バックスタッフ

バックスタッフは、天体、特に太陽や月の高度を測定するために使用された航海計器です。太陽を観測する際、使用者は太陽を背にして（名前の由来）、上部の風向計が地平線風向計に落とす影を観察しました。これはイギリスの航海士ジョン・デイビスによって発明され、 1594年に彼の著書「Seaman's Secrets 」で説明されています。 ^[1]

バックスタッフは、影の投影によって太陽の高度を測定する機器に付けられた名前です。太陽の高度を後方観測で測定するというアイデアは、トーマス・ハリオットが考案したようです。^[2]クロススタッフから派生した多くの種類の機器は、バックスタッフとして分類できます。航海機器の歴史の中で支配的な地位を維持しているのは、デイビス象限だけです。実際、デイビス象限は基本的にバックスタッフと同義です。ただし、デイビスがそのような機器を設計した最初でも最後でもないため、ここでは他の機器についても検討します。

ジョン・デイビス船長は1594 年にバックスタッフの一種を発明しました。デイビスは航海士で、当時の測量機器である水夫用アストロラーベ、四分儀、十字棒などに精通していました。彼はそれぞれの固有の欠点を認識し、それらの問題を軽減し、太陽高度の取得の容易さと精度を向上させる新しい機器の開発に努めました。

四分儀のスタッフの初期のバージョンの 1 つを図 1に示します。^[3]このスタッフには円弧が固定されており、円弧がスタッフに沿ってスライドするようになっています (形状は重要ではありませんが、曲線が選ばれました)。円弧 (A) は、地平線見当板(B) に影を落とすように配置されました。ナビゲーターはスタッフに沿って見て、地平線見当板のスリットから地平線を観察します。円弧をスライドさせて影が地平線と揃うようにすると、目盛り付きスタッフで太陽の角度を読み取ることができます。これは単純な四分儀ですが、期待するほど正確ではありませんでした。計器の精度はスタッフの長さに依存しますが、長いスタッフは計器の扱いにくさを招きます。この計器で測定できる最大高度は 45° でした。

彼の四分儀の次のバージョンは、図2に示されています。^[3]以前のバージョンの計器上部の円弧は、トランサムに配置された影見板に置き換えられました。このトランサムは、目盛りに沿って移動して、スタッフの上の影の角度を示すことができます。スタッフの下には、30°の円弧が追加されました。左側の地平線見板を通して見た地平線は、影と一直線になります。円弧上の照準見板は、地平線の眺めと一直線になるまで移動します。測定された角度は、トランサムの位置によって示される角度と、円弧上の目盛りで測定された角度の合計です。

現在デイビスのものとされている計器は、図3に示されています。^[4]この形式は、17世紀半ばまでに進化しました。^[4]象限弧は2つの部分に分割されています。半径が小さい方の弧は、スパンが60°で、スタッフの上に取り付けられました。半径が長い方の弧は、スパンが30°で、下部に取り付けられました。両方の弧は共通の中心を持っています。共通の中心には、スロット付きの水平方向の見当板が取り付けられていました (B)。可動式の影見当板が上部の弧に配置され、その影が水平方向の見当板に投影されました。可動式の照準見当板が下部の弧に取り付けられていました (C)。

人間にとっては、任意の位置にある円弧を読み取るよりも、特定の位置に視準器を置く方が簡単です。これは、 2 つの線分を正確に揃える人間の能力であるバーニヤの視力によるものです。したがって、比較的目盛りの少ない半径の円弧を使用して、影の視準器を特定の角度に正確に配置できます。一方、地平線と影が交わる場所に視準器を移動するには、大きな円弧が必要です。これは、位置が 1 度未満の可能性があり、大きな円弧を使用すると、より小さな目盛りをより正確に読み取ることができるためです。後年、この計器の大きな円弧には、メインの目盛りよりも高い精度で円弧を読み取ることができるように、横線が付けられました。 ^[5]

