1. 六分仪的构造

六分仪是一种光学仪器，可以测量远方两个目标之间的夹角——最常用的是测量天体与海（地）平线或天体与天体之间的夹角。测出夹角，再查得当天太阳直射点的纬度，就能确定观测者所在的纬度。这对航海有重大意义。自18世纪面世以来，六分仪一直是重要的定位和导航工具。

  

 

六分仪简化之后，就是这样。

   

包括两大部分。第一部分，包括架体、分度弧、望远镜、半透明半反射的地平镜，都是固定住的。

   

这个角是60度，但分度弧的刻度是0度到120度。

   

另一部分，是指标臂，以及固定在指标臂上的指标镜。

   

 

地平镜与指标臂归零时的指标镜平行。

   

为了更简化，这里设定指标臂归零时，地平镜、指标镜、0刻度线，三者平行。

2. 六分仪的使用

观测者通过望远镜和地平镜，注视着远方的海平线。上中天的太阳，其光线射向了指标镜。

 

转动指标臂，让阳光反射到地平镜上。观测者的视野里，开始出现太阳的影像。六分仪的原理动画如下：

 

当太阳影像与海平线相切时，指标臂的指针对准的刻度，就是太阳此时的高度角（太阳高度角就是太阳光的入射方向和地平面之间的夹角）。六分仪的原理动画:

 

这是极度简化的操作方法。实际使用时，要有校准和调整的步骤，还要确保六分仪垂直于地面（以望远镜的光轴为轴心，让整个六分仪左右摇摆，使得视野中的太阳影像对海平线作钟摆运动时，不会下沉到海平线以下）。并且，使用六分仪测天体高度，不是只测一次就得出结论，而是要连续多次测量。

另外，更多时候，是先对准太阳，让阳光从地平镜和望远镜中通过，再慢慢地将海平线拉入视野。

当然了，一开始不必了解这么细，先知道大概的原理就行。

有一点需要说明，人类的眼睛不是钛合金狗眼，承受不住正午阳光的直射，所以六分仪装上了可以活动的滤光片。

 

3. 六分仪的原理

现在我们来看六分仪测量天体高度角的原理。以下就是证明的过程（其实就是一道初中的几何证明题，非常简单）：

   

指标臂角度归零的时候，地平镜、指标镜和0刻度线，这三者是平行的。所以∠2，其实也等于指标镜与0刻度线的夹角。

有些六分仪的地平镜，用的不是半反半透的镜片，而是由一半镜子一半玻璃拼接而成的。用起来都差不多。

   

4. 怎样算出自身所在的纬度

观测者用六分仪测到了正午太阳高度角，再从天文历上查到当天的赤纬角（地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角，其实也就是太阳直射点的纬度）。

 

  有了正午太阳高度角和赤纬角（太阳直射点的纬度）这两项数据，观测者就知道自己所在的纬度了。

太阳高度角=90°-|观测者纬度±太阳直射点的纬度|（同减异加——观测者和太阳直射点都在赤道的同一边，就用“-”号；如果在赤道的两边，就用“+”号）

正午太阳高度角、太阳直射点的纬度、观测者的纬度，这3个量，只要知道其中任意两个，就可以求出第三个。

如果测量的是北极星，那就更方便了。北极星的高度角，就可以直接看做是当地的纬度，连天文历都不用查。

5. 怎样求经度

现在，纬度已经求出来了。经度该如何求呢？

举个例子，假设你的钟表，显示的是你出发地的时间。在出发地，太阳上中天的时间是中午12点。而现在，才11点太阳就上中天了。这说明，你现在的位置在出发地的东边，经度相差15度。

 

  现在已经算出了观测者所处的经度。如果还想更精确一点，就得校正平太阳日和真太阳日的差值所带来的误差。

真太阳日，是太阳连续两次经过上中天的时间间隔，也就是一天真正的长度。真太阳日，是长短不等的。也就是说，太阳上中天的时间，不一定是正午12点钟。比如今天早几秒，明天晚几秒。

平太阳日，是真太阳日的全年平均值。平太阳上中天的时刻都是正午12点整。

为了精确地求得自身所在的经度，观测者需要先用平太阳，算出自身所处位置与基准位置（比如出发地）之间的经度差。再通过查阅天文历，来校正平太阳和真太阳的差值所产生的误差。

6. 航海钟发明之前

在没有无线电定位等方法的时候，航海过程中要确定自己的位置，需要六分仪、航海钟、天文历这三样东西。

但是走时精确的航海钟，是在发明六分仪之后很久才出现的。在此之前，航海家们的常用导航工具，是六分仪和星表。

陆地上的天文台长期观测，积累了丰富的天文数据，其中包括任意时刻月亮在星空上的位置，将其记录在星表里。在海上的水手们，用八分仪或六分仪测定月亮在天球上的位置，再对照星表，得出当地时间。其实就是把星空当做是表盘，把月亮看做是指针，以此来确定当地时间，得出当前地点与基准地点（比如出发地）的时间差，进而算出当地的经度。这就是“天钟法”当中的“月距法”。

“月距法”的精确度还不错，但比不上后来的“时钟法”。在使用便捷性方面，“月距法”更是远远不及“时钟法”。

走时精确的时钟普及以后，“月距法”就没什么人用了。

7. 六分仪面世之前

回到六分仪上。直到今天，六分仪仍是被广泛认可的备用定位仪器。

 

  现在的六分仪，分度弧的刻度多是从-5度到130度或140度，测量范围都明显大于120度，实际上算是“五分仪”。但因为习惯，还叫六分仪。

 

  而更早之前，人们用过八分仪。顾名思义，八分仪的分度弧是45度，是一周360度的八分之一，测量范围是90度。六分仪出现后，八分仪就被淘汰了。

 

  前面说了，六分仪和八分仪的功用，是测量天体的高度角或者天体与天体之间的夹角。这东西是18世纪才发明的。在此之前，人们用什么来实现类似功能呢？那就五花八门了，普遍使用的有星盘、直角仪等，效果都不太好。所以要再配合罗盘指向，以及通过计算海船和水流的速度，在航海图上推算实时位置、标记航迹的方法来定位和导航。多种方法相互对比验证，不断修正，减小误差。