六分仪：不靠卫星的古老导航

如今导航变得简单：复杂的计算机化地图系统和无线电定位系统能让你在地球上任何地方找到自己。GPS 看似理所当然，但背后是数十亿美元的投入。

过去导航更简单也更便宜：用一个手持设备，参考天空中的自然天体，而不是带原子钟的人造卫星。六分仪就是这样的工具。

导航工具

人类历史大部分时间里，海上迷路确实可能致命。沿海岸线航行、识别地标尚可，一旦陆地沉入地平线，船员只能靠航位推算：估计速度、航向和经过的时间，但误差会随着缺少可靠参照而累积。当看不到陆地时，天空可以提供参照，前提是能足够精确地测量它。

六分仪就是为此而生。它看似简单，其实是框架、两面镜子和小望远镜，让航海者把天体与地平线之间的夹角测量到不到一度的极小分数。在正确时刻读数，再查阅表格，结合测量时间，就能得到地球上的位置。六分仪之前有八分仪，1730年代由 John Hadley 和 Thomas Godfrey 实现，更早牛顿曾在未发表手稿中描述过类似装置。

六分仪。镜子前的滤光片用于观测太阳等明亮目标时保护眼睛，测微鼓用于精细调节，这对获得高定位精度很必要。图片来源：Joaquim Alves Gaspar，CC BY 2.5

“六分仪”得名于它是一块“扇区”，弧长为圆周的六分之一。60度弧实际能测到120度角，依靠双反射原理。这使它区别于只能测到90度的八分仪，某些测量因此更容易或成为可能。来自目标天体（例如太阳）的光，先经安装在摆动指标臂上的镜子反射，再经固定的地平线镜反射进入望远镜。地平线镜通常只半镀银，航海者透过透明半边看到真实地平线，另半边看到太阳或恒星的反射像，两者并排出现在同一视野中。转动指标臂直到天体像落到地平线上，再用游标微调，读出刻度即可得到夹角。六分仪通常配有若干滤光片，放在镜前，以便通过望远镜直视太阳而不伤眼。

 

使用六分仪对准太阳读数的基本步骤。图片来源：Joaquim Alves Gaspar，CC BY 2.5

从角度到经纬度

查航海年鉴，找到某天体在某时刻（GMT）的高度和方位数据，再结合六分仪测得的夹角与测量时间，经过一些计算便可确定经纬度。根据所在位置和天气条件，可以测太阳、月亮或不同恒星，再与正确表格交叉参照，就能定位。多数六分仪的游标可读到0.1角分，即1/60度。1角分对应1海里，因此理论上六分仪定位精度可达约0.1海里。现实中，经验丰富的航海者大约能定位到0.25海里以内；对海上多数用途而言，误差几海里就已足够，之后可切换为目视导航。

航海年鉴列出一年中不同时刻地球表面上方各天体的正上方位置。这些数据可与六分仪读数结合，确定船只位置。图片来源：美国海军天文台

六分仪的镜子布置还有一个巧妙之处：它能在颠簸甲板上使用。因为地平线和目标天体同时出现在视野里，船体运动会让两幅图像一起移动，它们之间的夹角保持不变。航海者调节仪器，让太阳下边缘与地平线相相切，再轻轻摇摆仪器，确保六分仪真正垂直，或者让海浪的轻微起伏来完成这个动作，然后读数就是可靠的。

现代仍保留的备用手段

按现代标准，用六分仪对着天空测量很繁琐，尤其是还要翻表格、用铅笔在纸上计算。如今看 GNSS 动态地图显示当然更快，也更准。但这些系统并非无懈可击，可能受到干扰和其他问题影响，而六分仪不会。因此，即便在现代海军中，这种相对传统的导航工具仍被保留，作为现代硬件失灵时的备用手段。

六分仪是18世纪的重大技术进步，帮助商船和海军的导航。后来更先进的导航设备超越了它，但直到今天，它仍是穿越大洋和海域的实用方法。它也许不再像过去那样常用，但如果灯光熄灭或卫星失效，六分仪仍能把你带到目的地。自己动手做一个也并不算太难。