Manual del Curso de Patron de Yate de Vela y Motor

Capítulo 02: Los Cuatro Problemas de la Navegación

El Problema de la Posición: Navegación Astronómica

EL Sextante y Como Llegar de la Altura Instrumental a la Altura Verdadera

Introducción

El sextante es el instrumento que uno asocia rápidamente a la navegación astronómica.

En esta nota repasaremos sus partes y los ajustes del instrumento, y la determinación y eventual corrección del error de índice, la técnica de toma de alturas al Sol y a las estrellas, y los ajustes que deben aplicarse a las observaciones antes de utilizarlas en el cálculo de la posición.

El sextante
El sextante.

El sextante, tal como lo conocemos hoy, surgió a mediados del siglo XVIII como una evolución del octante, desarrollado a principios del mismo siglo, precedido por el cuadrante y el astrolabio.

El octante era muy similar al sextante, pero solo permitía tomar ángulos de hasta 45º —es decir, la octava parte de 360º, de allí el nombre de "octante"—. Su uso llevó rápidamente a reconocer sus limitaciones para observaciones de mayor altura, especialmente necesarias en latitudes bajar, próximas al ecuador.

Para solucionarlo, hacia 1757 Charles Bird —británico— construyó el primer instrumento con un arco que cubría 60º —un sexto de círculo— lo que permitía medir ángulos de hasta 120º, dando nacimiento así al sextante.

Para fines del siglo XVIII, el sextante ya era el instrumento estándar para navegación astronómica en prácticamente todas las marinas que hacían navegación más allá de la vista de la costa, desplazando al octante en la mayoría de las funciones.

Actualmente, y a pesar de la gran adopción que han tenido los GPS, continúa siendo un instrumento fundamental en la formación náutica y como herramienta de respaldo, especialmente en navegación oceánica, debido a su fiabilidad sin depender de sistemas electrónicos.

Funciones

El sextante es un instrumento óptico cuya única misión es medir valores angulares.

En la práctica náutica, esos ángulos son de dos tipos:

Ángulos Verticales

Medidos entre un astro y el horizonte del observador, lo que permite determinar la altura del astro y, a partir de ella, la posición del observador.

Ángulos Horizontales

Medidos entre dos objetos sobre un plano horizontal —por ejemplo, el del horizonte del observador—, y se utilizan para establecer una línea de posición.


Es importante tener en claro que, en todos los casos, el instrumento no calcula, no interpreta ni indica posición alguna; solo entrega exclusivamente un valor angular, y es el navegante quien convierte ese dato en información útil.

El sextante
El sextante.

Componentes

En cuanto a sus componentes, el "ocular" es el elemento que permite al observador visualizar el horizonte junto con el astro al cual desea medir su altura. El ocular, que suele tener un ajuste de dioptrías para facilitar la visión, está a su vez sujeto a la estructura del sextante, al igual que el "espejo de horizonte", con el cual debe estar perfectamente alineado. Una mitad del espejo de horizonte es transparente, y por ella el observador debe alinear el sextante con el horizonte mirando a través del ocular; la otra mitad es espejada, y tiene como objeto reflejar hacia el ocular, en una imagen partida, lo que el "espejo móvil" o "espejo índice" está recibiendo.

Ese otro espejo, el móvil, está sujeto al extremo de un brazo denominado "alilada" cuya parte inferior termina em una "corredera" que se desliza sobre una escala graduada en grados y minutos de arco, ubicada sobre el "limbo".

La corredera tiene además una pequeña ventana con un "fiel" que deja leer el valor angular en el que ha quedado posicionado el sextante una vez que se finalizó una tarea de medición.

Dado que el espejo móvil se mueve con la alilada sobre la escala graduada, es que se lo llama también "espejo de índice".

La corredera tiene un par de gatillos que, presionándolos, permite moverla libremente hacia adelante y atrás sobre el limbo. Ese movimiento inclina al mismo tiempo la alilada y el espejo móvil de su extremo superior —de allí su nombre—, lo cual cambia el ángulo de incidencia de un espejo sobre el otro. El "tornillo micrométrico" del extremo de la corredera permite hacer un ajuste más fino del movimiento del espejo, obteniendo así una medición más exacta.

Cada espejo tiene por delante una serie de "filtros" compuestos de cristales que filtran distintas frecuencias de color, destinados a proteger los ojos de los rayos directos del Sol y los reflejos sobre el agua.

