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反射計器は、測定能力を高めるために鏡を使用するものです。特に、鏡を使用すると、物体間の角度距離を測定しながら、2 つの物体を同時に観察できます。反射計器は多くの職業で使用されていますが、航行の問題、特に経度の問題を解決する必要性が、反射計器の開発の主な動機であった ため、主に天体航法に関連しています。
機器の目的
反射計器の目的は、観測者が天体の高度や 2 つの物体間の角度距離を測定できるようにすることです。ここで説明した開発の原動力は、海上で経度を見つけるという問題の解決でした。この問題の解決には角度を測定する正確な手段が必要とされ、その精度は 2 つの物体を同時に観測してこの角度を測定する観測者の能力に依存すると考えられていました。
従来の機器の欠陥はよく知られていました。観測者が 2 つの物体を 2 つの異なる視線で観測する必要があるため、誤差が生じる可能性が高くなります。この問題を検討した人々は、スペキュラ(現代の言葉で言うと鏡) を使用すれば、1 つの視野で 2 つの物体を観測できることに気づきました。その後、一連の発明と改良が行われ、機器は経度の測定に必要な精度を超えるレベルまで改良されました。さらに改良するには、まったく新しい技術が必要でした。
初期の反射計器
初期の反射計器のいくつかは、ロバート・フックやアイザック・ニュートンなどの科学者によって提案されました。これらはほとんど使用されなかったか、製造または広範囲にわたるテストは行われなかった可能性があります。ファン・ブリーンの計器は例外で、オランダ人が使用しました。しかし、オランダ国外ではほとんど影響がありませんでした。
ヨースト・ファン・ブリーンの反射クロススタッフ
1660年にオランダのヨースト・ファン・ブリーンが発明したシュピーゲルボーグ（鏡弓）は、反射する十字棒でした。この楽器は、主にVOC（オランダ東インド会社）のゼーラント商工会議所で約100年間使用されていたようです。[1]
ロバート・フックの単反射計器
示しています。望遠鏡が取り付けられた指標は黒で、ミラー (灰色) が取り付けられた半径アームは青で、弦は白地に緑で示されています。視線は赤い破線で表されています。
フックの装置は単一反射装置であった。単一の鏡を使用して天体の像を観測者の目に反射した。[2] この装置は1666年に初めて説明され、しばらく後にフックによって王立協会の会議で実用的なモデルが発表された。
この装置は、インデックス アーム、ラジアル アーム、目盛り付きコードという 3 つの主要部品で構成されていました。この 3 つは、右の図のように三角形に配置されていました。インデックス アームには望遠照準器が取り付けられていました。ラジアル アームの回転点には、1 つのミラーが取り付けられていました。この回転点により、インデックス アームとラジアル アームの間の角度を変更できます。目盛り付きコードはラジアル アームの反対側の端に接続されており、コードは端の周りを回転できます。コードはインデックス アームの遠端に当てて保持し、スライドさせます。コードの目盛りは均一で、これを使用してインデックス アームとラジアル アームの端の間の距離を測定することにより、これらのアーム間の角度を決定できます。距離の測定値を角度の測定値に変換するために、コード表が使用されました。ミラーを使用することで、測定された角度は、インデックス アームとラジアル アームによって囲まれた角度の 2 倍になりました。
放射状のアームの鏡は十分に小さいため、観測者は望遠鏡の視野の半分で物体の反射を見ながら、もう半分で正面を見ることができました。これにより、観測者は両方の物体を同時に見ることができます。望遠鏡の視野で 2 つの物体を合わせると、それらの間の角度距離が目盛り付きの弦上に表示されます。
フックの機器は斬新で当時注目を集めたが、海上でテストされたという証拠はない。[2] この機器はほとんど使用されなかったため、天文学や航海に大きな影響を与えなかった。
ハレーの反射計器
1692年、エドモンド・ハレーは反射計器の設計図を王立協会に提出した。[2]
