Loading article…
天球儀（球面アストロラーベ、アルミラ、またはアーミルとも呼ばれる）は、天球上の天体の模型であり、地球または太陽を中心とする球状の環の枠組みで構成され、天球の経度と緯度、および黄道などの天文学的に重要な特徴を表しています。そのため、星座を地図に描くことを主な目的とする滑らかな球体である天球儀とは異なります。天球儀は、おそらく紀元前4世紀に古代中国で、紀元前3世紀に古代ギリシャで独自に発明され、その後イスラム世界や中世ヨーロッパでも使用されました。
地球を中心とする天球儀はプトレマイオス式と呼ばれ、太陽を中心とする天球儀はコペルニクス式と呼ばれています。[ 1 ]
ポルトガルの国旗には天球儀が描かれている。天球儀はポルトガルの紋章にも用いられ、大航海時代におけるポルトガルの発見と関連付けられている。例えば、ポルトガル王マヌエル1世は天球儀を自身のシンボルの一つとして採用し、旗印に用いたほか、ポルトガル宮廷向けに作られた初期の中国輸出陶磁器にも描かれている。ブラジル帝国の国旗にも天球儀が描かれている。
北京首都国際空港第3ターミナルには、国内外の観光客向けに中国の発明品を紹介する展示物として、巨大な天球儀の金属製彫刻が設置されている。
この機械の外装部分は、天体の主要な円を表す真鍮製のリングで構成された枠組み（またはフレーム）である。
黄道の北極にはナットbがあり、そこに四分円ワイヤーの一端が固定されています。もう一方の端には小さな太陽Yがあり、ナットを回すことで黄道B - Bの周りを移動します。黄道の南極にはピンdがあり、その上に別の四分円ワイヤーが取り付けられており、その上に小さな月Ζが乗っています。この月Ζは手で動かすことができます。機構により、月は黄道を5 1/3度の角度で横切る軌道を描き、月の交点と呼ばれる反対側の点に移動します。また、月の交点が天球上で移動するのに合わせて、黄道上のこれらの点を後方に移動させることもできます。
これらの円形リングの内側には、地球儀の北極と南極（nとs）から天球の北極と南極（ NとS）まで伸びる軸Kに固定された小型の地球儀Iがあります。この軸上には、平らな天球子午線Lが固定されており、地球儀上の任意の場所の子午線の上に直接配置することで、地球儀上の同じ子午線上に維持することができます。この平らな子午線は、一般的な地球儀の真鍮製の子午線と同じように目盛りが付けられており、その使い方もほぼ同じです。
この地球儀には可動式の水平線Mが取り付けられており、地球儀の東西の両端から伸びる2本の太いワイヤーによって回転します。このワイヤーは地球儀の赤道の反対側の点から地球儀に入り、地球儀の赤道の周囲に溝が掘られた可動式の真鍮製のリングに取り付けられています。地球儀はこのリング内で手で回転させることができ、任意の経線を天球経線Lの真下に合わせることができます。水平線は外周全体に360度に分割されており、その中に方位磁石の目盛りが刻まれ、太陽と月の振幅を度と点の両方で示しています。天球経線Lは、一般的な地球儀と同様に、水平線の北と南の2つの切り込みを通っています。地球儀を回転させると、水平線と経線も一緒に回転します。球体の南極には、リングに固定された25時間の円があります。地球儀を軸を中心に回転させると、軸上にその円の周りを回るインデックスがあります。
地球儀アセンブリは台座Nの上に設置され、頑丈な真鍮製アームQに固定された円弧Pによって、ジョイントO上で0度から90度までの任意の角度に上下に動かすことができます。地球儀アセンブリは垂直部材Rの中をスライドし、Rにはrの位置にネジがあり、任意の適切な高さに固定できます。
箱Tの中には、(ロング博士の球体と同様に) 2 つの車輪と 2 つのピニオンがあり、その軸はVとUから出ています。どちらのピニオンも小型のウインチWで回転させることができます。ウインチを軸Vに置き、逆方向に回転させると、地球儀は地平線と天球子午線とともに静止したままになります。そして、円の球体全体が東から南、西へと回転し、太陽Yと月Zを同じ方向に運び、地平線の上に昇り、地平線の下に沈みます。しかし、ウインチを軸Uに置き、順方向に回転させると、太陽と月を含む球体は静止したままになります。そして、地球は地平線と子午線とともに地平線から太陽と月へと回転します。これらの天体は、地球が静止していたときに地球の周りを回っていたとき、地平線と月の位置に移動しました。これは、地球の動きであろうと天の動きであろうと、太陽と月は地平線の同じ位置で、同じ時刻に時円で昇り沈むことを示しています。地球儀を回転させると、時刻表示は時刻円周に沿って一周する。しかし、球体を回転させると、時刻円周は時刻表示の下を一周する。
