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Vorrichtung zur Lagebestimmung von Punkten auf der Erdoberfläche.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagebestimmung von Punkten .auf der
Erdoberfläche mit vier Gradbögen (Nullmeridan, Himmelsäquator u. dgl.). Die Erfindung
besteht darin, daß der Nullmeridianbogen mit dem Himmelsäquatorbogen fest verbunden
und mit ihm zusammen um eine lotrechte Achse drehbar, ein zweiter um eine zu dem
Nullmeridianbogen festliegende wagerechte Polachse drehbar und ein weiterer Gradbogen
um eine wagerechte Achse drehbar ist, und daß die drei Drehachsen einander in einem
gemeinschaftlichen Mittelpunkt schneiden, der oberhalb der Ebene des Nullmeridians
liegt. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß außer dem Nullmeridianbogen
alle Bögen noch je ein Doppelstück haben, um aus zwei Sterrrheobachtungen die geographische
Breite und den Stundenwinkel des Beobachtungsortes zu bestimmen.
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Durch die wagerechte Anordnung der Polachse wird bekannten Einrichtungen
gegenüber erreicht, daß im System keine schiefliegenden Einstellungen vorkommen.
Ferner zeichnet sich die Vorrichtung durch eine übersichtliche und technisch leicht
zu verwirklichende räumliche Anordnung aus. Es sind bei Anwendung eines einzigen
Koordinatensvstems zwei Meridiane mit einem Winkelabstande vorgesehen. Auf dem einen
Rleridian wird die geographische Breite des Beobachtungsortes und auf dem anderen
die Deklination des beobachteten Sternes berücksichtigt. Wird der Winkelabstand
der beiden Meridiane gleich dem Stundenwinkel des Sternes eingestellt, so stellt
die nach dem Bogen eines größten Kreises gemessene Entfernung zwischen der geographischen
Breite-und der Deklination die zenitale Entfernung des Sternes dar. Diese Entfernung
kann längs eines Kreisbogens gemessen werden, dessen Durchmesser dem der Meridiane
gleich ist. Diese Bögen sind .bei der Vorrichtung durch körperliche Bögen dargestellt.
Die Achsen, um welche die Bewegungen erfolgen, verlaufen entweder lotrecht oder
wagerecht. Weil die Bögen mindestens Halbkreisgröße haben, sind im Gegensatz zu
bekannten Vorrichtungen Irrtümer beim Einstellen oder. Ablesen der einzelnen Bestimmungsgrößen
so gut wie ausgeschlossen. Die Vorrichtung der Erfindung ist daher vorteilhafter
als bekannt gewordene anders ausgebildete Vorrichtungen für diesen Zweck.
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Die Lagebestimmung von Punkten auf der Erdoberfläche mit Gradbögen
ist an sich bekannt. Neu und eigenartig ist die Verbindung und Achsenanordnung zur
Drehbarkeit der körperlichen Bögen.
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Auf der Zeichnung zeigt Abb. r eine beispielsweise Ausführungsform
der Vorrichtung
in schaubildlicher Ansicht, Abb. 2 eine Abänderung,
ebenfalls in schaubildlicher Ansicht und Abb. 3 die Darstellung des Kcx)riIinateilsystenis.
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Nach Abt). 3 stellen I und 1I zwei Meridiane finit dein Winkelabstande
T dar. Z ist die geographische Breite- des Beollaclittuigsortes. Auf dein anderen
:@leridianllogen ist die Deklination S des beobachteten Sternes eingezeichnet .
Der Winkel T ist entsprechend dem Stundenwinkel des Sternes eingestellt. Dabei stellt
die nach dem Pxlgen eines größten Kreises gemessene Entfernung zwischen den Punkten,
Z und S die zenitale Entfernung des Sternes dar. Diese Entfernung kann längs eines
Kreislx>gens IV gemessen werden, desseil Durchmesser dem der '.Meridiane gleich
ist. Dieses Koordinatensystem ist auf den I?rfindungsgegenstand übertragen, so daß
dein Meridian I (Ahb. 3) der Meridianbogen i (Alb. i) entspricht, dein \Ieri<lianliogen
1I (Ahh. 3) entspricht der Deklinationsbogen 2 (Ahh. i), (lern Winkel T (Abb. 3)
entspricht der auf dein Hinimel,säquatorkreis 3 abgelesene Winkel und dem Zenitalbogen
IV (Abb. 3) der lotrechte Kreisbogen d. (Abb. i). Die körperlich ausgeführten Kreisbögen
i bis .I sind bei dein Gerät - nach Abb. 2 nach den entgegengesetzten Seiten der
Kugelfläche gerichtet, auf welcher die stereometrischen Irreise der Abh.3liegen.
