Από το «theodolitus» στο σύγχρονο θεοδόλιχο

Χριστογεώργης Καλτσίκης – Δημήτρης Ρωσσικόπουλος, Η εξέλιξη των γεωδαιτικών οργάνων μέχρι τις αρχές του 20ου αι., 2003

Δυο γυναίκες τοπογράφοι το 1921


Με την εισαγωγή της τεχνικής του τριγωνισμού στις γεωδαιτικές εργασίες το 1533 από τον Gemma Frisius προκύπτει και η ανάγκη μέτρησης των γωνιών (των αζιμουθίων την εποχή εκείνη), οι οποίες αρχικά μετρούνται με αστρολάβο, συνδυασμένο με μαγνητική πυξίδα για τον προσανατολισμό. Βέβαια για τέτοιου είδους μετρήσεις ο αστρολάβος ήταν αρκετά πολύπλοκος κι έτσι σύντομα σχεδιάστηκαν πιο απλά όργανα για τις γεωδαιτικές και μόνο εφαρμογές. Ένα τέτοιο όργανο είναι το theodolitus, που περιγράφεται από τον Leonard Digges το 1571 στο έργο του «Pantometria».

Το θεοδόλιχο, στη σύγχρονη του μορφή αναπτύχθηκε βαθμιαία από την αρχική κατασκευή του Jonathan Sissons το 1730, που συνέχιζε να παράγεται μέχρι το 1890 για να ικανοποιήσει κάποιες μικρές απαιτήσεις, αν και υπήρχαν σύγχρονα πλέον όργανα. Είχε το πλεονέκτημα του μικρότερου βάρους και της ευκολότερης μεταφοράς, σε σχέση με τα θεοδόλιχα εκείνης της εποχής. Οι κατακόρυφες γωνίες μετριόνταν σε ένα ημικυκλικό δίσκο, το τηλεσκόπιο ήταν τοποθετημένο στις υποστηρίξεις σχήματος Υ και το όργανο οριζοντιώνονταν με τη βοήθεια τεσσάρων κοχλίων, σύστημα που αργότερα εξελίχθηκε σε τρικόχλιο. Αν και προς το τέλος του αι. εμφανίζονται πιο εξελιγμένα όργανα όπως τα θεοδόλιχα του Ramsden στην Αγγλία και του Georg Brander στη Γερμανία, το απλό θεοδόλιχο του Sissons αναφέρεται ως το πιο διαδεδομένο στη βιβλιογραφία στις αρχές του 19ου αι.

Ο Ramsden, μετά το σχεδιασμό της δικής του διάταξης βαθμονόμησης κατασκευάζει θεοδόλιχο για γεωδαιτικές εργασίες υψηλής ακρίβειας. Χρησιμοποιήθηκε στον τριγωνισμό της Μεγάλης Βρετανίας και της Ιρλανδίας το 1796. Ο μεγάλος δίσκος και το σύστημα ανάγνωσης με βερνιέρους και μικρόμετρα επιτρέπουν τη μέτρηση της γωνίας με ακρίβεια της τάξης του δευτερολέπτου. Για πρώτη φορά υπολογίζεται και η επίδραση της σφαιρικότητας της γης στους μεγάλους τριγωνισμούς. Παρόμοιο όργανο κατασκευάστηκε από τους Troughton & Simms για την αποτύπωση της Ινδίας.

Ένα ιδιαίτερο όργανο που κατασκευάστηκε στην Ευρώπη κατά το πρώτο μισό του 19ου αι. ήταν το επαναληπτικό θεοδόλιχο που επιτρέπει την επανάληψη μέτρησης σε διαφορετική περιοχή του οριζόντιου δίσκου. Με το επαναληπτικό θεοδόλιχο του Γερμανού Reichenbach μετρήθηκαν οι γωνίες του εθνικού δικτύου της Βαυαρίας, το 1811 περίπου, με ακρίβεια της τάξης των 2 δευτερολέπτων. Το θεοδόλιχο αυτό χρησιμοποιήθηκε και σε γεωδαιτικές εργασίες στην Ιρλανδία το 1815. Η κατασκευή του πιθανώς να συνδέεται με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων που κάνει την εμφάνισή του εκείνη την εποχή. Ο Γερμανός Georg vonReichenbach επηρέασε σημαντικά τους ευρωπαίους κατασκευαστές γεωδαιτικών οργάνων του 19ου αι. το μέγεθος της επίδρασής του μπορεί να συγκριθεί με αυτήν του Heinrich Wild στον 20ο αι.

