時空を超えて「空を見上げる」：プラネタリウムの過去と現在

2023年「中国科学普及青年スター創出コンテスト」の受賞作品

著者: 陸 奇

夜になると、無数の星が瞬きながら静かに私たちを見守ってくれます。私たちは好奇心を持って見上げます。通常の時間の経過では、すべての星が静止しているように感じるかもしれません。時間を早めたときのみ、ゆっくりと動いているのが見えます。時々、人工衛星や流星が空を横切ることがあります。流星が見られたら、それはとても幸運なことだと思います。

星空に関する古代と現代の理解

漢代の有名な科学者である張衡は、『漢天意注』の中で次のように書いています。「天体は卵のようで、天体は弾丸のように丸く、地球は鶏の黄身のように内部が隔離されている。天は大きく、地球は小さい。天の内外には水があり、天は卵の殻が黄身を囲んでいるように地球を囲んでいる...北と南の端は北極と南極と呼ばれる。」彼は、空が地球を取り囲んでおり、空は卵の殻のようなもので、地球はその真ん中に浮かぶ卵黄のようなものだと信じていました。卵の殻と卵黄の相対的な位置は、北極軸を天体の回転の中心として、天と地の関係を説明するために使用されます。 『史記・天官記』には、「北斗七星は皇帝の馬車で、中央を動き、四方を司る」と記されている。古代人は北極が空の中心であり、すべての星がその周りを回っていると信じていました。そして今、私たちは星は動いておらず、私たちの足元の地面だけが回転していることを知っています。昼間は太陽が東から昇り西に沈むのを見ます。そして夜には星と月も東から昇り西に沈むのを見ます。この現象は天文学では日周運動と呼ばれています。地球の自転により星が動き、私たちが住む世界には昼と夜があり、それによって初めて「一日」という概念が生まれます。地球は自転するだけでなく、太陽の周りを回転しています。地球は1年に1回太陽の周りを回ります。地球が回転すると、黄道上の太陽の位置は変化し、1日に約1度移動します。この現象は天文学では年周運動と呼ばれています。

古代中国の天文機器

望遠鏡が発明されるずっと前から、古代の人々は肉眼で空を観察し、夜空に見た天体を記録していました。彼らはまた、天体の動きを示すためのさまざまな機械装置を発明しました。その中でも特に有名なのは、天球儀、人工天球儀、水力天文台などです。天球儀は天球上の天体の動きを示すために古代に使用された器具です。太陽、月、二十八星座などの天体、さらに赤道や黄道も球面上に描かれており、いつでも天体現象を理解できるようになっています。現代の天球儀に似ています。渾天儀と天球儀の違いは、渾天儀は主に天体現象の変化を表示するために使用され、天球儀は主に天体の黄道と赤道の座標を測定するために使用される観測機器であるということです。

偽の天文計器の概略図

宋代の蘇宋と韓公連は共同で、天球儀の内部に入り星を観察できる機器、つまり人工天体観測機器を開発しました。これにより古代人は天空の星の動きをより直感的に理解できるようになりました。人工天体計器の球体は竹ひごで作られており、表面には星の位置や大きさに合わせて小さな穴が開けられています。球体のベースは四角い木製のキャビネットです。球体は半分はキャビネット内に隠れており、半分はキャビネットの外にあります。人々が球体に入ると、夜空の星のような光の点が見えます。 「世界最古の天文時計」として知られる水力天文時計は、北宋時代に建造されました。計時、天体観測、星のデモンストレーションなど複数の機能を統合し、水力で稼働する天文時計です。韓公連らが設計し、蘇松が監修し、元有7年に完成した。プラットフォームは木造のフレーム構造で、高さは約12メートルです。ベースの長さと幅は約7メートルです。上部が狭く、下部が広く、3層に分かれています。最上層は星空を観測するための天球儀です。観測時にはプラットフォームの天板を開けることができます。中間層は天球儀で、星を表示するのに使われます。最下層は動力装置と計時・時刻報告機構で、歯車伝動システムを介して渾天球儀と渾天球儀に接続されており、装置の各層が相互にリンクされ、天体と同期して作動します。これは古代中国の優れた機械製造技術を反映しているだけでなく、中国文明の宇宙の法則を探求する永遠の精神も反映しています。 ”

