灯台の歴史

灯台の歴史とは、海上または内陸水路での航行を補助するための塔、建物、またはその他の種類の構造物の使用の発展を指します。

港が明確に定義されるようになる前は、船乗りたちは丘の頂上にたかれた火を頼りに航海していた。^[要出典]火を上げると視界が良くなるため、火を台の上に置く習慣が生まれ、それが灯台の発展につながった。古代の灯台は、現代の多くの灯台とは異なり、岩礁や岬への警告信号というよりも、港への入口の目印として機能していた。インド沿岸のクンタシの発掘調査で、もともと高さ10～12メートルの傾斜路を備えた四角い監視塔が発見され、カッチランからクンタシに来る船を誘導するために使用されていた。これが灯台である可能性も否定できない。^[1]もしそうなら、灯台は紀元前2000年頃のものである。^[2]

ホメロスの伝説によると、ナフプリオンのパラメデスが最初の灯台を発明したとされているが、アレクサンドリアの灯台（クニドスのソストラトスが設計・建設）とロードスの巨像によってそれが証明されている。しかし、テミストクレスはそれより以前に紀元前5世紀にアテネにつながるピレウス港に灯台を建設しており、基本的には火の標識が付いた小さな石柱であった。^[3]

ギリシャの詩人レシェス（紀元前660年頃）は、トロアドのシゲイオンにある灯台について言及している。これは船乗りの道案内のために定期的に維持された最初の灯台であったと思われる。^[4]

アレクサンドリアのファロスの記述や図面には灯台に関する情報が記載されているが、塔自体は紀元前3世紀にギリシャ人によって建設されてから数世紀後に地震で倒壊した。スペインのア・コルーニャにあるヘラクレスの塔はローマ時代の中核を持ち、イギリスのドー​​バー灯台の遺跡はその建設に関する洞察を与えてくれる。灯台に関するその他の証拠はコインやモザイクの描写に存在し、その多くはオスティアの灯台を描いている。シリアのアレクサンドリア、オスティア、ラオディキアのコインも現存している。

証拠はこれらの建造物の外部構造についての洞察を与えてくれるが、建造物の目に見えない側面に関する証拠には多くの欠落がある。ア・コルーニャとドーバーの遺跡は、それぞれの灯台構造がどのように機能していたかを判断するのに役立つが、構造物のビーコンがどのように照らされていたかを判断するにはいくつかの仮定を立てなければならない。おそらく地元で入手可能な燃料には、夜間に継続的に火を燃やし続けるための木材とおそらく石炭が含まれていただろう。また、ヘラクレスの塔の一番上の部屋に通じる大きな煙突がある。ドーバーの例は、ある段階で隣接する教会の シンプルな鐘楼に改造された。

灯台守は燃料費を削減し、強風時に灯火を安定させるために可燃性液体を追加した可能性があるが、当時の文献にはほとんど情報がない。また、ガラス窓で風から灯火を守り、大きな鏡で光線をできるだけ遠くまで投影していた可能性もある。灯台では燃料の運搬と炎の維持にかなりの労力が必要だったと思われる。 1870年代のハッテラス岬では、1人の灯台守と2人の助手が、強力な石油ランプのより洗練された炎の世話に忙しくしていた。

芸術的表現は灯台の視覚的イメージを再現するのに役立ちますが、多くの問題があります。ローマのコイン、碑文、彫刻、モザイクに描かれた灯台は、建造物の実際の外観とは一貫性がありません。ほとんどは、上に行くほど幅が狭くなる 2 階建てまたは 3 階建ての建物を示しています。コインのサイズが限られているため、コインの製造者は表面に収まるようにイメージを変更する可能性があります。灯台の描写の類似性は、特定の灯台の正確な表現ではなく、象徴的なものです。

