百年清华

六分仪（sextant）属于光学仪器范畴，是英国人在长期航海实践的基础上，利用天文学和测量学的原理，凭借先进的工业制造能力，于十八世纪完成的一项重要发明，标志着人类在认识海洋、征服海洋的过程中科学意识的不断完善，在科学史上具有一定地位。这种发明已久的航海仪器由于受外界人为因素干扰小、操作简单、可靠性强，因此具有长久的实用价值。即使在科学技术高度发达的现代航海实践中，仍然具有不可替代的作用，是世界上所有大中型舰船必须配置的装备。

一、六分仪的发明、原理、构造与使用方法

人类在从陆地走向海洋的过程中,首先要解决在茫茫大海中的定位问题,只有弄清楚自己在什么位置,才能知道怎么去到理想中的彼岸。在海上没有陆地和已知岛屿作为参考点时，只有天体是人们最好的参照物。虽然日月星辰等天体都在随时运行，但它们毕竟有运行规律可循，只要宇宙不爆炸，人们就可以根据自己相对天体的位置推算出自己在海上所在何处。当人类懂得了这个道理之后，就一直在寻求航海时通过观测天体确定自身位置的方法。

郑和下西洋时使用过的《牵星图》

在六分仪出现以前人们曾使用过多种精度较低的测天工具。据史料记载，中国元代就使用过“量天尺”，明代使用过“牵星板”。阿拉伯人在十五世纪前后的数百年间使用过“拉线板”。欧洲人在十五世纪使用过四分仪和星盘，十六世纪使用过“十字杆”，十七世纪以后使用过“反测器”。这些发明无论出自哪个民族、哪个时期，都充分显示了人类航海先行者们的不懈探索与高度智慧。

人类进入工业文明时代以后，英国的 J.哈德利（John Hadley，1682—1744）于1730年发明了“双反射八分仪”，这种光学仪器因其刻度弧约为圆周的八分之一而得名。八分仪大大提高了观测精度，在航海史上具有划时代意义。后来为了便于观测月距,人们将刻度弧加长为圆周的六分之一,这就是“六分仪”。以后六分仪成了观测天体高度的航海仪器的通称。到了现代，刻度弧长约为圆周五分之一的观测天体高度的仪器，仍被称作“六分仪”。

航海六分仪是测量天体高度的手提式光学仪器，也可以用来测量地面两物标之间的夹角，为提高读数精度，实际的六分仪活动臂上还附有鼓轮和游标尺，使观测精度可达±0.1′～±0.2′。六分仪的基本结构是一个扇形框架，框架上装有活动臂和望远镜，活动臂最上端装有指标镜；正对望远镜装有半反射式地平镜，安装在六分仪的左侧中部，地平镜旁边还配有滤光片供测量太阳等明亮天体时使用。

六分仪的结构和原理图

六分仪观测过程示意图

六分仪的主要原理是几何光学中的反射定律。测量天体的地平高度时，观测者手持六分仪，让望远镜镜筒保持水平，并从望远镜中观察被测天体经地平镜反射所成的像；同时要调节活动臂，使被测天体与望远镜中所见的地平线上重合。根据反射定律，此时该天体高度等于地平镜与指标镜夹角的二倍，六分仪圆弧标尺上的刻度显示的就是这一结果，这样观测者就可以直接读出天体高度。

必须说明，得出观测点的天体高度后，还需要配合使用“航海天文历”中提供的有关数据，再根据球面三角学中的定理，最终才能计算出观测点的地理坐标。因为六分仪设计原理可靠，轻便易用，所以它一经发明就能够迅速取代之前操作复杂的星盘，成为在海洋上测量地理坐标的利器，也彻底解决了“精确确定海上位置”这一曾经困扰历史上无数航海家的难题。

二、一架具有历史价值的六分仪

2017年10月，我向清华大学科学博物馆捐赠了一架航海六分仪。这架“六分仪”是由英国制造的，保存完好，十分精致。注册商标铭牌标着“HUSUN”，具体的制造时间没有表明，但从仪器包装箱中一张检测记录上记载的“1950．10．10”来看，肯定是在1950年代之前。因此这架六分仪的寿命至少应该有七十年以上，是二十世纪上半叶英国航海仪器制造水平的直接见证。

这架“六分仪”是我1990年代在海军某基地司令部担任航海保证部门军官时收藏的，包含着多重历史信息。首先，它应该是“二战”期间反法西斯同盟国军舰上的装备，很可能经历过战争的硝烟。其次，它见证了中国人民解放军海军的发展历程。“二战”结束后，美国和英国援助给国民党海军一批舰艇，成为国民党打“内战”的工具。1949年4月23日，人民海军正式成立。但那时中国根本没有现代化造船工业，建国初期的军舰大部分都是国民党海军“起义”后收编的。因此可以推断，这架“六分仪”是某艘起义舰艇的装备。

起义舰艇入编华东海军的历史照片

人民海军成立七十年来，舰艇和装备不断更新，维护国家海洋权益的能力不断提升，正在朝着建设“世界一流海军”的目标迈进。尽管那些历经改朝换代，服役了几十年的外国造老旧舰艇以及各种装备早已被逐步淘汰退役，但每当看到这架六分仪，都会唤起我们对那些历史往事的深刻记忆。

而这架曾经“屈身”在废品仓库中的“洋文物”，偶遇了慧眼识珠的我，于是被我果断“截留”，并由此改变了命运。我清楚地知道这架六分仪的历史价值，所以在我看到“她”的第一眼起，就想着未来有一天应该把“她”放到博物馆去。令人无比欣慰的是，在跟随我二十多年以后，“她”竟然真的被清华大学科学博物馆永久收藏！

作者袁帆（左）将六分仪捐赠给清华大学科学博物馆

因为年代久远和历史档案的缺失，造成我们今天无法详细了解这架六分仪的来龙去脉。但根据历史常识，我们仍然可以基本确定它的来历。遥想当年，这架六分仪诞生于英伦三岛，以后随着军舰飘洋过海来到中国，经历了二十世纪的历史巨变，并成为人民海军发展的历史见证。更为幸运的是，它不仅被保存了下来，最终还能进入科学的殿堂，继续为人类科学事业的发展服务，这是一段多么富有意义的传奇呀！这正是：

科学激发创造力，航海发明六分仪；

历经风浪被珍藏，永存清华续传奇！

2019/3/20