これは、ラジオラティーノの機能と二重望遠鏡を組み合わせた興味深い機器です。望遠鏡 (次の画像の AB) には、一方の端に接眼レンズ、長さの途中にミラー (D) があり、遠端 (B) に 1 つの対物レンズがあります。ミラーは視野の半分 (左または右) のみを遮り、もう一方のレンズで対物レンズを見ることができます。ミラーに反射されるのは、2 番目の対物レンズ (C) からの像です。これにより、観察者は、1 つはまっすぐに通過した像、もう 1 つは反射された像の両方を同時に横に並べて見ることができます。2 つの対物レンズの焦点距離が同じであること、およびミラーからいずれかのレンズまでの距離が同一であることが不可欠です。この条件が満たされないと、2 つの像を共通の焦点に合わせることができません。
ミラーは、機器のラジオ ラティーノ部分の柱 (DF) に取り付けられ、それとともに回転します。ラジオ ラティーノの菱形のこの側面が望遠鏡に対してなす角度は、菱形の対角線の長さを調整することで設定できます。これを容易にし、角度を微調整できるようにするために、観測者が 2 つの頂点 (E と C) 間の距離を変更できるように ネジ(EC) が取り付けられています。
観測者は、直接レンズの視野で地平線を視認し、鏡で天体を視認します。ネジを回して 2 つの像を直接隣接させることで、計器を設定します。角度は、E と C の間のネジの長さを測定し、これを弦の表の角度に変換することで決定されます。
ハレーは、望遠鏡の筒の断面が長方形であることを指定しました。これにより製作が容易になりますが、他の断面形状も使用できるため必須ではありません。ラジオラティーノ部分の 4 辺 (CD、DE、EF、FC) の長さは、望遠鏡と対物レンズ側 (ADC) の間の角度が望遠鏡と鏡 (ADF) の間の角度のちょうど 2 倍になるように (言い換えると、入射角が反射角と等しくなるように) 等しくする必要があります。そうしないと、機器の視準が損なわれ、結果として得られる測定値に誤差が生じます。
天体の仰角は、スライダーの目盛りから読み取ることで決定できたはずですが、ハレーはそのような方法で計器を設計しませんでした。これは、計器の全体的な設計が偶然にもラジオ ラティーノに似ていて、ハレーがその計器をよく知らなかった可能性を示唆しているのかもしれません。
この機器が海上でテストされたことがあるかどうかは不明である。[2]
ニュートンの反射象限
ニュートンの反射象限は、その後に続いたハドレーの最初の反射象限と多くの点で類似していました。
ニュートンは1699年頃にエドモンド・ハレーに設計を伝えていた。しかしハレーはその文書を何もせず、彼の死後に発見されるまで文書の中に残っていた。[3] しかし、1731年にハドレーが反射四分儀を発表した際、ハレーはニュートンの設計について王立協会の会員と議論した。ハレーはハドレーの設計が以前のニュートンの計器と非常に似ていると指摘した。[2]
この不注意な秘密主義の結果、ニュートンの発明は反射計器の開発にほとんど役立たなかった。
八分儀
八分儀の注目すべき点は、短期間にこの装置を独立して発明した人の数です。 ジョン・ハドレーとトーマス・ゴッドフリーは、ともに八分儀の発明者として認められています。彼らは 1731 年頃に独立して同じ装置を開発しました。しかし、発明したのは彼らだけではありませんでした。
ハドレーの場合、2 つの計器が設計されました。1 つ目は、ニュートンの反射四分儀に非常によく似た計器でした。2 つ目は、基本的に現代の六分儀と同じ形状でした。最初の設計のものは少数しか作られませんでしたが、2 つ目は六分儀の派生元となる標準計器となり、六分儀とともに、天体航法に使用されていた以前の航法計器をすべて置き換えました。
天文学に強い関心を持っていたイギリスの保険仲買人カレブ・スミスは、1734年に八分儀を作成した。彼はそれをアストロスコープまたはシークアドラントと呼んだ。[4]彼は反射要素を提供するために、インデックスミラーに加えて固定プリズムを使用した。研磨されたスペキュラム金属ミラーが劣っていて、ミラーの銀メッキと平らで平行な表面を持つガラスの製造が困難だった時代には、プリズムはミラーよりも有利だった。しかし、スミスの機器の他の設計要素はハドレーの八分儀より劣っており、あまり使用されなかった。[3]
