البوصلة

البوصلة compass كلمة معربة عن الإيطالية bussola، أي علبة صغيرة، ويقابلها مصطلح مأخوذ من الإيطالية compasso (من فعل compassare أي يقيس بالخطوة) ووردت في بعض المصادر معربة باسم القمباص. وقد سميت بالعربية الَحكُّ والحُقّة والموصلة وسمكة المغنطيس.

البوصلة أداة لتحديد الاتجاه الأفقي، ينحصر مبدأ عمل أبسط أشكالها، بجعل الإبرة المغنطيسية المرتكزة على محور تتوازن وتتراصف مع حقل الأرض المغنطيسي.

كانت البوصلة في شكلها البدئي قطعة من الحجر المغنطيسي، وضعت على قطعة من الفلين، تطفو فوق الماء. وتجدر الإشارة إلى أن اليونان عرفوا مغنطيسية الحجر المغنطيسي الذي يقال إن البحارة استخدموه منذ زمن الفايكنغ Vikings في نهاية القرن الثامن الميلادي في توجيه سفنهم التي انطلقت من اسكندنافية لغزو البلاد الأوربية الأخرى. وذكر الراهب الإنكليزي الكسندر نيكام (1157-1217م) الإبرة المغنطيسية في كتاباته، وهو معاصر لابن جبير[ر] الذي يستدل من كلامه على أن البحارة العرب كانوا يعتمدون على رؤية النجوم في مجاريهم وتمييز الجهات ليلاً. وليس هناك ما يستدل به على تحديد الزمن الذي بدأ فيه البحارة العرب استعمال سمكة المغنطيس، ولكن المعروف أن سمكة المغنطيس بقيت غير مثبتة في الحقة (بيت الإبرة) حتى أيام المقريزي، فقد جاء على لسان المقريزي (766-845هـ /1365-1441م) «مايهديهم من الكواكب إلى معرفة الجهات، فكانوا يحملون حديدة مجوفة على شكل سمكة، ويبالغون في ترقيقها جهد المقدرة، ثم يعمل في فم السمكة شيء من مغنطيس جيد، ويحك فيه بالمغنطيس، فإن السمكة إذا وضعت في الماء دارت واستقبلت القطب الجنوبي بفمها واستدبرت القطب الشمالي». واستناداً إلى أن الملاح العربي ابن ماجد[ر] قد أدرك في صباه عصر المقريزي، وعمت شهرته الأوساط البحرية في المحيط الهندي، وإلى أن تجاربه وخبراته الملاحية الواسعة قد هدته إلى ابتداع كثير من القياسات، واكتشاف أشياء كانت مجهولة في عالم الملاحة، فإن قوله بأنه أول من ابتكر طريقة تثبيت المغنطيس في الحقة يبدو محتملاً، قال: «ومن اختراعنا في علم البحر تركيب المغنطيس على الحقة بنفسه».

تقسم البوصلة تبعاً لمبدأ عملها إلى:

البوصلة المغنطيسية: بوصلة تعمل وفق مبدأ المغنطة الدائمة للإبرة المغنطيسية (أو لوشيعتها الكهربائية) المستقرة على امتداد خط الزوال المغنطيسي باتجاه شمال ـ جنوب بفضل حقل الأرض المغنطيسي.

البوصلة الجيروسكوبية: بوصلة تعمل وفق مبدأ الدَّوار الجيروسكوبي السريع المسمى بالدوامة gyroscope (الشكل 1) في المحافظة على اتجاه محور الدوران على غير تغيير، وجعله في مستوى خط الزوال الجغرافي بشروط محددة.

البوصلة الفلكية: يتجلى مبدأ عملها باستخدام معيِّن اتجاه زاوي direction finder في تتبع جرم سماوي باستمرار كالشمس مثلاً، مما يسمح بتحديد اتجاه خط الزوال الجغرافي إذا كانت الإحداثيات الجغرافية لنقطة الوقوف معروفة.

البوصلة اللاسلكية: جهاز استقبال لاسلكي يثبت تلقائياً على اتجاه منارة مدى لاسلكية radio-range beacon (الشكل 2) وتستخدم في الملاحة البحرية والجوية (لتحديد وجهة السفينة أو الطائرة) إضافة إلى اتجاهات نقاط العلام في الرحلات والأعمال الحربية والجيوديزية والطبوغرافية.