リンロン楽器の複製

蘇松と韓公連に続いて、元代の天文学者郭守敬が擬天器に似た霊龍器を製作した。どちらも天体現象を観測するために使われた機器でした。天体を外側から観測する従来の観測方法を、内側から星を観測する擬似天空構造に変えた。オリジナルの楽器は失われてしまいました。元代初期、楊桓は『霊龍器銘』に次のように記している。「すべての器はそれぞれの用途のために作られている。器は精巧で有用である。器には10万以上の目があり、縦糸と横糸が均等に分布している。天体と同じ体であり、規則と法則に適合している。体全体が空で明るく、内と外が明らかである。数え切れないほどの神秘的なイメージがある。星には出発の順序があり、極までの距離には程度がある。人々はそれを見てすぐに理解できる。」北京天文館は蘇州古代天文計時器研究所に霊龍計器の修復を依頼し、現在北京古代天文台に設置されている。 1913 年、アメリカ人はアトウッド球と呼ばれる、内部に入ることができる球状の天体現象実証装置を製作しました。この球体は直径17フィートで、表面には692個の穴があり、光を通すと夜空の星を再現できる。オリジナルは現在も米国シカゴのアドラープラネタリウムにコレクションとして保存されており、一般公開されて鑑賞や体験が可能です。

アトウッドボール

近代プラネタリウムの誕生

天文学用語では、プラネタリウムの英語名は Planetarium です。プラネタリウムとプラネタリウムの英語名はどちらも Planetarium です。プラネタリウムは天体の展示に使用される半球形のドーム型の建物です。星空を知り、理解するための場であり、伝統的なプラネタリウムの核心です。プラネタリウムは、地球上で見る星空をリアルに再現し、天体の見かけの動きをシミュレートできる、プラネタリウムのランドマーク的な展示物です。人工的に星空を映し出す施設をプラネタリウムと呼びます。当初、プラネタリウムはプラネタリウムという形でのみ登場したため、ヨーロッパやアメリカの国々では通常、両方を表すのに同じ言葉が使われます。

星空をリアルに再現するというアイデアは、ミュンヘンのドイツ博物館の創設者であるオスカー・フォン・ミュラーから生まれました。 1913 年、オスカー・フォン・ミュラーは、ドイツ博物館のために、星、惑星、太陽、月の位置と動きをリアルに表示するデモンストレーション装置の開発を目指しました。オスカー・フォン・ミュラー所長は、イエナのカールツァイス社にそのような装置の製造を依頼し、ツァイス社はこの特別注文を受け入れました。開発作業は第一次世界大戦によって中断されました。1919 年、ツァイスの主任エンジニアであるポールズフィールドは、光学機械投影式プラネタリウムに基づく設計コンセプトを提案しました。彼と彼のチームは細部の検討に取り組み、ついにそれを実現しました。

最初の光学式プラネタリウムの設計スケッチ

1923 年 10 月 21 日、ドイツのミュンヘンで、カール ツァイス イエナはドイツ博物館向けに開発された世界初の光学式プラネタリウムを発表しました。これは人工の星空を初めて公開した例です。ミュンヘンで数週間の試験運用を行った後、プラネタリウムは改良と完成のために工場に送り返されました。さらなる開発とテストの目的で、ツァイスは工場の屋上に直径16メートルの仮設ドームを建設しました。 1924 年 7 月 22 日、ツァイスプラネタリウムは大勢の観客の前で初の星空ショーを開催しました。 1924年7月から9月にかけて、ほぼ毎日星空の観測が予定されていました。この短期間の間に、3万人以上の来場者が光学投影によって作り出された人工の星空を初めて体験しました。来場者の体験フィードバックに基づいて、光学式プラネタリウムはその後も改良と機能拡張が行われていきます。 1925年5月7日、このプラネタリウムはドイツ博物館のプラネタリウム内に正式に一般公開され、近代プラネタリウムの誕生を記念しました。プラネタリウムの直径は10メートルで、中央にツァイスI型プラネタリウムが設置されています。 4,500 個の星、天の川、星座の名前を投影できますが、表示できるのはミュンヘンの地元の星空だけです。