Die Anordnung ist so Betrotten, daß der in der Kugelfläche liegende Rand des Bogens
4 an dein in der nämlichen Kugelfläche liegenden Rand des Bogens i entlanggleiten
kann, daß ferner der in Abb. 3 finit S, hei der körperlichen Ausführung geiiiäß
Abb. i hingegen finit 9 bezeichnete Schnittpunkt, der in der gleichen Kugelfläche
wie die Ränder der Bögen i und :1. liegenden Ränder der Bögen 2 und a längs diesen
Ränclern der Bögen 2 und d verstellbar ist. Auf diese Weise sind die auf den einzelnen
Bögen erzeichneten Bestimmungsgrößen voneinander abhängig gemacht.
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Bei der körperlichen Ausführung der Vorrichtung sind die Teilungen
auf Bögen verschiedenen Durchmessers angebracht, was aber die Lage der Eckpunkte
des stereometrischen Dreieckes P, Z, S (Ahh. 3) nicht beeinträchtigt. Der Punkt
S ist körperlich durch den Zapfeng dargestellt, der die Nonien der Bögen 2 und .I
verbindet.
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Gemäß der Erfindung sind die Bewegungen der vier Bögen und der zugehörigen
vier Nonien voneinander abhängig gemacht, indem die Achsen, uni welche die Einstellungen
erfolgen, entweder lotrecht (h X') oder wagerecht (P P', Z Z') angeordnet sind.
Die das l-Zechnungsergebnis liefernde schräge Verbilldung ist zwischen den mitgenommenen
beiden Nonien 6 und 8 hergestellt. Dadurch wird zwangläuhg eine gleichzeitige Bewegung
aller fier Bögen und aller vier Nonien Berg orgerufen, oder es können Bewegungen
durch Festlegung der Nonien auf den betreffenden Bögenteilungen verhindert werden.
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Es ist immer möglich, sofort die Beträge v mi vier zusanmiengehörigen
Bestiminungsgrößen abzulesen, oder man kann, indem zwei gegebene Bestimmungsgrößen
fest eingestellt werden, zti einer Reihe von Beträgen der dritteil Bestininiungsgrö
ße die zugehörigen Beträge der vierten Bestilninuligsgr;*,lie erinitteln.
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Der Bogen i ist um die Achse X X' drehbar, welche durch seinen Mittelpunkt
rechtwinklig zu seiner Ebene geht. Der Bogen 2 ist um seinen Durchmesser
P P' drehbar, der zur Ebene des Bogens i parallel ist. Er ist ferner zusammen
finit dein Bogen i, auf welchem er angebracht ist, um die Achse X I' drehbar. Der
Bogen 3 stellt fest auf dein Bogen i in einer Ebene rechtwinklig zur Ebene des Bogens
i und zur Achse P P' und kann zusammen mit den Bögen i und 2 um die Achse
x X' gedreht werden. Der Bogen d. ist um seinen Durchmesser Z Z' drehbar, der zur
Ebene des Bogens i parallel ist.
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Diese Bögen sind so angeordnet, daß die Bögen 2, 3 und .I einen gemeinschaftlichen
Mittelpunkt auf der Achse Y I' des Bogens i haben. Sie sind dazu bestimmt, die in
ihren Ebenen gebildeten Winkel zu messen und sind für diesen Zweck finit Gradeinteilungen
und mit je einem Nonitis 5, 6, 7 und 8 zum Ablesen ihrer Einstellung versehen. Die
Nonien 6 und 8 der Bögen 2 und d. sind durch einen Zapfen 9 verbunden, auf welchem
sie sich tini eine durch deal %1,ittelpunkt 0 gehende Achse I- l-' drehen können.
Auf diese `-"eise ist eine Abhängigkeit zwischen den Bewegungen des Bogens .I und
denen der anderen 13iigen geschaffen.
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Der Bogen i ist auf einer Unterlage io drehbar, an welche auch der
Bogen .I allgelenkt ist. Die Bögen 2 und d. sind mit Gegengewichten i i und 1-2
versehen.
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Der Bogen i stellt den lulliiieridiaii der Hiniinelslatgel dar und
ist so eingerichtet, dall er die geographischen Breiten des Beobachtungsortes anzeigt.