تعد البوصلة المغنطيسية أقدم الأجهزة وأوسعها انتشاراً، فقد استعمل الصينيون المغنطيس الدائم لتحديد اتجاه شمال ـ جنوب، غير أن البوصلة لم تظهر في أوربة إلا بعد القرن الثاني عشر، وكانت آنئذ إبرة مغنطيسية مثبتة على قطعة من الفلين تطفو في وعاء ماء، إلا أن البوصلة طُوّرت في مطلع القرن الرابع عشر، فوضعت الإبرة المغنطيسية على رأس مدبب مثبت  في مركز قرص كرتوني مدرج تحقيقاً لسهولة التوجه، وكان القرص في أول الأمر يقسم إلى 16 خناً، ثم إلى 32، وبغية الإقلال من تأثير الذبذبة الميكانيكية على البوصلة (بسبب تموج البحر) أخذوا يستخدمون التعليق المرودي.

تقسيم الدائرة الأفقية وبيت الإبرة إلى أجزاء أو أخنان points وقرنها بالنجوم المشهورة: يرجع الملاح العربي ابن ماجد هذا التقسيم (الشكل 3) إلى قبل من اسماهم بالليوث (الليث محمد بن شاذان والليث بن كهلان والليث سهل بن أبان)، كما أنه حذر الربان من الاعتماد في مجراه على رؤية النجوم، ونصح باستعمال أخنان البوصلة «إذ إن مقابلة نجوم الأخنان للأخنان تقريبي لا تثبته التجربة».

ـ الجهات الأربع الفرعية (شمال شرق ـ جنوب شرق ـ جنوب غرب ـ شمال   غرب). ـ كسور الجهات الأصلية والفرعية.

أما فيما يتصل بنجوم هذه الأخنان، فقد قال سليمان المهري المعاصر لابن ماجد: «أما كواكبها المستعملة عند الجمهور، فالغالب فيها مخالف عن الخن بالتجربة، واستعملت لشهرة أسمائها وكبر أجرامها. ويحتمل أن يكون لقلةٍ معرفة أهل البحر بأبعاد الكواكب عن (دائرة) معدل النهار».

ويحمل عدم مقابلة كواكب الأخنان لأخنانها على الاعتقاد بأن البحارة العرب ظلوا ردحاً من الزمن يعتمدون على رؤية هذه الكواكب في معرفة الجهات من حولهم، قبل أن تضاف إلى أسمائها أخنان الدائرة الأفقية.

وفي القرن السابع عشر زودت البوصلة البحرية بمعيِّن اتجاه زاوي على مسطرة قطرية دوارة ذات مهداف sighing device يركب على أحد طرفيها، فصارت البوصلة المطورة جهاز الملاحة الأساسي لتوجيه السفينة، وبلغت دقة قراءة البوصلة البحرية الحديثة عند إبحار السفينة على خطوط العرض المتوسطة وغياب التأرجح 0.3 - 0.5 درجة.

ومن نقائص البوصلة المغنطيسية ضرورة إدخال التصحيح على قراءتها لعدم تطابق خطي الزوال المغنطيسي والجغرافي بسبب الانحراف المغنطيسي magnetic variation وخطأ البوصلة deviation of the compass.

تنخفض دقة قراءة البوصلة المغنطيسية إلى حد كبير بالقرب من قطبي الأرض وفي مناطق المغنطيسية غير الاعتيادية، الأمر الذي يتطلب استخدام أنواع أخرى من البوصلات، وليس ثمة نوع من أنواع البوصلات يصلح لقياس الوجهة بدقة في جميع مناطق الأرض وفي جميع أحوال الطقس كافة وفي جميع المناطق المغنطيسية وفي شروط التشويش اللاسلكي بأنواعه.

لهذا يعمدون في السفن والطائرات وفي الشؤون العسكرية إلى استخدام أنواع مختلفة من البوصلات في إطار منظومة واحدة لتحديد الوجهة بدقة مهما كانت الشروط. ولكل نوع من أنواع البوصلات خصائص ينفرد بها.