こうしてデイビスは、小さな円弧と大きな円弧の両方を持つように象限儀の構造を最適化し、計器全体をそれほど大きくすることなく、大きな半径の単一の円弧象限儀の有効精度を実現しました。この形の計器はバックスタッフと同義になりました。これは、バックスタッフの最も広く使用された形の 1 つでした。ヨーロッパ大陸の航海士は、これをイングリッシュ クアドラントと呼びました。

デイビス四分儀の後の改良では、影見板の代わりにフラムスティードガラスが使われた。これはジョン・フラムスティードの提案によるものである。^[4]これは、影見板にレンズを取り付け、影の代わりに太陽の像を地平線見板に投影するものである。これは、空が霞んでいたり薄曇りだったりする状況で便利であった。影が見えない地平線見板では、太陽のぼんやりとした像がより明るく映し出された。^[5]

この装置を使用するには、航海士は太陽の高度を予測する位置に影見板を配置します。太陽を背にして装置を前に持ち、影見板の影がスリットの横にある地平線見板に落ちるように装置を持ちます。次に、影の位置を維持しながら、照準板から地平線見板のスリットを通る直線で地平線を観察するように照準板を動かします。これにより、2 つの弧から読み取った角度の合計として、地平線と太陽の間の角度を測定できます。

影の端は太陽の縁を表しているため、太陽の 半径の値を修正する必要があります。

エルトンの象限はデイビスの象限から派生したものです。人工の水平線を提供するために水準器付きの指標アームが追加されました。

デミクロスはデイビス四分音符と同時期に作られた楽器で、イギリス国外で人気がありました。^[4]

垂直の欄間は、横棒の半分の欄間のような形をしており、そのためデミクロスと呼ばれています。これは、いくつかの高さ（メイによれば3つ、 ^[4]デ・ヒルスターによれば4つ^[6] ）のいずれかに設定できる影の羽根（図4のA ）を支えています。影の羽根の高さを設定することで、測定できる角度の範囲が設定されます。欄間を棒に沿ってスライドさせ、棒の目盛りの1つから角度を読み取ることができます。

照準器（C）と地平線計（B）は、視覚的に地平線と一直線に並ぶ。影計の影が地平線計に投影され、地平線と一直線に並ぶことで、角度が決定される。実際には、この計器は正確ではあったが、デイビス四分儀よりも扱いにくいものであった。^[6]

鋤は、短期間存在した珍しい計器に付けられた名前です。^[4]これは、一部が横棒で一部が後ろ棒でした。図 5で、A はBの水平見当板に影を落とすトランサムです。これは、図 1の棒と同じように機能します。Cは照準器です。航海士は、照準器と水平見当板を使用して、計器を水平に合わせます。照準器は、棒に沿って左から右に動かすことができます。Dは、横棒にあるのと同じトランサムです。このトランサムには 2 つの見当板があり、棒から近づけたり遠ざけたりすることで、異なる長さのトランサムをエミュレートできます。トランサムは棒上で動かすことができ、角度を測定するために使用できます。

アルムカンタルスタッフは、低高度における太陽の高度を測定するために特別に使用される装置です。

クロススタッフは通常、直接観測するための器具です。しかし、後年、後方観測にも使用できるように改良されました。

象限のバリエーションとして、バック観測象限があり、地平線上の見当板に映る影を観測して太陽の高度を測定するために使用されました。

トーマス・フッドは1590年にこの十字棒を発明しました。^[4]これは測量、天文学、その他の幾何学の問題に使用できます。

これは、トランサムとヤードの 2 つのコンポーネントで構成されています。トランサムは垂直コンポーネントで、上部の 0° から下部の 45° まで目盛りが付いています。トランサムの上部には、影を落とすためのベーンが取り付けられています。ヤードは水平で、45° から 90° まで目盛りが付いています。トランサムとヤードは、トランサムを垂直に、ヤードを水平に個別に調整できる特殊なフィッティング (図 6のダブル ソケット) で結合されています。

ヤードを船尾の下部ではなく上部に設置して計器を製作することも可能であった。^[7]