Ο Jesse Ramsden το 1790 - Ο Heinrich Wild το 1910 - Θεοδόλιχος Sissons του 18ου αι.


Το θεοδόλιχο τύπου Everest σχεδιάστηκε περίπου το 1830 από τον Sir George Everest για τη χαρτογράφηση της Ινδίας. Το όργανο δεν πολυχρησιμοποιήθηκε, πέρα από τις γεωδαιτικές εργασίες στην Ινδία, εξαιτίας της αδυναμίας του τηλεσκοπίου να περιστραφεί πλήρως γύρω από τον οριζόντιο άξονα και εξαιτίας της ευαισθησίας του οργάνου στην υγρασία και τη σκόνη που επηρεάζουν τα λειτουργικά του μέρη.

Μετά το επαναληπτικό θεοδόλιχο, η νέα καινοτομία του 19ου αι., που σημάδεψε την κατασκευή των οργάνων αυτών μέχρι σήμερα ήταν τα γεωδαιτικά θεοδόλιχα transit. Το πρώτο γεωδαιτικό θεοδόλιχο διαβάσεων κατασκευάστηκε από τον αμερικανό William J. Young το 1831. Ο όρος transit στα γεωδαιτικά θεοδόλιχα δεν αναφέρεται στη διάβαση των αστέρων, όπως στα αστρονομικά, που ήταν σε χρήση από το 1800 περίπου, αλλά στη δυνατότητα του τηλεσκοπίου να περιστρέφεται γύρω από τον οριζόντιο άξονα και να σκοπεύει σε κάθε διεύθυνση (διέλευση του τηλεσκοπίου από το πλαίσιο στήριξης του οργάνου). Τη δυνατότητα σκοπεύσεων σε δυο θέσεις τηλεσκοπίου την είχαν και παλαιότερα όργανα, καθώς μπορούσε να αφαιρεθεί το τηλεσκόπιο με τον οριζόντιο άξονα και να τοποθετηθεί σε ανάστροφη θέση.

Διάφορα θεοδόλιχα παρήχθησαν προς το τέλος του 19ου αι., με σημαντικές τροποποιήσεις, με σημαντικότερη την αντικατάσταση των πολλών κομματιών από ένα, για λόγους σταθερότητας και για τη μείωση του βάρους. Μερικά κατασκευάστηκαν χωρίς κατακόρυφους δίσκους για μηχανικούς που εργάζονται σε επίπεδες περιοχές ή για αυτούς που οι απαιτήσεις περιορίστηκαν σε οριζόντιες αποτυπώσεις μόνο. Άλλες βελτιώσεις κατά τη διάρκεια του 19ου αι. έγιναν από τους Bidder, Metford και άλλους κατασκευαστές.

Ο μηχανικός Middleton, υπεύθυνος των ελέγχων της ForthRailway Bridge, περιγράφει το 1883 την αντικατάσταση του νήματος της στάθμης στο σύστημα κέντρωσης ενός θεοδόλιχου, από ένα τηλεσκόπιο κέντρωσης με σταυρόνημα. Το πρώτο σύστημα όμως οπτικής κέντρωσης στην ιστορία των γεωδαιτικών οργάνων σχεδιάστηκε το 1878 από τον γερμανό Hildebrand.

Στις αρχές του 20ου αι. ο Heinrich Wild ελαττώνει το μήκος του τηλεσκοπίου εισάγοντας έναν αρνητικό φακό μεταξύ του προσοφθάλμιου και του αντικειμενικού συστήματος, επινοεί τους γυάλινους βαθμολογημένους δίσκους με οπτικό μικρόμετρο για την ανάγνωσή τους και σχεδιάζει το σύγχρονο θεοδόλιχο. Ο σχεδιασμός του συστήματος ανάγνωσης των αντιδιαμετρικών ενδείξεων των δίσκων αρχίζει το 1907 από τον Wild, δεν υλοποιείται όμως μέχρι το 1920.