したがって、この構造により、この装置は地球の実際の動きと天体の見かけの動きのどちらを示すのにも等しく適している。
球体を使用するためにリセットするには、まず直立軸Rのネジrを緩め、アームQをつかんで、任意の場所の緯度が軸Rの側面に来るまで上下に動かします。すると、球体の軸が適切に持ち上げられ、地球儀の軸と平行になります。地球儀アセンブリを小型コンパスで南北に合わせる場合は、この位置が地球儀の軸と平行になります。この操作が完了したら、天球子午線L上の北極から地平線の北の切り欠きに向かって緯度を数え、地平線をその緯度に合わせます。次に、太陽Y が黄道上の指定された日付に来るまでナットbを回すと、太陽はその日の正しい位置に表示されます。
月の昇交点の位置と月の位置を見つけるには、暦を参照して、それらを正しく設定する必要があります。最後に、ユーザーはウインチWを、太陽が子午線Lに到達するか、子午線が太陽に到達するまで（球体または地球儀をユーザーの裁量で動かす）回し、次に時間インデックスを正午を示すXIIに設定すると、球体全体がリセットされます。次に、ユーザーはウインチを回し、太陽または月が地平線から昇り沈む時刻を観察する必要があります。時間インデックスには、その日のそれらの時刻が表示されます。[ 2 ]
中国の歴史を通じて、天文学者たちは星の観測を補助するために天球儀（中国語：渾象、ピンイン：húnxiàng ）を作成してきた。中国人はまた、暦の計算や計算を補助するために天球儀も使用した。
ジョセフ・ニーダムによれば、中国における天球儀の最も初期の開発は紀元前4世紀の天文学者、石申と甘徳に遡り、彼らは原始的な単環式天球儀を装備していた。 [ 3 ]これにより、彼らは北極距離（赤緯）を測定することができ、その測定値から位置を秀（赤経）で表すことができた。[ 3 ]しかし、ニーダムの紀元前4世紀という年代は、これらの装置の起源を紀元前1世紀に遡るイギリスの中国学者クリストファー・カレンによって否定されている。 [ 4 ]
西漢時代（紀元前202年～紀元9年）には、天文学者の洛夏閎、向玉王仁、耿寿昌によって、天球儀の初期段階における使用法がさらに発展した。紀元前52年、天文学者の耿寿昌が天球儀に初めて恒久的に固定された赤道環を導入した。[ 3 ]その後の東漢時代（紀元23年～220年）には、天文学者の傅安と賈奎が紀元84年までに黄道環を追加した。[ 3 ]有名な政治家、天文学者、発明家の張衡（紀元78年～139年）によって、天球儀は地平線環と子午線環を備え、紀元125年に完全に完成した。[ 3 ]世界初の水力式天球儀は張衡によって作られ、彼は流入式水時計を使って天球儀を操作した。
漢王朝以降、天球儀の利用法を改善する発展が行われた。西暦323年、中国の天文学者孔廷は、天球儀上の環の配置を再編成し、黄道環を任意の地点で赤道に固定できるようにした。[ 3 ]唐王朝の中国の天文学者で数学者の李淳風は、西暦633年に、天体観測のさまざまな側面を較正するために3つの球面層を持つ天球儀を作成し、それらを「巣」（chhung）と呼んだ。[ 3 ]彼はまた、天体の緯度をより良く観測するために、黄道上に照準管を設置する計画を提案した。しかし、天球儀のモデルにこの追加を成し遂げたのは、次の世紀の唐王朝の中国の天文学者、数学者、僧侶の易興であった。[ 5 ]この種の黄道面マウントは、1050年の周聡と舒義堅の天球儀、および11世紀後半の沈括の天球儀に見られましたが、それ以降、ヨーロッパのイエズス会士が到着するまで中国の天球儀には使用されなくなりました。