البوصلة البرية: يستخدم الكشافة والرواد والجنود بوصلة جيب (الشكل 4) تُحمل باليد، وهي تعطي قراءة دقيقة عند تثبيتها على حامل، وتزويدها بمقراب (تلسكوب) تسديد لقياس زوايا الارتفاع elevation angles  وتسمى البوصلة عندئذ مزولة أو مزواة theodolite وهي تستخدم غالباً في المسح الطبوغرافي.

البوصلة البحرية: لما كانت السفينة تعاني في إبحارها الدوران حول المحور الطولاني rolling وحول المحور العرضاني pitching وحول المحور الشاقولي yawing أحياناً، فقد كان من الضروري أن تكون البوصلة البحرية ذاتية الاستواء، لهذا ترتكز ميناء البوصلة البحرية عادة على محور في صندوق ذي قعر مستدير أو حقة bowl (الشكلان 5 و6).

آـ منظر خارجي، ب ـ مقطع عرضاني   جـ كيفية تثبيت البوصلة 1ـ وعاء البوصلة ـ 2ـ الزجاج المحكم 3ـ دبوس لحمل ميناء البوصلة 4ـ القرص 5ـ عوامة نصف كروية في وسط القرص 6ـ مرتكز من العقيق 7ـ منظومة مغنطيسيات البوصلة 8ـ فراغ مملوء بسائل 9ـ ثقل لزيادة ثبات الوعاء محورا تثبيت البوصلة، 11ـ مسطرة ومعين اتجاه زاوي للتصويب نحو نقطة العلام، 12ـ مهداف شيئي، 13 ـ مهداف عيني، 14ـ قاعدة لتثبيت البوصلة على متن السفينة، 15ـ جهاز انحراف البوصلة.

ويركب المجموع في قاعدة مجوفة (بيت الإبرة binnacle) على حلقتي توازن متعامدتين متحدتي المركز gimbals (الشكل 7). يحمل الغطاء الزجاجي للحقة خطاً مغفلاً يتطابق مع صلب السفينة، مما يشير إلى وجهتها المغنطيسية.

البوصلة الجوية: تتألف البوصلة المغنطيسية الجوية من العناصر الأساسية للبوصلة البحرية نفسها، إلا أنها تصمم وفقاً لمعايير شروط العمل الخاصة، فتختلف بوصلة الطائرة في أبسط صورها عن أنواع البوصلات الأخرى بأن ميناءها اسطوانة عوضاً عن القرص التقليدي، وتحمل هذه الاسطوانة التدريجات على سطحها الخارجي. ترتكز الميناء على محور في صندوق خلف نافذة زجاجية شاقولية تعلم بخط مغفل شاقولي، ويراعى في تركيب البوصلة أن تكون بعيدة قدر الإمكان عن العدادات والأجهزة الكهربائية في حجرة القيادة للتقليل من خطئها (الشكل 8).

لا تركَّب البوصلة المغنطيسية الجوية بالضرورة في حلقتي التوازن لأن ميلان الطائرة (كما هو الحال في الدراجات العادية والبخارية) يتوافق مع نصف قطر الانعطاف، لذلك فإن قوة الجاذبية والقوة النابذة تضافان إلى محصلة القوى التي تظل متعامدة مع أرضية حجرة الطائرة. وقوتا التسارع المذكورتان هما مصدر آخر لأخطاء البوصلة.

أخطاء البوصلة

انحراف البوصلة: ينشأ انحراف البوصلةdeviation  بأبسط صوره من وجود فولاذ أو أسلاك ناقلة للتيار تنتج حقلاً مغنطيسياً محلياً، يسبب انحراف إبرة البوصلة بزاوية تسمى خطأ البوصلة أو انحرافها، وهذا يتطلب توجيه السفينة أو الطائرة من وقت لآخر إلى اتجاهات معروفة بدقة لجعل انحراف البوصلة اقل ما يمكن، وذلك بتحريك مجموعة المغنطيسات القابلة للتعديل داخل صندوق البوصلة. ولما كان من المتعذر ضبط الإبرة على الصفر في الاتجاهات كافة فيدوَّن المقدار المتوسط للانحراف المتبقي على ميناء البوصلة.