フランスの数学教授で天文学者のジャン＝ポール・フーシーは、1732年に八分儀を発明した。[3] 彼の八分儀は本質的にはハドレーの八分儀と同じだった。当時、イギリスとフランスの計器メーカー間の交流は限られており、王立協会の出版物、特に哲学論文集はフランスでは配布されていなかったため、フーシーはイギリスでの八分儀の発展を知らなかった。[5] フーシーの八分儀はハドレーの八分儀の影に隠れてしまった。
六分儀
- メイン記事「六分儀」では、航海におけるこの器具の使用について取り上げています。この記事では、この器具の歴史と発展に焦点を当てています。
六分儀の起源は単純明快で、議論の余地はない。 ジョン・キャンベル提督は、ハドレーの八分儀を海上で月の距離法の試験に使用したが、それが不十分であることに気付いた。計器の弧が定める90°の角度は、この方法に必要な角度距離の一部を測定するには不十分であった。キャンベルは、角度を120°に増やすことを提案し、六分儀が生まれた。 ジョン・バードは1757年に最初の六分儀を製作した。[6]
六分儀の発達により、八分儀は二流の計器となりました。八分儀は、完全に真鍮で作られることもありましたが、基本的には木製の計器のままでした。先進的な材料と製造技術の進歩のほとんどは、六分儀のために行われました。
木製の六分儀の例もあるが、ほとんどは真鍮製である。フレームの剛性を確保するために、計器製作者は厚いフレームを使用した。これにより計器が重くなるという欠点があり、航海士が重量に逆らって作業するため、手が震えて精度に影響する可能性があった。この問題を回避するために、フレームが改良された。 エドワード・トラウトンは1788年に二重フレーム六分儀の特許を取得した。 [7] これは、スペーサーを使用して平行に保持された2つのフレームを使用した。2つのフレームは約1センチメートル離れていた。これにより、フレームの剛性が大幅に向上した。初期のバージョンでは、鏡と望遠鏡を固定する計器の上部のみを覆う2つ目のフレームがあった。後のバージョンでは、2つの完全なフレームが使用された。スペーサーが小さな柱のように見えるため、これらは柱状六分儀とも呼ばれた。
トラウトンは代替材料も試した。秤は銀、金、プラチナでメッキされた。金とプラチナはどちらも腐食の問題を最小限に抑えた。プラチナメッキの器具は、金よりは安価だが、金属の希少性のため高価だった。トラウトンは王立協会を通じてウィリアム・ハイド・ウォラストンと知り合い、そのおかげで貴金属を入手できた。[8]プラチナを使用したトラウトンの会社の器具は、フレームに刻まれた「Platina」という 文字で簡単に見分けられる。これらの器具はコレクターアイテムとして高く評価されており、製造当時と同じくらい今日でも正確である。[9]
分割エンジンの開発が進むにつれて、六分儀はより正確になり、小型化が可能になりました。バーニヤを簡単に読み取れるように、小さな拡大レンズが追加されました。さらに、フレームのぎらつきを軽減するために、拡大鏡の周囲に光をやわらげる拡散板を備えたものもありました。精度が向上するにつれて、円弧バーニヤはドラムバーニヤに置き換えられました。
フレームのデザインは、温度変化による悪影響を受けないフレームを作成するために、時間の経過とともに変更されました。これらのフレームパターンは標準化され、さまざまなメーカーの多くの楽器に同じ一般的な形状が見られます。
コストを抑えるため、現代の六分儀は精密に作られたプラスチック製で販売されています。これらは軽量で、手頃な価格で、高品質です。
六分儀の種類
六分儀という言葉を聞くとほとんどの人が航海を思い浮かべますが、この計器は他の職業でも使用されてきました。
- 航海士の六分儀
- 六分儀という言葉を聞くとほとんどの人が思い浮かべる一般的なタイプの計器。
- 測深六分儀
- これらは垂直ではなく水平に使用するために作られた六分儀であり、水路測量に使用するために開発されました。[6]
- 測量士の六分儀
- これらは、陸上で水平方向の角度を測定するためだけに作られました。フレームのハンドルの代わりに、測量士のヤコブの杖を取り付けるためのソケットが付いていました。
- ボックス型またはポケット型の六分儀
