反向高度儀（）是用於測量天體，特別是太陽或月球，高度的一種導航儀器。當觀測太陽時，使用者會將太陽置在身後（因此得名），觀察上方葉片投射在地平線葉片上的影子。英國航海家約翰·戴維斯，在他1594年著作的《水手的秘密》中描述了這種儀器。
反向高度儀的種類
反向高度儀是指任何透過投影影子來測量太陽高度的儀器。利用反向觀測測量太陽高度的想法，看來起源於托馬斯·哈里奧特。許多儀器類型都是從十字杖演變而來，這些都可以歸類為反向高度儀。在中的儀器，只有戴維斯象限儀仍佔主導地位。事實上，戴維斯象限儀基本上與反向高度儀劃上等號。然而，戴維斯既非首位也非最後一位此類儀器的設計者，其他設計者也在此被考慮。
戴維斯象限儀
約翰·戴維斯船長於1594年發明了一種版本的反向高度儀。戴維斯是一位航海家，對當時的儀器相當熟悉，如航海星盤、象限儀和十字杖。他認識到每種儀器的固有缺點，並努力創造一種新儀器，以減少這些問題，並提升太陽高度的獲取便利與精確度。
象限儀的一個早期版本見於「圖1」。它在刻度竿上裝有一個弧形綴物，可以沿著刻度竿滑動（形狀並非關鍵，只是選擇了弧形）。弧頂端（A）的位置使其影子投射在「地平線葉片」（B）。導航員會沿著刻度竿觀察，透過地平線葉片上的狹縫觀察地平線。透過滑動弧形綴物使影子與地平線對齊，就可以從刻度桿上讀取太陽的高度。這是一個簡單的象限儀，但並不像人們想像中那麼精確。儀器的精確度取決於刻度竿的長度，但竿越長會使得操作越為不便。該儀器可測量的最大高度為45°。
象限儀的下一個版本見於「圖2」。
因此，戴維斯能夠優化象限儀的結構，使其同時擁有小弧與大弧，從而在不讓整個儀器過於龐大的情況下，有效精確地使用一個大弧象限。這種形式的儀器成為反向高度儀的代名詞。它是最廣泛使用的反向高度儀形式之一。歐陸航海家稱之為「英國象限儀」。
戴維斯象限儀後續的改良是用「佛蘭斯蒂德玻璃」取代陰影葉片；此改進由約翰·佛蘭斯蒂德建議。這在葉片上放置了一個透鏡，將太陽的影像投射到地平線葉片上，而非陰影。在天空霧氣或輕微陰天的情況下，它非常有用；當看不到影子時，太陽的微弱影像在地平線葉片上更顯明亮）。透過設定陰影葉片高度，得以設定可測量的角度範圍。橫樑可沿刻度竿滑動，角度可從刻度竿上的刻度量度中讀取。
「瞄準葉片」（C）與「地平線葉片」（B）在視覺上與地平線對齊。將影子葉片的影子投射在地平線葉片上，並與地平線對齊，角度就被確定。實際上，該儀器雖然準確，但比戴維斯象限儀更笨重。
起初，尾樑與橫桿會設定為兩者在各自的45°設定下連接。儀器持法使橫桿水平（導航員可觀察橫桿的地平線以協助調整）。套筒會被鬆開，使尾樑垂直移動，直到葉片的陰影投射到橫桿的90°設定。若僅靠尾樑的移動即可達成此目標，則高度由尾樑的刻度數決定。若太陽過高，則會鬆開橫桿槽的水平開口，並將桿子移動，讓影子落在90°標記上。以橫梁上的角度值來決定高度。
相較於傳統的十字測天儀，因為刻度間隔相當寬敞，是一種相當精確的儀器。不過，它有點笨重，在風中操作起來有些困難。
班傑明·科爾象限儀
科爾象限儀作為補充導航界後期收藏的反向高度儀，此裝置由於1748年發明。
十字弓象限儀
約於1623年發明了「十字弓象限儀」，也稱為「水手弓」。它的名字來自於期外形與弓箭手的弩相似。
此儀器有趣的是弧度為120°，但刻度僅為90°弧。因此，弧線上度數的角距略大於一度。該儀器的例子包括0°至90°刻度，或以弧線中點為中心的兩個鏡面0°至45°段。
該儀器有三個葉片，一個是「地平線葉片」（圖8中的A），其開口可觀察地平線；一個「陰影葉片」（B），用來投射陰影至地平線葉片；另一個「瞄準葉片」（C），是導航員用來觀察地平線及地平線葉片上的陰影。這樣可以確保儀器保持水平，同時測量太陽的高度。高度是陰影葉片與瞄準葉片角度位置的差異。
在某些版本的儀器中，該儀的弧線上標示了全年每一天的太陽赤緯。這讓導航員能為陰影葉片設定日期，即可讓儀器直接讀取高度。
參考文獻
*[http://digicoll.library.wisc.edu/cgi-bin/HistSciTech/HistSciTech-idx?type=turn&entity=HistSciTech000900240225&isize=L Ephraim Chambers, Cyclopædia, The First Volume, 1728] explaining the use of a backstaff
Maurice Daumas, Scientific Instruments of the Seventeenth and Eighteenth Centuries and Their Makers*, Portman Books, London 1989
Gerard L'Estrange Turner, Antique Scientific Instruments*, Blandford Press Ltd. 1980
註釋
外部連結
- [http://www.answers.com/topic/backstaff?cat=technology "Backstaff" at answers.com] – Good diagram of how a backstaff is held in use.
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