Comprobación Previa al Uso

Un sextante bien construido puede acumular errores de alineación por uso, golpes, cambios de temperatura o simplemente por el paso del tiempo. Antes de cualquier serie de observaciones —y especialmente al comenzar una travesía— es una buena práctica verificar que el instrumento lee correctamente. Los errores se clasifican según qué elemento está fuera de posición, y se verifican y corrigen siempre en el mismo orden, porque cada ajuste puede afectar al siguiente.

Los errores posibles son tres: /p>

Error de Perpendicularidad

Este error ocurre cuando el espejo móvil no es perpendicular al plano del limbo.

Para comprobarlo, coloque el fiel del sextante en, aproximadamente, en 60º. Luego sostenga el instrumento horizontalmente a la altura de los ojos, con el limbo alejado de la cara, e inclínelo levemente para mirar en el espejo móvil en ángulo rasante. De esta forma debería verse simultáneamente en el espejo el arco del limbo real —el borde físico del instrumento— y su imagen reflejada.

Si el arco real y el reflejado forman una línea continua y sin quiebre, la perpendicularidad entre el espejo móvil y el limbo es la correcta. Si, en cambio, se ve un escalón o discontinuidad entre ambos arcos, significará que el espejo móvil está inclinado respecto al plano del limbo.

El error se corrige ajustando los tornillos de la montura del espejo móvil hasta eliminar el escalón.

Error de Colimación

También conocido como "error lateral", ocurre cuando el espejo de horizonte no es perpendicular al plano del limbo.

Para chequearlo, coloque el índice del sextante en 0º, apunte al horizonte durante el día. Observa cómo se relacionan la imagen directa, visible a través de la mitad del espejo de horizonte, y la imagen reflejada visible a través de la mitad espejada del espejo de horizonte.

Luego mueva lentamente el tambor micrométrico para hacer pasar la imagen reflejada sobre la directa. Si el horizonte directo y el reflejado se ven como una sola línea horizontal al mover el tambor. Si eso ocurre, no hay error de colimación, pero si en algún punto se ven convergentes, pero no paralelos, significa que el espejo de horizonte está desalineado.

De haber un error, se corrige ajustando el tornillo lateral de la montura del espejo de horizonte.

Error de Índice

Sucede cuando, con el índice en 0º, los dos espejos no son paralelos entre sí.

Este es el error más frecuente y el único que el navegante verifica de forma rutinaria antes de cada sesión de observaciones.

A diferencia de los anteriores, muchas veces se opta por compensarlo aritméticamente en lugar de corregirlo mecánicamente.

Hay dos métodos simples para verificarlo:

La forma más simple, pero menos precisa, consiste en apuntar al horizonte con el índice en 0º y verifique si el horizonte directo y el reflejado coinciden horizontalmente. Si coinciden, quiere decir que no hay error de índice o, en todo caso, que el error de índice es 0º 0'. Si, en cambio, ambos horizontes se ven desalineados, entonces mueva el tambor micrométrico hasta que queden alineados; el valor que quede marcado por el fiel en la escala graduada será entonces el error de índice a considerar para el instrumento.

La forma más compleja, pero más precisa, se efectúa observando el Sol. Con filtros adecuados, el Sol en el ocular y el índice en 0º, mueva primero el tambor micrométrico hasta que el borde inferior de uno de los dos semicírculos del Sol quede tocando tangencialmente el borde superior del otro semicírculo del Sol, y anote la lectura angular que indica el fiel sobre la escala graduada. Luego mueva el tambor en el sentido contrario hasta lograr que los bordes contrarios de los semicírculos del Sol se toquen, y anote la nueva lectura.

Hecho eso, promedie ambas lecturas, considerando su signo, y el valor resultante será el error de índice.

Este método elimina el error personal del observador y es el recomendado cuando se requiere precisión.


Una vez determinado el error de índice, el navegante tiene dos opciones: corregirlo mecánicamente**, ajustando el tornillo frontal del espejo de horizonte hasta que el error desaparezca o quede por debajo de 0,5', o dejar el instrumento tal como está y aplicar la corrección a cada observación.

En la práctica, se recomienda corregirlo mecánicamente cuando el error supera las 2' o 3', y se acepta **compensarlo cuando el error es pequeño y estable, menor a 2'.