- これらは金属製のケースに完全に収められた小型の六分儀です。エドワード・トラウトンによって最初に開発されたもので、通常はすべて真鍮製で、機械部品のほとんどがケースの中に入っています。望遠鏡は側面の開口部から伸びます。ケースカバーをかぶせると、指標とその他の部品は完全に覆われます。サイズが小さいため（通常、わずか6.5～8 cm [ 2+1 ⁄ 2 – 3+円弧の直径は1 ⁄ 4 インチ、深さは5cm（2インチ）で、円弧の目盛りを刻む機械の改良により精度が向上しました。円弧は非常に小さいため、拡大鏡を取り付けて読み取ることができます。 [7]
これらのタイプに加えて、さまざまな六分儀に使用される用語があります。
柱状六分儀は次のいずれかになります。
- 1788 年にエドワード・トラウトンが特許を取得した二重フレーム六分儀。
- 測量士の六分儀と測量士の杖（柱）用のソケット。[10]
前者はこの用語の最も一般的な用法です。
六分儀を超えて
クインタントとその他
いくつかのメーカーは、円の 8 分の 1 または 6 分の 1 以外のサイズの計器を提供していました。最も一般的なものの 1 つは、円の 5 分儀(72° の円弧で 144° まで読み取れる) でした。他のサイズも利用可能でしたが、奇妙なサイズは一般的ではありませんでした。たとえば 135° まで読み取れる目盛りの計器は数多くありますが、これらは単に六分儀と呼ばれています。同様に、100° の八分儀もありますが、これらは独自のタイプの計器として区別されていません。
特別な目的のために、さらに大きな計器に関心が寄せられました。特に、反射円計と反復円計に分類される、多数の全円計が作られました。
反射する円
反射円儀は、ドイツの幾何 学者で天文学者のトビアス・マイヤーによって1752年に発明され、[6]詳細は1767年に出版されました。 [3] 彼の開発は六分儀に先駆けており、より優れた測量機器を作成する必要性から生まれました。[3]
反射円は、720°まで目盛りがついた完全な円形の器具です（天体間の距離を測定する場合、最小距離は常に180°未満なので、180°を超える角度を読み取る必要はありません）。メイヤーは経度委員会にこの器具の詳細な説明を提出し、ジョン・バードはその情報を使用して、英国海軍による評価用に直径16インチの器具を製作しました。[11]この器具は、ジョン・キャンベル提督が月距離法の評価中に 使用した器具の1つでした。360°まで目盛りが付いており、非常に重いためベルトに取り付けられたサポートが取り付けられているという点で異なっていました。[11] これはハドレー八分儀よりも優れているとは考えられておらず、使い勝手も悪かったです。[3] 結果として、キャンベルは六分儀の製作を推奨しました。
ジャン＝シャルル・ド・ボルダは反射円儀をさらに発展させた。彼は望遠鏡の照準器の位置を修正し、鏡が望遠鏡のどちら側からでも像を受信できるようにした。これにより、ゼロを読み取るときに鏡が正確に平行になっていることを確認する必要がなくなり、機器の使用が簡素化された。エティエンヌ・ルノアの協力を得て、さらに改良が行われた。2人は1777年に機器を最終的な形に改良した。 [3] この機器は非常に特徴的であったため、ボルダ円儀または反復円儀と名付けられた。[6] [12] ボルダとルノアは測地測量用にこの機器を開発した。 天体測定には使用されなかったため、二重反射を使用せず、2つの望遠鏡照準器で代用した。したがって、これは反射機器ではなかった。
ジョゼフ・デ・メンドーサ・イ・リオスはボルダの反射円盤（ロンドン、1801年）を再設計しました。その目的は、王立協会（ロンドン、1805年）が出版した彼の月表と合わせて使用することでした。彼は2つの同心円と副尺を備えた設計を行い、誤差を減らすために3回の連続した読み取り値を平均することを推奨しました。ボルダのシステムは360°の円ではなく400グラードに基づいていました（ボルダは何年もかけて、400°に分割された円で表を計算しました）。メンドーサの月表は、ほぼ19世紀を通じて使用されました（「月の距離（航行）」を参照）。
エドワード・トラウトンも反射円盤を改良しました。彼は 3 つの指標アームとバーニヤを備えた設計を考案しました。これにより、3 つの同時読み取りが可能になり、誤差を平均化できるようになりました。
航海計器としては、反射円盤はイギリス海軍よりもフランス海軍で人気がありました。[6]
ブリス六分儀
