미시간주 등 상원의원들로 구성된 토지위원회(Land Commission Committee)는 공공 토지 조사에서 버트의 태양나침반의 가치를 인정하고 갱신을 포기하고 의회에 적절한 사전 보상을 청원하도록 설득했다. 버트는 그가 적절한 보상을 받을 것이라고 믿으면서 제안된 대로 했다. 그러나 표시된 보상은 버트의 생애 또는 그 후 어느 시점에서도 실현되지 않았다.^[19] 1850년 이후 버트의 태양나침반에 대한 특허가 없었기 때문에, 악기 제작자들은 '버트의 태양나침반'을 제작하여 평가관에게 상업적인 상품으로 판매했다.^[20] 그 발명가는 그의 악기를 완성하기 위해 수천 달러를 썼지만, 그의 노동을 위해 그의 도구 판매로 80달러만 받았다.^[19]

그의 동료 윌리엄 S에 의한 태양 컴퍼스와 측량사의 동반자 키(1858) 서문에서. 영, 버트는 태양 나침반을 어떻게 사용하는지에 대한 그러한 책에 대한 많은 요청을 말한다. 그는 일반 측량사의 나침반이 서로 다른 지역의 참 자오선에 문제가 있었다고 설명한다. 또한 상수로 예상된 수치나 이전 판독치와는 다른 판독치로 인해 하루하루 문제가 발생하기도 했다. 자석 나침반이 철광석의 국부적인 매력으로 간섭하기 쉽다고 판단되었다.^[19] 측량사에게 보다 정확한 안내가 필요했기 때문에 버트가 태양 나침반을 만들었다.^[21]

조사관 Bela Hubbard는 1845년에 Burt의 태양 나침반으로 그들은 철이 풍부한 국가를 통해 직선을 조사할 수 있다고 언급했다. 이것은 일반적인 나침반 악기를 사용하는 것은 불가능한 작업이었을 것이다.^[22] 버트의 태양 나침반의 원래 자극은 오래된 패션 나침반이 사용할 수 없는 판독을 하는 큰 육지 철 퇴적물에 취약하게 되는 곳에 사용하기 위한 것이었다. 이어 지역 철광석 퇴적물이 문제가 되지 않을 때에도 일반 나침반보다 전반적으로 우수한 것으로 나타났다. 1973년 미국 국토관리국(US Bureau of Land Management)의 조사관 매뉴얼에서 지시한 대로, 조사관 수송에 대한 태양 나침반 부착은 여전히 진정한 북쪽 방향을 얻기 위한 권장 방법이었다.^[23] 이 기구는 미국의 토지 측량용으로 널리 채택되었고, 위성 위치 확인 시스템 기술이 선호되는 2000년까지 19세기 중반부터 정부 측량 의무화되었다.^[17]

설명

작동 원리

측량사들은 태양이나 별이나 달과 같은 다른 천문학적인 물체를 보고 진정한 북쪽을 찾을 수 있는데, 이 물체는 지구 표면의 어느 지점에서든 방향을 가지고 있다. 주어진 날짜와 시간 동안 정밀하게 계산할 수 있으며, 철광석 등 광물의 국부적 퇴적 때문에 자기장의 국부적 변동에 영향을 받지 않는다. 버트의 계측기는 측량사가 지구의 자기장에 영향을 받기보다는 태양을 기준으로 진정한 북쪽 방향을 결정할 수 있도록 한다.^[17] 그것은 놋쇠로 만들어졌기 때문에 나침반 바늘에 자력적인 영향을 미치지 않는다. 그것은 원래 표준 조사관의 공통 나침반에 작은 부착물이었기 때문이다.^[24]

태양열 나침반을 적용하려면 지구 주위의 태양의 겉보기 운동에 대한 지식이 필요하며, 기준 프레임의 중심으로서 지구에 상대적이며, 더 구체적으로, 조사에서 사용하도록 설정할 때 계측기의 위치에 상대적이다. 나침반은 이러한 변수들을 각각 고려할 수 있는 구체적인 횡단구성요소를 가지고 있기 때문에 위도 및 계절적 변화, 그리고 하루의 시간에 따른 종적 변동에 대한 이해가 필요하다.^[21][25]