En cualquier caso, el error de índice debe registrarse por escrito junto a cada serie de observaciones.

Buenas Prácticas, Cuidado y Mantenimiento

Siendo el sextante es un instrumento de precisión óptica y mecánica, su vida útil y su exactitud dependen directamente del trato que reciba.

Por eso valen las siguientes recomendaciones sobre su cuidado y mantenimiento:

Antes de usar el sextante —especialmente si ha pasado tiempo sin manipulárselo— conviene efectuar la comprobación explicada en el título anterior.

En cuanto a su tratamiento y cuidado, antes de utilizarlo y de guardarlo, limpie los espejos y la lente del ocular utilizando paños suaves. No deben utilizarse productos abrasivos; si es necesario, pueden usarse soluciones específicas para ópticas.

Evite tocar los espejos con los dedos, pues las grasas naturales dejan huellas que deterioran la reflectividad.

Si el instrumento recibió salpicaduras de agua salada, enjuagar suavemente con agua dulce y secar con aire, sin frotar.

Guarde y transporte siempre el sextante en su estuche rígido, para evitar el riesgo de que sufra golpes.

No deje el instrumento expuesto al Sol directo durante mucho tiempo, más aún si se trata de un sextante de materiales plásticos, pues el calor excesivo puede generar dilataciones que alteran su calibración.

No apoye el sextante sobre el limbo ni sobre sus espejos.

No apoye el sextante sobre el limbo ni sobre sus espejos.

El arco del limbo y el piñón del tambor micrométrico pueden lubricarse muy levemente con vaselina técnica o un aceite liviano neutro, aplicado con un hisopo. Nunca aceite excesivo que pueda migrar a los espejos.

Los tornillos de ajuste de las monturas de los espejos deben moverse con suavidad. Si ofrecen resistencia excesiva o juego, llevar el instrumento a un técnico especializado.

Correcciones a las Alturas Instrumentales

La altura medida a un astro con el sextante, a la que llamaremos "altura instrumental", abreviándola con las siglas "hi", es en realidad un valor inicial, que contiene una serie de errores y factores que deben ser corregidos antes de poder utilizarla en cualquier cálculo de posición.

Algunos de esos factores son propios del instrumento, como el ya explicado "error de índice", otros son consecuencia de la posición del observador, como la "altura del ojo del observador", y otros responden a fenómenos físicos que afectan la trayectoria de la luz entre el astro y el observador, como la "refracción atmosférica", el "paralaje" y, cuando la medición se ha tomado al Sol, la corrección por su "semidiámetro".

Luego de aplicar esas correcciones, tendremos finalmente una "altura verdadera", referida como "hv", apta ya para ser utilizada en los cálculos de la posición.


Veamos el proceso de aplicación de esas correcciones, suponiendo una altura instrumental tomada al borde inferior del Sol, que se abrevia con la sigla "hio" —la "o" con una raya debajo, significa borde inferior del Sol—.

hio : 67º 42,8’
fecha y hora : 29-Oct-2020 12:22:50 hs

Note que cada altura instrumental debe ser anotada con la fecha y hora exacta —hora, minuto y segundo— en la que fue registrada.

De la Altura Instrumental a la Altura Observada

El primer paso consiste en compensar el eventual error instrumental del sextante, sumando algebraicamente el error de índice del instrumento, abreviada "ei", a la altura observada, "ho".

Así entonces, suponiendo un error de índice de -0.1’, el cálculo se resuelve de la siguiente forma:

datos
hio : 67º 42,8’
ei : +0,1'
resolución
ho  = hio + ei =
= 67º 42,8’ + 0,1' =
= 67º 42,9’
Correcciones a la altura instrumental
Correcciones a la altura instrumental.

La altura observada "ho" es entonces ya un valor instrumental correcto.

De la Altura Observada a la Altura Verdadera

Las siguientes correcciones ya no son al valor angular observado con el instrumento, sino para corregir diferencias contextuales.

El siguiente ajuste está relacionado a la "elevación del ojo" o, dicho de otra forma, a la altura en la que el observador sostuvo el sextante para tomar la altura angular al astro.

