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天球儀は、空における星の見かけ上の位置を示しています。太陽、月、惑星は、それらの位置が星の位置に対して変化するため省略されていますが、太陽が移動する黄道は示されています。
天球儀の「左右対称性」には問題があります。もし天球儀が、星が仮想の天球上で実際に占める位置に合わせて作られている場合、星空は天球儀の表面上では反転して見えます（すべての星座が鏡像として見える）。これは、天球の中心に位置する地球からの眺めは、天球内部のグノモン投影であるのに対し、天球儀は外部から見た正射投影であるためです。このため、天球儀はしばしば鏡像で作られ、少なくとも星座は地球から見たように見えるようになっています。この曖昧さは、ニューヨーク市のグランド・セントラル・ターミナルの天文天井に顕著に表れており、設置後まもなくその矛盾が指摘されたにもかかわらず、意図的に修正されませんでした。
現代の天球儀の中には、球体の表面を透明にすることでこの問題を解決しているものがあります。こうすることで、星を正しい位置に配置し、球体を通して見ることができ、天球の内部を見ることができます。しかし、球体を見る正しい位置は中心からであるべきですが、透明な球体を見る人は、中心から遠く離れた外側にいなければなりません。透明な表面を通して球体の内部を外側から見ると、深刻な歪みが生じます。星座が正しく配置され、球体の外側から直接見ると鏡像のように見える不透明な天球儀は、星座が見慣れた姿に見えるように、しばしば鏡を通して見られます。球体に書かれた文字、例えば星座の名前などは、鏡を通して容易に読めるように反転して印刷されています。
16世紀にコペルニクスが太陽系は「地球中心ではなく太陽中心であり、地球が太陽の周りを公転している」と発見する以前は、「星は、おそらく普遍的ではないにせよ、地球を囲んで回転する中空の球体の内側に付いているかのように一般的に認識されていた」[ 2 ] [ 3 ] 。宇宙は地球中心であるという誤った仮定の下で、2世紀のギリシャの天文学者プトレマイオスは『アルマゲスト』を著し、「惑星の運動は、周転円、従円、偏心円（地球からずれた点に対して惑星の運動が円運動であると考える）、等円（地球からずれた点に対して一定の角速度の回転を仮定する装置）を用いる技術によって正確に表すことができる」と述べた。[ 4 ]これらの考えに導かれ、中世の天文学者たちは、イスラム教徒もキリスト教徒も同様に、「星の配置と動きを模型で表現する」ために天球儀を作成した。[ 4 ]最も基本的な形では、天球儀は、見る人が地球を取り囲む球体として空を見下ろしているかのように星を表現している。
ローマの著述家キケロは、紀元前2世紀のローマの天文学者ガイウス・スルピキウス・ガッルスの記述を引用し、最初の地球儀はミレトスのタレスによって作られたと伝えている。これは古代を通じて天球儀が作られていたことを示唆している可能性があるが、この時代の天球儀が現存していないため、確かなことは言えない。分かっているのは、プトレマイオスの『アルマゲスト』第8巻第3章で、天球儀の設計と製作に関するアイデアが概説されていることである。これには、球体をどのように装飾すべきかについての記述も含まれており、「球体は夜空に似た暗い色にする」ことを提案している。[ 5 ]
ファルネーゼのアトラスは、おそらくヘレニズム時代の初期の作品を模倣したと思われる、西暦2世紀のローマ時代の大理石のアトラス像で、直径65cmの天球儀を持っています。これは長年、古代世界で知られている唯一の天球儀でした。[ 6 ]天球儀には星は描かれていませんが、40以上の古典的なギリシャの星座がかなり詳細に描かれています。[ 7 ] 1990年代には、古代のより小さな天球儀2つが公開されました。1つはローマ・ゲルマン中央博物館が所蔵する直径11cmの真鍮製、もう1つはクーゲル家が個人所有する直径6.3cmの金メッキ銀製です。[ 6 ]
アブド・アル・ラフマン・アル・スーフィーは10世紀の重要な天文学者であり、その著作はイスラム世界における天球儀の発展に大きく貢献した。[ 9 ]彼の著書『恒星の書』は、964年の正確さを期して書かれたもので、「ギリシャ/プトレマイオスの伝統とアラビア/ベドウィンの伝統を組み合わせた星座の記述」であった。[ 10 ]『恒星の書』はその後、イスラム世界各地のアストロラーベや地球儀の製作者にとって重要な星の座標源となった。 [ 11 ]同様に、この書は「伝統的なベドウィンの星座のイメージを置き換え、最終的にすべての天文学を支配するようになったギリシャ/プトレマイオスの体系に取って代わる上で重要な役割を果たした」。[ 11 ]
現存する最古の天球儀は、スペインのバレンシアで活躍した有名なアストロラーベ製作者イブラヒム・イブン・サイード・アル・サハリによって西暦1080年から1085年の間に製作された。 [ 12 ]この天球儀の図像はアル・スーフィーの『星座の書』の図像とは無関係に見えるが、アル・ワッザンはこの著作を認識していたようで、アル・スーフィーの論文と同様に、古典ギリシャの48の星座すべてが円で示された星とともに天球儀に描かれている。[ 13 ]
13世紀、現在ドレスデンの数学物理学サロンに所蔵されている天球儀は、知的歴史上最も重要な天文学の中心地の1つである、イラン北西部のマラガにあるイルハン朝の天文台で製作されました。この天文台は1259年に建設され、著名な博学者ナスィール・アル＝ドゥルン・トゥスト（1274年没）が責任者を務めていました。 [ 14 ]この特別な科学機器は、著名な科学者ムアイヤード・アル＝ウルディ・アル＝ディマシュキーの息子であるムハンマド・ブン・ムアイヤード・アル＝ウルドルによって1288年に製作されました。この天球儀は、天球儀が製作者の科学的才能と芸術的才能の両方をどのように示しているかを示す興味深い例です。プトレマイオスの『アルマゲスト』で使用されている48の古典的な星座すべてがこの地球儀に描かれているため、航海、時刻の計測、ホロスコープの決定など、天文学や占星術の計算に使用できたと考えられます。[ 15 ] 芸術的には、この地球儀は13世紀のイランの図像を垣間見ることができるものであり、13世紀は象嵌真鍮が人物像の主要な表現媒体となった時代であり、この時代の地球儀は彫刻された人物像の細部と明瞭さにおいて非常に優れていると言えます。[ 14 ]
17世紀の天球儀は、1668年にラホール（現在のパキスタン）でディヤー・アッディン・ムハンマドによって作られました。 [ 18 ]これは現在、スコットランド国立博物館に所蔵されています。天球儀は子午線環と地平線環で囲まれています。[ 19 ]緯度角が32°であることから、この天球儀はラホールの工房で作られたことがわかります。[ 20 ]この特定の工房は「署名入りの天球儀を21個も製作したと主張しており、これは単一の工房から作られたものとしては最多」であるため、この天球儀は天球儀製作が最盛期を迎えた好例と言えます。[ 21 ]天球儀自体は継ぎ目がないように一体成形されています。
地球儀の表面には、黄道の極を通る 30° の 12 の区画を作る溝があります。これらは今日では天文学では使用されていませんが、「黄道緯度円」と呼ばれ、アラビア世界やギリシャ世界の天文学者が特定の星の座標を見つけるのに役立っています。[ 22 ] 12 の区画はそれぞれ黄道十二宮のハウスに対応しています。