ブリス六分儀は真の六分儀ではありませんが、二重反射の原理に基づいた真の反射計器であり、一般的な八分儀や六分儀と同じ規則と誤差に従います。一般的な八分儀や六分儀とは異なり、ブリス六分儀は固定角度計器であり、計器の範囲内で任意の角度を測定できる他の反射計器とは異なり、いくつかの特定の角度を正確に測定できます。特に、太陽や月の高度を測定するのに適しています。
測量分野
フランシス・ロナルズは1829 年に八分儀を改良して角度を記録する装置を発明した。測量用途における反射装置の欠点は、光学的に鏡と指標アームが 2 つの物体の角度の分離の半分だけ回転しなければならないことである。したがって、角度を読み取り、記録し、分度器を使用して図面に角度を描く必要がある。ロナルズのアイデアは、指標アームを鏡の角度の 2 倍だけ回転するように構成し、アームを使用して図面に直接正しい角度で線を引くことができるようにすることだった。彼は扇形を装置の基礎として使い、水平ガラスを一方の先端に、指標ミラーを 2 つの定規を連結するヒンジの近くに配置した。2 つの回転要素は機械的に連結され、ミラーを支えるバレルは必要な角度比を与えるためにヒンジの直径の 2 倍であった。[13]
参考文献
- ^ De Hilster, N.、「The Spiegelboog (mirror-staff): a footage」、Bulletin of the Scientific Instrument Society、第90号、2006年、Wayback Machineに2011年7月21日にアーカイブ。
- ^ abcde Charles H. Cotter 『船乗りの六分儀と王立協会』; ロンドン王立協会の記録、第33巻第1号（1978年8月）、23～36頁。
- ^ abcdefg 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 ISBN 978-0-7134-0727-3
- ^ ベディーニ、シルビオ、歴史コーナー：ロードアイランド州ニューポートのベンジャミン・キング - パート II、プロフェッショナル・サーベイヤー・マガジン、1997 年 9 月第 17 巻第 6 号
- ^ Fauque, Danielle、「海洋のための反射装置: 一連のドゥ・フーシー」、2007 年 3 月 23 日、パリ天文台のグランジャン・ド・フーシーコロクで発表。
- ^ abcde ターナー、ジェラルド LE (1983)。19世紀の科学機器。サザビーズ出版。ISBN 0-85667-170-3。
- ^ ab ターナー、ジェラール L'E.、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
- ^ ジョン・A・チャルデコット、「天文学と航海におけるプラチナとパラジウム：エドワード・トラウトンとウィリアム・ハイド・ウォラストンの先駆的研究」、プラチナ金属レビュー、第31巻第2号、1987年4月、91～100ページ、オンライン版（pdf）
- ^ カタログ 130、1987 年春、Historical Technology Inc、マサチューセッツ州マーブルヘッド、米国
- ^ Tesseract – Early Scientific Instruments、第 15 巻、1987 年冬。測量に使用される単一フレームの八分儀「アダムス ピラー オクタント」のカタログ エントリ。1800 年頃にロンドンで製造されました。写真には、ジェイコブの杖に使用されたソケットが写っています。
- ^ ab ウィリアム・エドワード・メイ著『海洋航海の歴史』GT ファウリス社、ヘンリー・オン・テムズ、オックスフォードシャー、1973年、ISBN 0-85429-143-1
- ^ このような機器の製造は、フランスのさまざまなギルドの厳格な要求により、いくぶん複雑でした。金属部分は鋳造ギルドに、レンズと鏡はガラス職人ギルドに委託されていましたが、1788年にドミニク・カッシーニ伯爵が天文機器製造者の新しいギルドを設立し、ルノアはその最初のメンバーの一人でした。ポール・マーディン著『革命とメートル』（2009年、ニューヨーク、シュプリンガー）92～95ページ。
- ^ ロナルズ、BF (2016)。サー・フランシス・ロナルズ：電信の父。ロンドン：インペリアル・カレッジ・プレス。ISBN 978-1-78326-917-4。
外部リンク
- 国立海事博物館 カレブ・スミス八分儀を持つ商船の船長の肖像画。