ツァイスプラネタリウムI

プラネタリウムの誕生と発展を振り返るとき、中国製のプラネタリウムとそれが中国のプラネタリウム産業で果たしている役割について触れなければなりません。私の国におけるプラネタリウムの開発は 1950 年代に始まりました。北京理工大学（現・北京理工大学）はドイツのカールツァイス社製プラネタリウムを参考に、3か月以内に国産初のプラネタリウムの試作品を独自に開発しました。その後、同校は北京天文館、北京光学機器工場、北京電力制御設備工場と協力し、中国の特色ある大型プラネタリウムを開発しました。このプラネタリウムは1976年から2007年まで30年間北京天文館で継続的に運営され、黄道上の二十四節気や中国の星文化を反映した三囲二十八宿を展示してきました。しかし、さまざまな理由により、プロジェクトのその後の研究開発は追いつかなかった。その後の数十年間、国内のプラネタリウムは性能面でも技術面でも革新と向上を続けることはありませんでした。 2008年、北京天文館は改修工事を完了し、デジタル投影システムとツァイス光学式プラネタリウムを導入しました。この国産プラネタリウムは退役後、常設展示室にコレクションとして展示されていました。

国内大型プラネタリウム

プラネタリウムの発展と継承

過去100年にわたり、科学技術は急速に発展し、プラネタリウムも時代の変化とともに数々の革命を起こしてきました。 1983年、アメリカのISV社は、従来の光学投影モードを完全に廃止し、コンピュータ技術を使用してコンピュータグラフィックスを備えたデジタルプラネタリウムを作成したデジタル天文学システムを発表しました。今日では、光学式プラネタリウムとデジタル天文システムの組み合わせが、現代の大型プラネタリウムにおける天文プレゼンテーションの主な形式となっています。

プラネタリウム100周年記念テーマポスター

歴史を振り返ると、プラネタリウムで最も古典的な展示物はプラネタリウムです。天文学のデモンストレーション装置として長い歴史を持つプラネタリウムは、1923年にドイツのカールツァイス社によって発明されました。1925年には、ドイツ博物館のプラネタリウムで初めて人工の星空が一般公開されました。 1923年から2023年まで、プラネタリウムとプラネタリウムは100年にわたる発展と継承を経てきました。今日のプラネタリウムは、光学投影方式とデジタル天文方式のそれぞれの特徴を融合し、いつでもどこでも見える星空をリアルに映し出すことができます。日周運動や年周運動を含む天体の基本的な見かけの運動を実証する。太陽、月、主要な惑星の見かけの運動。歳差運動の影響を示す。天の川、大マゼラン雲、小マゼラン雲、有名な深宇宙天体、変光星、視覚的な連星をリアルに表示します。月の満ち欠けや月食、近地点満月、流星群などの天体現象をリアルに表示します。夕暮れの影、オーロラ、黄道光、都市の光害をシミュレートする大気効果など、都市の風景、自然の景色などのパノラマ画像を投影することもできます。天空全体の 88 個の星座の線、模様、中国語名、および古代中国の星座の線、模様、中国語名を表示します。基本的な天文座標系（赤道、地平線、黄道とそのスケール値など）を表示します。

最後に星空を見たのはいつですか?星空は人々に心の平安と幸福感をもたらします。それは人間の好奇心と探究心の出発点です。しかし、社会の発展によって大気汚染や光害が起こり、都市部の住民が星空を見ることが難しくなってきています。プラネタリウム内にプラネタリウムを設置する本来の目的は、特殊な光学およびデジタル投影技術を使用して自然の星空をリアルにシミュレートし、観客が清らかな星空の下で心を落ち着かせ、宇宙に対する畏敬の念と反省を抱くことです。