最初に、トランサムとヤードは、それぞれ 45° の設定で結合されるように設定されます。計器は、ヤードが水平になるように保持されます (ナビゲーターは、ヤードに沿って地平線を見ることで、これを支援できます)。ソケットを緩めて、トランサムを垂直に動かし、ベーンの影がヤードの 90° 設定に落ちるようにします。トランサムの移動だけでこれが達成できる場合は、高度はトランサムの目盛りで示されます。太陽が高すぎてこれができない場合は、ソケットのヤード水平開口部を緩めて、ヤードを移動し、影が 90° マークに当たるようにします。すると、ヤードが高度を示します。

従来のクロススタッフに比べて目盛りの間隔が広く、かなり正確な計器でした。しかし、少し扱いに​​くく、風が吹いているときは扱いにくかったです。

この装置は航海術界のバックステーブコレクションに後から加わったもので、1748年にベンジャミン・コールによって発明されました。 ^[4]

この計器は、一端に回転する四分儀が付いた標尺から構成されています。四分儀には、目盛りの上端に、デイビス四分儀のフラムスティード ガラスのようなレンズをオプションで取り付けることができる影見板が付いています (図 7の A)。これにより、地平線見板 (B)に太陽の影または像が投影されます。観測者は、照準板 (D) の穴と地平線見板のスリットを通して地平線を観察し、計器が水平であることを確認します。四分儀コンポーネントは、地平線と太陽の像または影が一直線になるまで回転します。その後、四分儀の目盛りから高度を読み取ることができます。読み取り値を正確にするために、円形のバーニヤが標尺 (C) に取り付けられています。

このような計器が 18 世紀半ばに導入されたという事実は、八分儀が存在していたとしても、四分儀が依然として有効な計器であったことを示しています。

イギリスの科学者ジョージ・アダムスも同時期に非常によく似たバックスタッフを作成した。アダムのバージョンでは、フラムスティードガラスと水平方向の見当板の間の距離が、見当板から視程の見当板までの距離と同じになるようにした。^[8]

エドマンド・グンターは1623年頃にクロスボウ・クアドラント（マリナーズボウとも呼ばれる）を発明した。 ^[4]射手のクロスボウに似ていることからその名前が付けられた。

この計器の興味深いところは、弧が120°であるにもかかわらず、90°の弧としてのみ目盛りが付けられていることです。^[4]そのため、弧上の1度の角度間隔は1度よりわずかに大きくなります。この計器の例には、0°から90°の目盛りが付いているものや、弧の中心点を中心に0°から45°の2つのセグメントが反転したものなどがあります。^[4]

この計器には 3 つのベーンがあります。地平線を観測するための開口部がある地平線ベーン(図 8の A)、地平線ベーンに影を落とす影ベーン(B)、および航海士が地平線と地平線ベーンの影を見るために使用する照準ベーン(C) です。これは、太陽の高度を測定しながら、計器が水平であることを確認するのに役立ちます。高度は、影ベーンと照準ベーンの角度位置の差です。

この計器のいくつかのバージョンでは、年間の各日の太陽の赤緯が弧上に記されていました。これにより、航海士は影見板を日付に設定し、計器が高度を直接読み取ることができました。

• エフライム・チェンバーズ著『百科事典』第1巻、1728年、バックスタッフの使用法について説明
• モーリス・ドーマス『 17世紀と18世紀の科学機器とその製作者』ポートマン・ブックス、ロンドン、1989年 ISBN  978-0-7134-0727-3
• ジェラール・レストレンジ・ターナー著『アンティーク科学機器』、ブランドフォード・プレス社、1980年ISBN 0-7137-1068-3 

• answers.com の「バックスタッフ」 – バックスタッフの使用時の持ち方を示すわかりやすい図解です。

帰属

この記事には、現在パブリック ドメイン となっている出版物のテキストが組み込まれています:  Chambers, Ephraim編 (1728)。Cyclopædia 、または芸術と科学の普遍的な辞典(第 1 版)。James and John Knapton、et al。 {{cite encyclopedia}}:欠落または空|title=(ヘルプ)