지구 적도에서는 분기가 있는 동안 태양은 계절적 편차가 없고, 적당한 동쪽에서 뜨고, 적당한 서쪽으로 진다. 정오에 태양은 가장 높은 지점에 있고, 바로 머리 위에 있다. 자정에 가장 낮은 지점에 있으며, 적도의 평면에서 움직이는 것처럼 보인다. 적도에서 멀리 떨어진 위치에서는 태양의 정오 고도가 극축에 대한 지구의 국부 수평각(위도)에 의해 감소하므로, 남쪽이나 북쪽의 위도 10°에서는 정오의 고도가 분분에 90°-10°=80°가 될 것이다. 이 각도는 측량사에게 알려져 있으며, 기구의 위도 원호 위에 설정하여 밑부분이 평평하고 나침반이 실제 북쪽에 정렬되도록 한다.^[26] 아크의 축은 극축과 평행하게 된다.^[21][25]

지구의 회전축은 태양 주위를 도는 궤도의 평면에 수직으로 기울어져 있다. 이 각도는 태양의 고도 각도가 계절에 따라 잘못 정렬된 방향에 따라 달라지게 한다. 그것은 일년 내내 예측 가능하게 변화하며, 계산 가능한 속도로 부드럽게 증가하고 감소하며, 지구상의 모든 곳에서 동시에 일정하다. 이 값은 연감에서 표 집합으로 발행되기 때문에 측량사에게도 알려져 있다. 위도 각도와 굴절 각도가 첨가되어 있기 때문에 위도 원호 상단의 극축에 회전하기 위해 탑재된 나침반의 굴절 호에서 이 굴절의 보정이 이루어진다. 시간대에 의한 태양의 각도는 극축에 수직인 시각 호에 설정된다. 이 각도는 경도와 GMT로부터 계산되며, 또한 현장에서 계산하는 것이 지루하고 어떤 오류도 광범위한 영향을 미칠 수 있기 때문에 측량사와 항해자의 편의를 위해 표로 작성되었다.^[21][25]

구형의 지구를 가정할 때, 상승에서 석양으로 직선이 그려지고, 정오의 태양과 분천의 자정에서 이 두 선은 지구의 중심을 통과하며 적도는 이 선들을 교차하게 된다. 태양의 겉보기 운동이 적도 평면에 대한 각도로 되어 태양은 북이나 남으로, 태양은 북이나 남으로, 태양은 북이나 남으로, 지구는 그 회전의 중심으로서 여겨질 때 태양에서 남으로 향하는 선과 같기 때문에 태양에서 북으로 또는 남으로 향하는 선은 그렇지 않다. 지구는 원뿔을 묘사한다.^[21][25]

이 원뿔형 태양운동은 또한 덮개가 있는 마차의 바퀴의 바퀴살 모양에 의해 설명될 수 있다. 태양의 겉보기 경로를 나타내는 테두리, 중심부, 지구, 그리고 스포크, 태양의 경로에서 그려진 선들. 태양에서 지구의 중심부로 가는 선은 적도의 북쪽이나 남쪽을 지나, 적도의 북쪽이나 남쪽을 통과해, 북쪽이나 남쪽의 경계와 동일하다고 볼 수 있다. 이 악기는 적도 운동을 하고 있으며, 참조로서 별을 볼 수 있는 기계적인 부착력을 가지고 있다.^[21][25]

시공 및 운영

버트의 태양 나침반은 삼각대 스탠드에 탑재된 메인 플레이트로 구성되며, 두 개의 직교 부착 정령 레벨을 사용하여 수평을 맞춘다. 그것은 바늘의 북쪽 끝에 약 36도의 구획이 있고, 바늘의 변동을 읽을 버니어(burnier)가 있고, 태양계 기구의 조절 가능한 3개의 호를 가지고 있다. 하나는 위치 위도에 맞춰져 있고, 다른 하나는 태양의 계절적 분열을 위해 설정되어 있고, 세 번째는 하루의 시간에 맞춰져 있다.그 장소의 경도에 대해 테드했다. 태양에 의한 정렬을 위한 광경은 탈색 호의 이동 가능한 팔에 탑재되어 있으며, 태양 원반의 이미지를 표적 격자 위에 집중시키기 위한 작은 렌즈를 가지고 있다. 상부 판은 태양과 일직선을 이루며 극지 정렬 후에도 정지 상태를 유지하며, 베어링은 하부 판의 시야와 함께 취한다. 하단 플레이트는 측량 조준경을 운반하며 상단 플레이트에 비례하여 회전할 수 있으며, 상단 플레이트의 어떤 위치에서든 클램핑할 수 있다.^[21][25] 하단 플레이트에는 북으로 정렬된 상단 플레이트와 하단 플레이트의 측량 조준선 사이의 상대적인 회전을 표시하는 어음 링이 있으며, 버니어(burnier)가 있어 각도를 정확하게 판독할 수 있다.^[21][25]