ヨーロッパ中世には、多くのローマの灯台が使われなくなった。スペインのア・コルーニャにあるファルム・ブリガンティウム（現在はヘラクレスの塔として知られている）や、地中海にあるジェノバのランテルナなど、いくつかは機能し続けた。航海術が向上するにつれて、灯台は徐々に西ヨーロッパや北ヨーロッパに広がっていった。^[5]ヨーロッパで最も古くから機能している灯台の一つは、アイルランドのウェックスフォード州フック・ヘッドにあるフック灯台である。中世に頑丈な円形のデザインで建てられた。

1世紀後の中世後期には、エドワード黒太子によってジロンド川河口近くのコルドゥアンに高さ40フィート（12メートル）の塔が建てられました。100年後の1581年、アンリ3世は建築家ルイ・ド・フォワに新しい灯台の建設を依頼しました。^{[6] [7]}灯台の建設には27年かかり、1611年にようやく完成しました。階層化されたコルドゥアンはフランスの海上権力と威信を象徴していました。内部には豪華な王の居室、装飾された柱、壁画がありました。上層階は1780年から1790年の間に再建され、高さが49メートルから60メートルに増加し、アルガンランプと、ディエップの時計職人が開発した時計仕掛けで回転する最初のパラボラ鏡の1つが組み込まれました。^[8]この塔は1820年代初頭に革命的なフレネルレンズを採用した最初の塔となった。 ^[9]

イギリスでは、灯台は個人所有で、使用料を徴収する権利は地方自治体または国王からの令状によって与えられていた。これらの許可の乱用により、外国船は要求の乗り込みを恐れてイングランド南岸に避難することを恐れ、多くの船が失われ、最も有名なのは1802年に380人の命を失ったオランダの商船フリーデ号である。 ^[10]

ニューキャッスルからロンドンへの石炭ルートで遭難する船が増えるにつれ、トリニティ ハウスは1609 年にロウストフト灯台を建設しました。これは、ろうそくの照明を備えた 2 つの木造塔です。18 世紀後半まで、ろうそく、石炭、または木の火が灯台の照明として使用されていました。これは、1782 年に円形の芯を持つ石油燃焼式アルガン ランプ、1777 年の最初の「反射」鏡面反射鏡、および1823 年のフレネルの「屈折」レンズ システムによって改良されました。1732 年には、世界初の浮遊灯として ノア 灯台が建設されました。

1836年の灯台法の改革により、トリニティ・ハウスは最後の私有灯台所有者から徴収する権限を受け入れ、灯台敷地の改修とアップグレードを開始しましたが、所有者は依然として多額の賦課金を徴収することができました。そのうち最大のものはスモールズ灯台で、1852年に23,000ポンドを徴収しました。また、トリニティ・ハウスは、スケリーズ灯台の444,000ポンドを含む、リースの買い戻しに100万ポンド以上を費やすことを余儀なくされました。^[11]

灯台の近代化は、18 世紀初頭に始まり、大西洋を横断する貿易の急成長と足並みを揃えて灯台の建設が盛んになりました。構造工学の進歩と新しい効率的な照明設備により、海に面した灯台を含む、より大きく強力な灯台の建設が可能になりました。灯台の機能は、岩や岩礁などの船舶の危険に対する目に見える警告の提供へと移行しました。

エディストーン岩礁は、イギリスのプリマス湾近くにある広大な岩礁で、イギリス海峡を航行する船員にとって主要な難破船の危険の一つであり、^[12]灯台建設における多くの技術的、概念的進歩の場であった。特にうねりが激しいときに危険な岩礁に足場を張るのは困難であったため、そこに警告を設置しようとする者はいなかった。

最初の試みは、岩に固定された12本の鉄の支柱で支えられた八角形の木造建築物で、ヘンリー・ウィンスタンレーによって1696年から1698年にかけて建てられました。塔は結局短命に終わり、1703年の大嵐でその痕跡はほとんど消え去りました。^{[13] [14]}最初の灯台が破壊された後、ラヴェット船長^{[15] [注 1]}は岩の借地権を取得し、議会法により、通過する船舶に1トンあたり1ペンスの通行料を課すことが許可されました。彼はジョン・ラドヤード（またはルディヤード）に新しい灯台の設計を依頼しました。この灯台は、レンガとコンクリートの芯の周りに円錐形の木造建築物として建てられました。1708年に初めて仮の明かりが灯され^[16]、工事は1709年に完了しました。この灯台はより耐久性があり、1755年に全焼するまで持ちこたえました。^[17]