Der Bogell2 stellt einen Deklinationskreis dar und läßt die Deklination der Sterne
ermitteln. Der Bogen 3 stellt den Himmelsäquator dar und gibt die Stundenwinkel
der Sterile an. Der Bogen 4 stellt einen lotrechten Kreis dar und ist so geteilt,
daß er die Kühen der Sterne angibt. Diese vier Bögen gehen ein Viertel des Himmelsgewölbes
wieder, was vollständig ausreicht, uni alle Stellungen der Sterne über dein Horizont
eines Beobachters zu verwenden oder zti bestimmen. Denn östlich und. westlich voni
Nullmeridian
zeigen sich die nämlichen Kornhinationen von Bögen und folglich die nämlichen Ergebnisse,
abgesehen davon, daß der Stundenwinkel von 24 Stunden abgezogen «erden muß, wenn
er östlich vom Meridian liegt.
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Zum Bestimmen der geographischen Lage eines Beobachtungsortes auf
der Erdoberfläche muß auf die folgenden vier Bestimmungselemente zurückgegriffen
werden, nämlich die geographische Breite des Ortes, den Stundenwinkel eines Sternes,
die Höhe des Sternes und seine Deklination im Augenblicke der Beobachtung. Wenn
drei von diesen Bestimmungselementen bekannt sind und die Nonien der bezüglichen
Bögen in Übereinstimmung mit diesen Bestimmungselementen eingestellt sind, so zeigt
die Vorrichtung selbsttätig das vierte Bestimmungselement an, so daß sich die Lage
des Beobachtungsortes feststellen läßt. Oder wenn zwei Bestimniungselemente bekannt
sind, so zeigt die Vorrichtung die Veränderung des dritten Bestimmungselementes
in Abhängigkeit von den @"eränderungen des vierten Bestimmungselementes. Wird die
Bestimmung des Längengrades des Beobachtungsortes gewünscht, so zeigt die Vorrichtung,
wenn sie beispielsweise in Übereinstimmung mit der Deklination und der Höhe des
Sternes eingestellt wird, für verschiedene geographische Breiten verschiedene Stundenwinkel
und daher verschiedene Längen.
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Stehen zwei im gleichen Au@@enblicke und auf der nämlichen Seite des
1VuIlmeridiariS durchgeführte Sternbeobachtungen zur Verfügung, so kann die in Abb.
2 dargestellte Vorrichtung angewendet werden, bei welcher die drei Bögen 2, 3 und
4 je ein mit 211, 3a und .1a bezeichnetes Verdoppelungsstück haben. Wird in diesem
Falle der Abstand zwischen den beiden Bögen 2 und 2a gleich dem Unterschied zwischen
den rechtwinkeligen Aszensioten der Sterne, der Bogen 2 in C?bereinstimmung mit
der Deklination des einen Sternes, der Bogen 2a in Übereinstimniun- mit der Deklination
des anderen Sternes und die Bögen 4 und 4" in Übereinstimmung mit den bezüglichen
Bögen eingestellt, so ist es möglich, unmittelbar die geographische Breite und den
Stundenwinkel eines Sternes und dadurch die geographische Länge eines Beobachtungsortes
im Augenblicke der Beobachtung zu erhalten. Wenn die beiden Sterne sich auf verschiedenen
Seiten des N ullmeridians befinden, werden die beiden Deklinationen und die beiden
Höhen wie oben zum Einstellen der Vorrichtung benutzt. Die Bögen sowohl des Stundenwinkels
als auch der geographischen Breite werden gedreht, bis die Summe der beiden Stundenwinkel
dem Unterschiede der rechtwinkeligen Aszensionen der beiden Sterne gleich ist. Die
von der Vorrichtung angezeigte Breite ist dann die geographische Breite des Beobachtungsortes
und die Länge wird mit Hilfe des Stundenwinkels gefunden.
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Die Vorrichtung ermöglicht es somit, selbsttätig die geographische
Lage eines Ortes auf der Erdoberfläche mnit Hilfe eines Chronometers, einen Sextanten,
der astronomischen Karte, des Seehorizontes und des künstlichen Horizontes ohne
astronomisch-nautische Berechnung zu bestimmen. Sind gemäß Abb. 2, um zwei Sternbeobachtungen
auswerten zu können, die Bögen 2, 3 und 4 immer zweimal ausgeführt, so ist es -möglich,
nach Einstellen der bekannten Bestimmungsgrößen der Höhe und Deklination der beiden
Sterne und des Unterschiedes der Rektaszensionen der beiden Sterne die Bestimmungsgrößen
des Beobachtungsortes abzulesen. Die Nachprüfung kann auch in der Weise erfolgen,
daß man die Grundpunkte P, Z und S (Abb. 3) in übereinstimmende Lage mit den Hauptpunkten
bringt, wobei dann die Nonien auf den Gradteilungen o bis go° anzeigen müssen.