Il sestante è uno strumento utilizzato per misurare l'angolo di elevazione di un oggetto celeste sopra l'orizzonte. Tecnicamente la misura si effettua facendo collimare l'oggetto con l'orizzonte.

La data e l'angolo di misura sono utilizzati per calcolare una specifica posizione su una mappa nautica o aeronautica e si usa per esempio traguardando a mezzogiorno il sole per individuare la latitudine.
 

Osservazione con il sestante

La scala di un sestante è di 60°, pari ad 1/6 di circonferenza; è da qui che deriva il suo nome, mentre un ottante, invece, è un dispositivo simile, ma dispone di una scala più piccola pari ad 1/8 di circonferenza, o 45°.
 

Questo dispositivo fu utilizzato fino al 1767 in quanto in quell'anno venne pubblicata la prima edizione dell'almanacco nautico sul quale erano riportate le distanze lunari che consentivano ai navigatori dell'epoca di individuare la data corrente in relazione all'angolo tra il sole e la luna. Tuttavia quest'angolo qualche volta superava i 90° rendendo impossibile l'utilizzo dell'ottante e spianando la strada all'utilizzo del sestante.
 

Il sestante sfrutta il principio della doppia riflessione: se un raggio luminoso subisce una doppia riflessione sullo stesso piano, l'angolo di deviazione è il doppio dell'angolo formato dalle superfici riflettenti. La scala del sestante è di 60° reali ma è graduata in maniera doppia in modo da leggere direttamente il doppio dell'angolo formato dai due specchi.

Anatomia di un sestante

Fu Sir Isaac Newton l'inventore del principio della doppia riflessione negli strumenti di navigazione, ma queste ricerche non furono mai pubblicate. Successivamente due uomini, indipendentemente l'uno dall'altro, riscoprirono il sestante attorno al 1730: John Hadley (1682-1744), matematico inglese, e Thomas Godfrey, (1704-1749), inventore americano. Il sestante sostituì l'astrolabio, fino a quel tempo il principale strumento di navigazione.
 

Rispetto all'astrolabio il sestante ha il vantaggio che è possibile traguardare un oggetto rispetto all'orizzonte, piuttosto che in relazione allo strumento, consentendo una misura più precisa. Nel momento in cui l'orizzonte e l'oggetto celeste sono traguardati, in realtà sono fermi, anche se l'imbarcazione si sta muovendo. Questo avviene in quanto la collimazione dei due punti avviene tramite la riflessione di due specchi che sottraggono il moto causato dalla nave.
 

L'osservazione in un sestante fa collimare due punti di vista: uno attraverso lo specchio mobile è il cielo o un oggetto posto nella volta celeste, l'altro attraverso lo specchio fisso è l'orizzonte. Attraverso una opportuna regolazione si porta l'immagine della parte bassa dell'oggetto celeste a toccare l'orizzonte. La misura si prende contemporaneamente all'ora e al giorno. Viene poi letto l'angolo di elevazione dalla scala. La data e l'ora sono utilizzate per estrarre dalle effemeridi i dati dell'oggetto celeste, utili al calcolo.

Astrolabio

La misurazione viene poi trasformata in una posizione mediante diverse procedure matematiche. Il metodo più semplice consiste nel disegnare l'elevazione dell'oggetto traguardato su di un globo sferico. L'intersezione di due o più circoli di elevazione, riferiti a due o più oggetti celesti, fornisce una precisa localizzazione.
 

Il sestante è uno strumento delicato. Se dovesse cadere, l'arco, che è la parte più importante, potrebbe piegarsi e di conseguenza comprometterne la precisione. È tuttavia possibile rettificarlo con appositi strumenti di misura, o con ottiche di precisione. Gli specchi, invece, sono calibrati in parallelo mediante distanziatori di precisione posti sulla loro superficie.
 

Sven Yrvind sviluppò il suo sestante, chiamato "Bris", a basso costo, dotato di un equipaggiamento spartano e utilizzato per gli attraversamenti oceanici. Il "Bris" è molto preciso, funziona ad intervallo fisso, pur essendo dotato di una tecnica costruttiva a basso impatto tecnologico. È costituito da tre specchi stretti e piatti, rigidamente montati a forma di V. Quando il sole o la luna vengono traguardati attraverso la V, vengono suddivisi in otto immagini. Il Sestante è piccolo, abbastanza robusto da essere tenuto in una custodia di 2 cm di raggio per 3 cm di altezza e appeso al collo con una cordicella.

Il sestante "Bris"

Il "Bris" si calibra su posizioni geografiche conosciute, con un buon orologio e un almanacco nautico. Il Sole e la luna possiedono la stessa ampiezza angolare se osservati dalla superficie della terra, pertanto possono essere utilizzati entrambi per la calibrazione.

Mentre si usa, si attende finché il bordo dell'immagine tocca l'orizzonte, poi si registra il tempo e si riduce la mira usando l'angolo registrato per quel bordo dell'immagine.