世界航海の秘密を探る丨西洋の「緯度経度測位」航法技術

コロンブスとマゼランとともに航海した

500 年を旅して、世界の航海の驚くべき変化を見てみましょう。

「世界航海の500年：15世紀から19世紀の海事遺物の特別展」

5大陸20カ国以上から海洋遺物を運搬

正式に上陸

中国海事博物館

北斗や GPS などの今日の高度な測位システムの助けがなければ、古代の船乗りたちは広大な海上でどのように自分の位置を決定したのでしょうか?

船が海を航行しているとき、船の経度と緯度を常に把握しておかなければならないことは周知の事実です。緯度と経度は、海面と特定の天体（太陽、月、星など）の間の角度を測定することによって計算されます。 15 世紀から 19 世紀にかけて、航海士は経度と緯度を決定するためにどのような機器を使用していましたか?これらの楽器はどのような発展や変化を遂げてきたのでしょうか?

空から緯度を判定する

アストロラーベは星空観察用の古代の器具です。 1470 年、航海士たちはアストロラーベから星図を取り除き、陸地の緯度と海上の船の位置を測定するためのシンプルな航海機器に変えました。航海用アストロラーベは、円周に度数が刻まれた木製（または金属製）の円盤の中央に固定された回転可能な針で構成されています。

航海用アストロラーベの使用の概略図

使用時には、アストロラーベを垂直に吊り下げ、ゼロ度のマークが水平面と面一になるようにし、ポインターを移動して測定する天体を指すと、天体の高度が測定され、それによって船舶の緯度が得られます。しかし、船の甲板の凹凸により操作が難しく、誤差が大きくなってしまいます。

直角象限は、堅木で作られた直角の弧板で、弧は 90 度に分割されています。直角の側面の 1 つの下に天体を狙うための照準器が設けられています。直角の上部に線が結ばれ、その線の下に下げ振りが結ばれて度合いが示されます。直角の辺が観測対象物と一直線になったとき、垂線で示される角度が必要な高さとなります。直角四分儀は穏やかな海での使用にのみ適しています。

1530 年以降、西洋の航海士は、一般的に十字型の天文計器（別名、ヤコブの棒、黄金の棒など）を使用するようになりました。これは、両端に穴が開いた短い棒が、目盛りの付いた長い直線棒に垂直に取り付けられたものです。短い棒は長い棒の上で前後に動かすことができ、上部の穴と下部の穴を使ってそれぞれ地平線と天体を観察することができます。

1595年、イギリスのジョン・デイビスが逆天体高度観測装置を発明しました。天体の高さと緯度は、鏡のシステムを通してスケールに影を投影することで得ることができ、天体の直接的な目視観測を必要とするアストロラーベ、クロスヘリオスタット、その他の機器の欠点を克服しました。

1730年にアメリカのT.ゴッドフリーとイギリスのジョン・ハドレーがそれぞれ八分儀を発明しました。目盛りの弧が円周の約 8 分の 1 (つまり 45°) で、角度測定範囲が 90° に達することから、八分儀と名付けられました。

八分儀の構造、使用図、原理図

八分儀

1757 年、キャンベル船長は八分儀に基づいて測定範囲を 120° まで拡大し、それを六分儀と呼びました。六分儀の測定角度は徐々に拡大され、円周の約5分の1に相当する144度になりましたが、六分儀の名前は変わっていません。

六分儀の使用図

A: 指示鏡 B: 水平鏡 C: 望遠鏡 D: 指示アーム E: ダイヤル

六分儀の原理の模式図

これを使用する際、観測者は六分儀を持ち、視野内に同時に現れる天体が地平線と一致するように指標鏡を回転させます。六分儀は軽量なので、揺れる船上での観測にも使えます。雨の日には使えないのが難点です。

六分儀

アストロラーベ、直角四分儀、十字天文計から逆天体高度計、さらに八分儀や六分儀まで、緯度を測定する航海計器は継続的に改良され、現在では緯度を正確に測定できるようになりました。しかし、経度を正確に決定するという問題は 17 世紀まで解決されませんでした。

1675年、イギリスのチャールズ2世は、さまざまな場所の経度を決定する目的でグリニッジに王立天文台を設立しました。 1714年、英国政府は正確かつ実用的な経度測定法の開発に2万ポンドの賞金を提供し、その応用を研究する経度委員会を設立しました。

経度を正確に決定するための鍵は、時間を正確に測定することです。

「時間」をコントロールし「古典」を決める

緯度を測定する機器と同様に、計時機器にも独自の開発背景があります。時計が発明される前は、日時計、砂時計、寝具が一般的に使われていた計時器具でした。

日時計は、太陽の影を観察して時間を記録するための器具です。主に太陽の影の位置に基づいて時間や分を指定します。通常、スタイル（文字盤）とダイヤル（目盛り付きのベース）で構成されます。日時計を使って時刻を知る方法は、天文学的な計時の分野における人類の大きな発明であり、この発明は何千年もの間人類によって使用されてきました。

イギリスの日時計

ドイツ製のコンパス付き日時計

フランスの日時計

中国製のコンパス付き日時計

砂時計は、ガラスの中の流砂を利用して時間を計測する、古くから一般的に使用されている海洋時計です。

夜間飛行計器は北極星を使って時間を測定します。砂時計と夜間航海計器は、時計が発明される以前に、船乗りが夜間航海中に時間を測定して記録するために使用されていた計器でした。

夜間飛行計器使用図

初期の海洋夜間航行計器

1759年、イギリスの時計職人ジョン・ハリソンは20年以上の実験を経て、最初の天文時計を第4世代まで継続的に改良し、ついに正確で持ち運び可能な天文時計を製作しました。 1766年、ネヴィル・マスケリンは英国で最初の実用的な「航海年鑑」を出版しました。それ以来、船員たちは天文時計を六分儀や航海暦と組み合わせて使用​​し、経度と緯度を計算して自分の位置を正確に特定できるようになりました。

ハリソン H1 天文時計

ハリソン H4 天文時計

唐代の学者孔英達は『書経』の注釈の中で「文明」について次のように説明しています。「天地に広がるものを文化といい、四方に輝くものを光明という。」天と地の間の時間と空間の基準を発見できれば、人類は大きな前進を遂げることになるだろう。これは、航海機器の数百年にわたる発展が世界の歴史にもたらした貢献です。