Esta corrección es necesaria pues las declinaciones registradas en el Almanaque Náutico están referidas al "horizonte geocéntrico", calculadas desde el centro de la Tierra; y como el observador maneja el sextante desde la cubierta del barco, sobre el plano de su horizonte, también llamado "horizonte racional", varios miles de kilómetros más allá del centro de la Tierra, es necesario ajustar esa posición de tal forma que quede referida al mismo punto desde el que parten los valores contenidos en el Almanaque Náutico.

Esa corrección se resuelve mediante la "Tabla de Correcciones a la Elevación de Ojo".

Esa tabla se encuentra en la sección de Anexos de este manual, en el siguiente link:

Esa tabla utiliza dos parámetros:

Tabla de Correcciones a la Elevación de Ojo
Tabla de Correcciones a la Elevación de Ojo.

La elevación del ojo, que abreviaremos con las siglas "eo".

Para el caso de esta explicación asumiremos que se ha sostenido el sextante a una altura de 2,0 metros sobre el nivel del agua.

La altura observada al astro.

Este dato es el que se acaba de calcular: 67º 42,9’.


Ahora bien, dado que la tabla no permite hallar un valor que coincida exactamente con los 67º 42,9’ de la "ho", debe obtenerse la corrección interpolando entre los valores para las alturas más cercanas a la buscada, es decir entre 60º00' y 70º00', como sigue:

corrección por elevación de ojo
para 60º00'  : 13,0'
para 70º00'  : 13,2'
interpolación para hallar la corrección por elevación de ojo para 67º 42,9’
eo  = 13,0' + (13,2' - 13,0') x 07º 42,9’ / 10º 00,0' =
= 13,0' + 0,2' x 07º 42,9’ / 10º 00,0' =
= 13,0' + 0,154' =
= 13,154' =
13,2' redondeado

Del resultado de la interpolación resulta que la corrección por elevación de ojo "eo" queda en 13,2’.


La siguiente corrección ajusta la altura observada al centro del Sol, y se aplica únicamente cuando se trabaja con ese astro —es decir, no se aplica en el caso a alturas observadas a las estrellas y planetas—.

Tal como hemos mencionado anteriormente, las declinaciones del Sol informadas en el Almanaque Náutico refieren a un ángulo cuyo vértice está ubicado en el centro de la Tierra y que mide la altura entre el ecuador terrestre y el ecuador solar —es decir, su plano ecuatorial—.

Luego, dado que la altura observada "ho" la hemos tomado a su borde inferior, debe compensarse la diferencia angular correspondiente a la mitad del diámetro del Sol —técnicamente definida como "semidiámetro del Sol"—.

Esta corrección se resuelve también apelando a una tabla llamada "Tabla de Corrección del Semidiámetro del Sol, Refracción y Paralaje".

Puede encontrar esta tabla en la sección de Anexos, en este link:

Esa tabla es muy simple de usar y requiere dos parámetros para encontrar el factor de corrección:

Tabla de Correcciones a Alturas Observadas al Borde Inferior del Sol
Tabla de Correcciones a Alturas Observadas al Borde Inferior del Sol.

El borde al cual se le tomo la altura al Sol.

En el caso de esta explicación, se ha tomado la altura al borde inferior del Sol.

El mes del año en el que se ha hecho la observación.

Para esta explicación, según lo que se ha anotado, es el mes de octubre.

De la tabla se extrae entonces que la corrección al semidiámetro inferior del Sol es de +0,1'.

corrección al semidiámetro inferior del Sol
cso  : +0,1'

Teniendo ya todas las correcciones a la altura observada "ho", podemos proceder a calcular la altura verdadera "hv":

hv  = ho + eo + cso =
= 67º 42,9’ + 13,2' + 0,1' =
= 67º 56,2’

Es decir que, luego de aplicar todas las correcciones, resulta que la altura verdadera "hv" medida al Sol es de 67º 56,2’.

La altura verdadera es, finalmente, un parámetro utilizable en los cálculos de la posición.

Recuerde que, para el caso de las estrellas y planetas, no se aplica la corrección al semidiámetro del astro.


En la próxima nota avanzaremos en el tema, viendo que métodos utilizaremos en Navegación Astronómica para resolver la posición.


Fuentes

Este texto forma parte del Manual de Instrucción del Curso de Patrón de Yate de Vela y Motor de la Escuela de Náutica del Club de Veleros Piedrabuena.

ISBN 978-987-88-1913-6

Reproducido con autorización del autor.

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