위도 호는 상판에 수직으로 부착되어 있다. 시 호는 위도 호의 이동 가능한 상부에 수직으로 고정되며, 좌표 호는 좌표 호에 수직으로 위, 극축에 회전한다. 호 위치는 나사 및 버니어 각도로 판독할 수 있는 각도로 판독된 각도는 나사로 미세하게 조정할 수 있다. 구성 요소를 제자리에 고정하기 위해 필요한 경우 클램프 나사가 제공된다. 수축 아크의 조절 가능한 사지의 한쪽 끝에는 태양 디스크의 이미지를 수직선의 평행 쌍으로 새겨진 표적 판에 초점을 맞추도록 설정된 작은 렌즈가 설치되어 있어 올바르게 정렬되었을 때 이미지를 프레임으로 만든다.^[21][25]

수술은 다음과 같다.

1. 표에 의해 얻어진, 그 날의 태양 분열을 시간 호에 수직으로 부착된 척도로 설정한다.
2. 위치의 위도를 알리다이드의 척도로 설정하십시오.
3. 극축에서 회전하는 호에 대략적인 국소 시간을 설정한다.
4. 수평이 유지되는 동안 기구의 방향을 조정하여 렌즈 반대편의 스크린에 표시된 네 개의 선 사이에 태양의 이미지가 나타나도록 한다. 타임 다이얼은 첫 번째 쌍에 수직으로 배치된 두 번째 쌍의 선 사이에 이미지를 가져오도록 미세하게 조정된다. 이어 상판의 주축이 극을 가리킨다.
5. 피눌라(시점 베인)는 그 다음, 지상의 물체와 각도 눈금에서 판독된 베어링과 정렬될 수 있다.
6. 자기 굴절은 베이스 플레이트에 부착된 나침반에서 판독할 수 있다.^[21][25]

리셉션

Burt는 수년에 걸쳐 악기를 개선했고, 간단하고, 견고하며, 저렴하고, 신뢰할 수 있고, 정확하다는 이유로 여러 기관으로부터 상을 받았고, 19세기부터 20세기까지 평가관들에 의해 사용되었다.^[1] 1851년, 그는 런던에서 열린 세계 대전 박람회에 그의 최신 버전을 전시했다.^[27] 그곳에서 그것은 학자 존 허셜에 의해 검토되고 승인되었다.^[10] 버트는 나침반 악기 디자인으로 박람회로부터 상을 받았다.^[10][28] 그 후 그는 1851년 10월 15일 영국 런던의 하이드 파크에서 웨일즈 왕자 에드워드 7세의 개인적인 찬사로 천문계 배심원들에 의해 더 단순하고 더 정확한 버전으로 또 다른 메달을 받았다.^[29]

이 악기는 큰 철광석 퇴적물에 의한 자기장 변칙이 있는 지역에서 당대의 공통 나침반이 주는 매우 가변적이고 신뢰할 수 없는 판독치에서 벗어나기 위해 발명되었다. 이 도구는 미국 정부가 공공 토지, 주 경계선, 철도 노선 등을 조사하기 위해 지정한 것일 정도로 정확성이 높은 것으로 밝혀졌다.^[30] 버트의 도구는 거의 10억 에이커로 구성된 미국 공공부지의 75%를 조사하는데 사용되었다.^[19] 그것은 정부의 일반적인 저렴한 가격표와 조사의 정확성 때문에 수백만 달러를 절약했다. 그것은 미시간, 위스콘신, 미네소타, 아칸소, 그리고 콜로라도를 포함한 많은 주의 광물 땅을 조사했다. 토지의 한 구역을 조사하기 위한 그것의 프로젝트 지출은 그의 발명 이전에 그것이 지불했던 비용의 일부에 불과했다. 이전에 조사했던 아이오와와 미네소타 사이의 경계선은 오래된 패션 악기를 사용하여 마일당 120달러로, 버트의 태양 나침반으로는 마일당 15달러에 불과했다.^[31]

참고 항목

• 베그비시르 – 웨이파인더(Wayfinder)로 고안된 아이슬란드 마법의 스테이브
• 아스트로 컴퍼스 – 천체 위치를 통해 진정한 북쪽을 찾기 위한 도구
• 그리드 나침반 – 안정적인 코스 조향을 용이하게 하는 항법 기기
• 적도 섹스턴트 – 항법 기기

참조

원천

추가 읽기