土木技師のジョン・スミートンは1756年から1759年にかけて灯台を再建した。 ^[18]彼の塔は灯台設計における大きな進歩を示し、1877年まで使われ続けた。彼は花崗岩のブロックを使って、オークの木を模した灯台の形を作った。彼は水中で固まるコンクリートの一種である「水硬性石灰」の使用を開拓し、蟻継ぎと大理石のダボを使って花崗岩のブロックを固定する技術を開発した。^[19]蟻継ぎの特徴は構造的安定性を向上させるのに役立ったが、スミートンは塔の厚さを上に向かって細くする必要があり、そのために塔を緩やかな勾配で内側に曲げた。この形状には、波のエネルギーの一部が壁に衝突したときに消散するという利点もあった。

建設はミルベイの敷地で始まり、スミートンは港の南西隅に石材の荷降ろしと加工のための桟橋と作業場を建設した。敷地のあちこちを石材が運ばれる四輪の平底トラックのために、3フィート6インチゲージの木製レールが敷かれた。エディストーン・ボートと名付けられた10トンの船がここに拠点を置き、加工した石材を岩礁まで運んだ。^[20]灯台の高さは72フィート (22 m)、底部の直径は26フィート (7.9 m)、上部は17フィート (5.2 m) だった。^[21]

スコットランドの技術者ロバート・スティーブンソンは、 19世紀前半の灯台設計と建設の発展において重要な人物でした。^{[22] 1797年、彼は}スコットランドとマン島の灯台管理当局である新設の北部灯台委員会の技術者に任命されました。彼の最大の功績は、1810年のベルロック灯台の建設であり、当時の最も印象的な工学上の偉業の1つです。この構造は、ジョン・スミートンによる以前のエディストーン灯台の設計に基づいていますが、赤と白を交互に点灯する回転灯を組み込むなど、いくつかの改良が施されています。^[23]

スティーブンソンは北部灯台委員会に50年近く勤め^[22]、その間に数多くの灯台の設計と建設、その後の改良を監督した。彼は光源の選択、取り付け、反射鏡の設計、フレネルレンズの使用、回転およびシャッターシステムにおいて革新を起こし、灯台に個別の特徴を与えて船員が識別できるようにした。彼はまた、灯台建設に必要な部品である可動ジブとバランスクレーンを発明した。

スティーブンソンは、灯台建設を専門とする技術者の一大家を築き上げました。彼の子孫は、 1 世紀にわたってスコットランドの灯台建設のほとんどを担いました。ロバートの息子のうち、デイビッド、アラン、トーマスの 3 人が彼の道を歩み続けました。デイビッドの子供のうち 2 人、デイビッド アランとチャールズ アレクサンダーも、それぞれが優れた灯台技術者になりました。

アレクサンダー・ミッチェルは、最初のスクリューパイル灯台を設計しました。彼の灯台は、砂や泥の海底にねじ込まれた杭の上に建てられました。彼の設計による建設は1838年にテムズ川の河口で始まり、マプリンサンズ灯台として知られ、1841年に初めて点灯しました。 ^[24]しかし、建設は後に始まりましたが、ランカシャー州フリートウッドのワイア灯台が最初に点灯しました（1840年）。^[24]

アメリカ初の灯台は、カリブ海で最も重要な港であり、年に2回スペイン宝物船団がスペインとの間を行き来する際に頻繁に利用されたハバナのスリーキングスオブモロ要塞の17世紀の灯台と監視塔でした。 ^[25]今日のアメリカ合衆国初の灯台は、1716年にボストン港に建てられたボストンライトです。^[26]灯台はすぐに、航行が困難で危険だったデラウェア州からノースカロライナ州にかけての湿地帯の海岸線に沿って建てられました。 ^[27]これらは一般的に木材で作られていました。なぜなら木材は簡単に手に入るからです。火災の危険性があったため、石造りの塔がますます建てられるようになりました。現存する最古の石造りの塔は、1764年にニュージャージー州に建てられたサンディフック灯台です。