西暦723年、一行と官僚の梁令瓚は張衡の水力天球儀と脱進機を組み合わせました。15分ごとに太鼓が叩かれ、毎正時には自動的に鐘が鳴るこの装置は、時報時計でもありました。[ 6 ]中国の博学者蘇宋が宋王朝の1094年までに建てた有名な時計塔は、一行の脱進機と水車に水滴を注ぎ、頂上の天球儀、中央の天球儀、そして特定の時間に時計塔の機械的に開いた扉から出てきて鐘やゴングを鳴らして時刻を知らせたり、特別な時刻を知らせる銘板を持ったりする機械仕掛けの人形を動かしていました。科学者で政治家の沈括（1031年 - 1095年）もいました。天文局の責任者であった沈括は熱心な天文学者であり、グノモン、天球儀、クレプシドラ時計、北極星を永久に観測するための固定式照準管など、いくつかの天文機器の設計を改良した。 [ 7 ]ブハラのジャマル・アルディンが北京に「イスラム天文研究所」を設立するよう依頼されたとき、彼は天球儀を含む多くの天文機器を発注した。「中国の天文学者は少なくとも1092年からそれらを製作していた」と記されている。[ 8 ]
天球儀は古代からインドで観測に用いられており、アーリヤバタ（西暦476年）の著作にも言及されている。[ 9 ]天球儀と天球儀に関する詳細な論文である『ゴラディーピカー』は、西暦1380年から1460年の間にパラメーシュヴァラによって書かれた。[ 9 ]インドにおける天球儀の使用について、大橋（2008）は次のように述べている。「インドの天球儀（ゴラヤントラ）は、黄道座標に基づいていたギリシャの天球儀とは異なり、赤道座標に基づいていたが、インドの天球儀にも黄道輪があった。おそらく、7世紀頃からは、月の宿の交点星の天球座標は天球儀によって決定されていたのだろう。」[ 10 ]
ギリシャの天文学者ヒッパルコス（紀元前190年頃- 紀元前120年頃）は、エラトステネス（紀元前276年-紀元前194年）を天球儀の発明者として挙げている。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]この装置のギリシャ語での名称には、ἀστρολάβος astrolabosやκρικωτὴ σφαῖρα krikōtē sphaira「環状球」などがある。[ 16 ]この装置の英語名は、最終的にはラテン語のarmilla （円、ブレスレット）に由来する。これは、極を結び、赤道、黄道、子午線、緯線を表す段階的な金属の円でできた骨格を持っているためである。通常、地球、あるいは後には太陽を表す球がその中心に配置される。これは、地球の周りを回る星の動きを示すために用いられる。17世紀にヨーロッパで望遠鏡が登場する以前は、天球儀は天体の位置を決定する上で、すべての天文学者にとって主要な道具であった。
最も単純な形では、赤道面に固定されたリングで構成される天球儀は、最も古い天文観測機器の1つです。少し発展すると、子午線面に固定された別のリングが交差するようになりました。前者は春分・秋分天球儀、後者は夏至・冬至天天球儀と呼ばれました。影は、角度の目盛りと組み合わせて、太陽の位置の指標として使用されました。天体の大円を表す複数のリングまたは円が組み合わされると、天球儀になりました。[ 1 ]
天球儀はヘレニズム時代のギリシャ人によって開発され、紀元前3世紀にはすでに教育ツールとして使用されていました。より大きく精密な形では、観測機器としても使用されていました。しかし、9つの円を持つ完全に発達した天球儀は、ローマ帝国時代の紀元2世紀半ばまで存在しなかったと考えられます。[ 17 ]エラトステネスはおそらく黄道傾斜角を測定するために夏至天天球儀を使用したと思われます。ヒッパルコスはおそらく4つの環を持つ天球儀を使用したと思われます。[ 17 ]ギリシャ・ローマの地理学者で天文学者のプトレマイオス（紀元100年頃- 紀元170年頃）は、彼のアルマゲストの中で、アストロラボンの装置について説明しています。[ 17 ]それは少なくとも3つの環からなり、目盛りの付いた円の内側に別の円がスライドでき、互いに向かい合うように配置された2つの小さな管が垂直の鉛直線で支えられていました。[ 1 ] [ 17 ]
イブラヒム・アル・ファザリやアッバス・イブン・フィルナスなどのペルシャやアラビアの天文学者は、天球儀の製作と改良を続けました。天球儀と天球儀の両方の変形である球形アストロラーベは、おそらく中世の中東で発明されました。[ 18 ]西暦550年頃、キリスト教の哲学者ヨハネス・フィロポノスはギリシャ語でアストロラーベに関する論文を書いており、これはこの器具に関する現存する最古の論文です。[ 19 ]球形アストロラーベの最も古い記述は、ペルシャの天文学者ナイリジ（ 892～902年頃活躍）に遡ります。シルヴェスター2世教皇は、天球儀に照準管を使用して北極星の位置を固定し、回帰線と赤道の測定値を記録し、天球儀を教育用具として使用しました。[ 20 ]