الميل أو الحدور المغنطيسي declination or variation: إن حقل الأرض المغنطيسي ليس بسيطاً، فمكونه الشاقولي لايكون صفراً إلا بالقرب من خط الاستواء، في حين يشير في مكان آخر إلى تحدر بزاوية ميل تسمى الحدور المغنطيسي تزيد عند خطوط العرض القطبية على 65ْ شمالاً أو جنوباً. ويكون المكون الأفقي ضعيفاً جداً أو مضللاً للملاحين، في الوقت الذي يشير في مكان آخر إلى شرق الشمال الحقيقي (الجغرافي) أو غربه، وتتغير قيمة الزاوية المحلية ببطىء مع الزمن.

أخطاء التوليف tuning errors: ثمة اختلاف بين اتجاه إبرة البوصلة المتوازنة المتأرجحة أفقياً قبل مغنطتها وبعده ينبغي أن يراعى، ولما كان القصد أن تشير البوصلة إلى المكوِّن الأفقي لحقل الأرض المغنطيسي فقط، فإن الأمر يتطلب موازنة ثقل ميناء البوصلة على اتجاه الشمال أو الجنوب بحسب استعمالها في نصف الكرة الجنوبي أو الشمالي. وما أن تتوازن البوصلة استاتيكياً حتى تصبح ميناؤها غير متوازنة ديناميكياً، وتبدأ بالدوران بمجرد خضوع البوصلة إلى قوتي التسارع. وتجدر الإشارة إلى أن الأخطاء الناشئة عن قوتي التسارع وأخطاء التوليف يجعل البوصلة المغنطيسية في الطائرة عديمة الفائدة  تقريباً في الطيران، لأنها لاتعطي الدلالة الصحيحة إلا بعد أن تستقيم الطائرة في مسارها وتستوي عدة دقائق. لذلك يفضل عملياً استخدام البوصلة الجيروسكوبية للطيران في جميع الأحوال، ولاتستخدم البوصلة المغنطيسية إلا في الطيران المستوي لتصحيح أخطاء انسياق البوصلة الجيروسكوبية نتيجة احتكاك المدارج فيها.

ميناء البوصلة compass card وقراءتها

إن ما يعرف بوردة الرياح wind rose (الشكل 9) أقدم من البوصلة ذاتها، إذ يرجع استخدام هذا المصطلح إلى برج الرياح في أثينة الذي بناه اندرونيكوس السرغوسي في العام 100ق.م. ومنذ القرن الثالث عشر رسخت تسميات الرياح الثمانية الأساسية في منطقة البحر المتوسط: الشمالية والشمالية الشرقية، والشرقية، والجنوبية الشرقية، والجنوبية، والجنوبية الغربية، والغربية، والشمالية الغربية. وعندما دونت اتجاهات هذه الرياح على ميناء البوصلة في القرن الرابع عشر عُرفت بأحرفها الأولية. وأشير إلى الشمال في بعض وردات الرياح القديمة برأس حربة عريض وبحرف T (من كلمة الشمال Tramontana باللاتينية). وتحوَّل مثل هذا الميناء تدريجياً نحو عام 1490م إلى زهرة الزنبق التي لاتزال تستخدم عالمياً.

يشار إلى الشرق بصليب أو بحرف L (من كلمة الشرق Levante باللاتينية) وقد ظل الصليب (أو بالأحرى الزخرفة التي نتجت منه) على ميناء البوصلة الإنكليزية حتى القرن التاسع عشر (الشكل 10)،

ثم تتابعت التدريجات الفرعية بعد ذلك، ويعزى استخدام 32 تدريجة على ميناء البوصلة لدى بحارة أوربة الشمالية إلى صناع البوصلة الفلمنكيين على نحو ما جاء في كتاب «بحث في الاسطرلاب» (يرجع إلى عام 1391م) أي بمواكبة ذلك لدى العرب والمسلمين. ويدعي الغربيون أن البحَّار أمالفي (إيطالية) هو الذي حول التدريجات الثماني إلى 32 خناً.