スクリューパイル灯台は、アメリカ合衆国のチェサピーク湾とカロライナ海岸で使用されていました。アメリカ合衆国で最初のスクリューパイル灯台は、デラウェア湾のブランディワイン ショールでした。南北戦争後、灯台委員会が内陸部の灯台を建て替える方針を承認したことで、スクリューパイル灯台は特に人気が高まりました。デラウェア湾とチェサピーク湾からフロリダ キーズ、メキシコ湾に至る大西洋岸に、約 100 基の複雑な構造の灯台が建設されました。^[28]最も有名な灯台の一つはトーマス ポイント ショール灯台で、「世界でも最も優れたスクリューパイル コテージの例」と呼ばれています。^[29]

アメリカのもう一つの歴史的な灯台は、サン・ファン・デ・ウルア要塞ベラクルス灯台（1790年）で、アメリカ領スペイン帝国で最初の近代的な灯台でした。^[30]

1851 年 3 月 3 日、米国議会は「灯台、灯船、ブイなどへの予算を制定する法律」を可決し、米国内のすべての灯台と航行補助装置の建設と保守を担当する政府機関として財務省の灯台局に代わる米国灯台委員会が設立されました。

最近では、新しい高出力 LED 技術が古い回転システムに取って代わり始めています。現代の灯台には可動部品は必要なく、コンピューター制御の電子発振器だけが必要です。簡単に言えば、ストロボ ライトと呼ぶことができます。

照明源は一般的に薪か燃える石炭だったが、これは高価で、灯台によっては年間400トンの石炭を消費した。凹面鏡を背にしたろうそくや石油ランプが、しばしば大きな列で使われた。フランス人は1783年から1788年にかけて一連のテストを行い、結果は様々だった。スミートンのエディストーン灯台は1810年まで24本のろうそくを使用していた。^[31]

1782年にスイスの科学者エメ・アルガンが発明したアルガン灯は、安定した煙の出ない炎で灯台の照明に革命をもたらした。アルガン灯には袖状のろうそくの芯が取り付けられており、空気が芯の中心と芯の外側の両方を通過してから円筒形の煙突に吸い込まれるようにした。これにより炎が安定し、空気の流れが改善された。初期のモデルではすりガラスが使用され、芯の周囲は着色されることもあった。後のモデルでは炎の上に二酸化トリウムのマントルが吊るされ、明るく安定した光が作られた。^[32]アルガン灯は、鯨油、コルザ、オリーブ油^[33]、またはその他の植物油を燃料とし、バーナーの上に取り付けられたタンクから重力で供給された。このランプは1784年にマシュー・ボールトンがアルガンと共同で初めて製造し、1世紀以上にわたって灯台の標準となった。

ジョン・リチャードソン・ウィガムは、灯台のガス照明システムを初めて開発した人物である。彼は1865年にダブリンバラスト委員会から助成金を受け、ハウスヘッドのベイリー灯台に新しいガス「クロッカス」バーナーを設置した。^{[注 2]}このバーナーの出力は同等の石油灯の4倍であった。イギリスの灯台管理局トリニティハウスの顧問科学者ジョン・ティンダルによると、1868年にベイリー灯台に設置された改良された「複合」設計は、当時知られていた最も明るい灯の13倍の強さであったという。^[34]

1870年、ウィックロー岬の灯台には、時計仕掛けでガス供給のタイミングを計るウィガムの特許取得済みの断続点滅機構が取り付けられました。^{[34]この機構が}ロカビル灯台の回転レンズと組み合わされ、世界初のグループ点滅機能を備えた灯台が誕生しました。

気化石油バーナーは、1901年にアーサー・キットソンによって発明され、トリニティ・ハウスのデイビッド・フッドによって改良されました。燃料は高圧で気化され、燃焼してマントルを加熱し、従来の石油ランプの6倍以上の明るさを出力しました。