中国の天文学の思想と天体観測機器は朝鮮半島に伝わり、そこでさらに発展を遂げた。朝鮮王朝の世宗大王は、朝鮮の発明家である張永実に天球儀の製作を命じた。1433年に製作されたこの天球儀は、渾天儀（ほんちょうい）と名付けられた。
漢天儀は、時計機構によって作動する天球儀で、1669年に朝鮮の天文学者宋一容によって製作されました。これは朝鮮王朝時代に現存する唯一の天文時計です。この天球儀の機構は、世宗時代の天球儀（渾儀、1435年）や天球儀（渾象、1435年）、玉漏（玉漏、1438年）の太陽運搬装置の機構を受け継いでいます。このような機構は、崔攸之（1603～1673年）の天球儀（1657年）と類似しています。時計の時を刻む輪列の構造と、時計の打撃・解放機構は、14世紀から発展してきたクラウン脱進機の影響を受けており、西洋時計では17世紀半ばまで改良が続けられてきた歯車機構に応用されている。特に、宋義英の天球時計の計時装置は、17世紀初頭の振り子時計システムを採用しており、時計の精度を著しく向上させることができた。[ 21 ]
この装置のさらなる進歩は、デンマークの天文学者ティコ・ブラーエ（1546～1601）によってなされました。彼は、星や惑星の位置を非常に精密に測定するために、3つの大きな天球儀を製作しました。それらは彼の著書『Astronomiae Instauratae Mechanica』に記述されています。[ 22 ]
天球儀は、最初期の複雑な機械装置の一つでした。その開発は、あらゆる機械装置の技術と設計における多くの改良につながりました。ルネサンス期の科学者や著名人は、知恵と知識の頂点を象徴する天球儀に片手を置いている姿を描いた肖像画をしばしば制作させました。
天球儀は教育に役立つものとして存続しており、骨格となる天球儀と表現できる。一連の環は天の大きな円を表し、地平線内の軸を中心に回転する。地球を中心とするこのような球体はプトレマイオス式と呼ばれ、太陽を中心とする球体はコペルニクス式と呼ばれる。[ 1 ]
天球儀の図柄は、現代のポルトガル国旗に描かれており、マヌエル1世の治世以来、国の象徴となっている。
2014年3月1日以来、イギリスのストーク・マンデビル・スタジアムでパラリンピックの聖火を灯すために、天球儀を模したアート作品が使用されています。この球体には、ユーザーが回転させて火花を散らすことができる車椅子が付いており、これはイギリスのパラリンピック運動の過去、現在、未来を祝う式典の一部となっています。天球儀はアーティストのジョン・バウサーによって制作され、今後の聖火イベントでも使用される予定です。最初の式典で聖火を灯したのは、ロンドン2012金メダリストのハンナ・コックロフトでした。[ 23 ]
天球儀は紋章学や旗章学で一般的に用いられ、主にポルトガル、ポルトガル帝国、そしてポルトガルの大航海時代に関連するシンボルとして知られています。
15世紀末、天球儀は、後のポルトガル国王マヌエル1世がまだ王子であった頃の個人紋章となった。マヌエル1世の治世中、この紋章は文書、記念碑、旗、その他の媒体で頻繁に用いられ、天球儀は単なる個人的シンボルから、ポルトガル王国、特にその海外領土を象徴する国家的シンボルへと変貌を遂げた。国家的シンボルとして、天球儀はマヌエル1世の死後も使用され続けた。
17世紀には、ブラジルはポルトガル領と結びつくようになりました。1815年、ブラジルがポルトガルと統合された王国となった際、その国章は青地に金色の天球儀として正式に定められました。ブラジルを象徴する天球儀は、ポルトガル・ブラジル・アルガルヴェ連合王国の国章と国旗にも用いられました。 1822年にブラジルが帝国として独立した後も、天球儀は国章と国旗に引き続き用いられました。現在のブラジル国旗の天球儀は、1889年に天球儀に代わって採用されました。
天球儀は1911年にポルトガルの国章と国旗に再び採用された。
「球形アストロラーベがヘレニズム時代に起源を持つという証拠はなく、むしろこれまでのところ入手可能な証拠は、それがギリシャの先例を持たない、初期の、しかし明らかにイスラム圏で発展したものである可能性を示唆している。」