ガスを照明器具として使用することは、スウェーデンの技術者グスタフ・ダレンによるダレン灯の発明により、広く利用されるようになりました。1906年、ダレンはガス蓄圧器会社の主任技術者になりました。当初、ダレンは、極めて爆発性の高い炭化水素ガスであるアセチレンを扱っていました。ダレンは、ガスを吸収する基質であるアガマサン(Aga)を発明し、安全な貯蔵と商業利用を可能にしました。アセチレンは超明るい白色光を発し、すぐに炎が鈍いLPGに代わって灯台の照明の燃料として選ばれました。ダレンは、別の発明品「サンバルブ」を灯台に組み込みました。この装置により、灯台は夜間のみ点灯できるようになり、燃料を節約して、耐用年数を 1 年以上延ばすことができました。

AGA の灯台設備は、いかなる種類の電源も必要とせず作動するため、極めて信頼性が高いものでした。スカンジナビアのような起伏の多い沿岸地域では、彼が大量生産した頑丈でメンテナンスが最小限の灯台は、安全と生活に大きな恩恵をもたらしました。AGA の灯台はパナマ運河全体をカバーしていました。この技術は、電気照明が主流となった 1900 年代から 1960 年代にかけて、灯台の光源として主流でした。

最初の電気照明付き灯台は、1862年にケント州ダンジネスに建てられた灯台である。この灯台は大型の炭素アークランプで動いていたが、アークランプは操作が難しく（灯守の数が2倍必要）、石油ランプほど費用対効果が高かったため、後に石油に戻された。^[35]サウス・フォアランド灯台は、1875年に初めて電灯の使用に成功した灯台である。この灯台の炭素アークランプは、蒸気駆動のマグネト発電機で動いていた。^[36]

アルガン灯の安定した照明の開発により、光学レンズを使用して光の強度を高め、焦点を合わせることが現実的に可能になった。ウィリアム・ハッチンソンは1763年に、反射光学系として知られる最初の実用的な光学系を開発した。彼は、ほぼ放物面状に成型された鋳型に反射材の小片を取り付けることで放物面反射鏡を作成した。この基本的なシステムは、放射された光を効果的に集光ビームにコリメートし、光の視認性を大幅に向上させた。彼のシステムは、リバプール近郊に新しく建設されたリーソウ灯台に設置され、後に他の場所でも模倣された。^[37]光を焦点合わせできることから、最初の回転灯台ビームが誕生し、船員には光が断続的な閃光の連続として見えるようになった。また、光の閃光を使用して複雑な信号を送信することも可能になった。

フレームに別々のセクションを取り付けて、より薄く軽いレンズを作るというアイデアは、ジョルジュ＝ルイ・ルクレール・ビュフォン伯爵の発明とよく言われます。^[38]コンドルセ侯爵 （1743年 - 1794年）は、一枚の薄いガラスからそのようなレンズを研磨することを提案しました。^[39]

しかし、灯台で使用するための複数の部品からなるフレネルレンズを開発したとされているのは、フランスの物理学者で技術者のオーギュスタン＝ジャン・フレネルです。彼の設計により、従来の設計のレンズに必要な質量や体積の材料を必要とせずに、大口径で焦点距離の短いレンズを製作できるようになりました。フレネルレンズは、同等の従来のレンズよりもはるかに薄く作ることができ、場合によっては平らなシートの形になります。また、フレネルレンズは光源からのより斜めの光も捉えることができるため、フレネルレンズを備えた灯台からの光は、より遠くからでも見えるようになります。

最初のフレネルレンズは1823年にフランスのジロンド川河口にあるコルドゥアン灯台で使用され、その光は20マイル（32 km）以上離れたところからでも見えました。^{[40]スコットランドの物理学者}デイビッド・ブリュースター 卿は、イギリス当局にこれらのレンズを灯台に採用するよう説得したと言われています。^{[41] [42]}フレネルの発明により、灯台の 明るさが4倍になり、彼のシステムは現在でも一般的に使用されています。

• ローマの工学